燃煤电厂脱硫废水零排放工艺路线研究

王可辉，蒋芬，徐志清，徐峰，王飞，赵军

（中国国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，南京 210019）

燃煤电厂脱硫废水零排放工艺路线研究

王可辉，蒋芬，徐志清，徐峰，王飞，赵军

（中国国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，南京 210019）

燃煤电厂脱硫废水属于间断性排水，受煤质和工艺补充水水质等的影响，水质波动较大，主要表现为成分复杂、腐蚀性强、含盐量高、回用困难等特点，成为制约电厂脱硫废水零排放的关键因素。通过分析现有的脱硫废水零排放工艺，并进行可行性和经济性等对比，发现加药软化预处理-管式微滤膜-特殊流道反渗透-碟管式反渗透-机械蒸汽再压缩蒸发为最优的技术路线，完全满足现行的脱硫废水零排放要求，可以作为工程项目可行性的工艺方案。

脱硫废水；膜浓缩减量；零排放

石灰石－石膏湿法烟气脱硫因其技术成熟，适应性强成为当前火电厂烟气脱硫的主流工艺［1］。湿法脱硫工艺脱硫时，脱硫吸收塔内浆液反复循环利用，塔内可溶盐浆液不断浓缩，为确保脱硫性能和维持系统内Cl-平衡，需要不断补充、更新浆液，此过程中排放含有大量重金属离子的废水，此部分排放的废水即为“脱硫废水”［2］。废水中主要含有悬浮物、硫酸盐、过饱和的亚硫酸盐、以及重金属等杂质［3］，很多是国家环保标准中严格要求控制的第一类污染物［4］，采用普通方法很难使处理后的脱硫废水达标排放，针对脱硫废水处理提出新型的处理方法显得尤为重要，尤其是经济发达地区对环保要求更高，往往要求高含盐废水“零排放”。

现有火电厂废水零排放工艺主要有预处理-膜浓缩减量-多效蒸发技术、机械蒸汽再压缩蒸发结晶等技术［5］，末端的浓盐水进蒸发器蒸发已经不可避免，蒸发投资和运行维护成本高，一般企业难以承受，对进入蒸发器的浓水尽量浓缩减量，可以为企业节省大量的投资、维护成本。

1 脱硫废水水质特征

石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中，为了维持脱硫装置浆液循环系统物料的平衡，防止烟气可溶部分即氯浓度超过规定值和保证石膏质量，必须从系统中排放一定量的废水，废水主要来自石膏脱水和清洗系统［6］。其主要特点如下：废水稍偏酸性，pH值一般保持在4.0～5.5之间；悬浮物浓度非常高（石膏颗粒物等），氟化物、CODCr和重金属超标，盐分极高，含大量的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、SO32-等［7］。

2 零排放处理的主要难点

废水污染组分受煤种、脱硫岛工艺补充水水质、排放周期等因素的影响，不同地区的电厂差别很大，同一电厂因排放时段不固定，差别也很大；脱硫废水为间断排放，造成水量波动较大；废水中硬度极高，易造成蒸发系统结垢；废水中Cl-浓度非常高，易造成系统腐蚀。

深度处理系统的进水虽然经过原有脱硫废水处理系统的处理，悬浮物和钙硬度有所降低，但废水中的钙硬度，特别是镁硬度仍然很高。此外，废水中的Cl-、SO42-、溶解性固体也较高，这些高浓度离子的存在，易造成深度处理系统工艺单元结垢、腐蚀，影响系统的稳定运行，国电某600 MW机组三联箱脱硫废水出水水质如表1所示，其pH值为6～9。

表1 国电某600 MW机组三联箱脱硫废水出水水质Tab.1 Effluent water quality of desulfurization wastewater from triple box of guodian 600 MW generating unit

3 现有零排放技术

3.1 预处理-传统蒸发结晶

脱硫废水通过投加石灰（碳酸钠）、有机硫、絮凝剂、重力沉降等预处理，去除废水中大部分的悬浮物、重金属及F-、硬度、SiO2等结垢物质，之后由多效蒸发器或机械蒸汽再压缩蒸发器进行蒸发结晶，冷凝水回用，结晶盐另行处理。该技术成熟可靠，但投资费用及运行成本高。目前在国内应用于广东河源电厂（2×600 MW，国内第1家废水完全零排放电厂），系统处理量为22 m3／h，系统投资额为9 750万元，包括前期研发与二期工程部分废水管道建设等费用［8］。

3.2 预处理-膜浓缩-传统蒸发结晶

脱硫废水通过投加石灰（碳酸钠）、絮凝剂、重力沉降等预处理，去除废水中大部分的悬浮物、重金属及F-、硬度、SiO2等结垢物质，之后采用开放式流道反渗透膜-碟管式反渗透膜、纳滤-特殊流道反渗透膜、正渗透等对预处理后的废水进行浓缩减量化，淡水回用，浓水进入后续传统蒸发结晶系统，冷凝水回用，结晶盐另行处理。该技术成熟可靠，工艺中加入了膜浓缩减量单元，终端需蒸发的废水量大为减少，通常可减少50%～ 60%，因此，整个系统的投资费用和运行成本与3.1节工艺相比，降低很多。目前在国内已进入调试运行的有华能长兴电厂，工艺路线采用加药软化预处理-正渗透膜浓缩-蒸发结晶工艺，另外还有一些电厂通过试验验证后拟采用该工艺路线。

3.3 烟道喷雾干燥技术

将脱硫废水用泵送至除尘器前烟道，经压缩空气将脱硫废水通过固定雾化喷头送至烟道雾化，利用烟气温度蒸干雾滴，废水中的各种固体由除尘器进行捕捉收集。该工艺流程简单，投资、运行及管理费用较低，国外有少量应用业绩，国内尚未有成功运行案例，处于试验阶段或者尚未实施阶段，废水对喷头的堵塞情况、磨损情况及雾滴对烟道腐蚀情况、烟气温度的影响情况均需要通过实践检验。

4 预处理工艺段比选

脱硫废水虽然经过三联箱加药沉淀处理，但硬度、悬浮物、SiO2、Fe、HCO3－浓度对后续膜处理来说依然非常高，所以仍然需要强化软化预处理，使预处理后的水质满足膜的进水要求方可进入膜系统浓缩减量。脱硫废水软化预处理主要有以下2种方案。

4.1 石灰－碳酸钠软化－沉淀池－过滤器处理工艺加石灰软化处理工艺流程如图1所示。

图1 加石灰软化处理工艺流程Fig.1 Wastewater softening process with lime added

原脱硫废水处理系统出水进入反应池1和反应池2，分别加入石灰和碳酸钠，使废水中的Ca2＋、Mg2＋、SiO2、Fe、HCO3－通过化学反应生成沉淀物，然后用沉淀池做固液分离，沉淀池的上清液自流至重力滤池进行过滤除浊，出水作为膜浓缩处理系统进水。

4.2 氢氧化钠－碳酸钠软化－管式膜处理工艺

加双碱软化-管式微滤膜处理工艺流程如图2所示。

图2 加双碱-管式微滤膜处理工艺流程Fig.2 Process flow of double alkali softening-tube microfiltration membrane

原脱硫废水处理系统出水进入反应池1和反应池2，分别加入氢氧化钠和碳酸钠，使废水中的Ca2＋、Mg2＋、SiO2、Fe、HCO3－通过化学反应生成沉淀物，然后采用错流式管式微滤膜代替传统的澄清、过滤工艺，利用微滤膜对废水中的沉淀物进行分离，达到非常好的出水效果，出水进入膜浓缩处理系统进行进一步处理。2种工艺比较结果如表2所示。

表2 2种工艺比较结果Tab.2 Comparison between two technologies

通过表2可以看出，工艺二优势明显，推荐采用“氢氧化钠－碳酸钠软化－管式微滤膜”作为零排放预处理工艺。

5 膜浓缩工艺段比选

预处理过的脱硫废水经过膜浓缩可以实现减量化，膜处理过程中产生的淡水作为脱硫工艺补水，浓水进入后续蒸发结晶系统。目前可用于膜浓缩的工艺主要有特殊流道反渗透、碟管式反渗透、正渗透、高效反渗透，各种膜工艺的比较如表3所示。

经过比较，推荐使用压力等级较低、抗污染能力较强的特殊流道反渗透膜预浓缩，之后采用压力等级较高、抗污染能力很强的特殊流道反渗透膜进一步浓缩，经过2次膜浓缩之后，系统回收率可达到80%，采用膜浓缩工艺后可大大降低蒸发结晶运行费用。

6 蒸发结晶工艺段

经膜浓缩处理后产生的浓水中盐的质量浓度非常高，达到100 g／L以上，主要以氯化钠和硫酸钠为主。若电厂有需求，该股浓水可用于干灰调湿，若无此需求，则需要对该浓水进行蒸发结晶处理，方可实现零排放。目前，蒸发结晶成熟应用的技术主要有多效蒸发和机械蒸汽再压缩蒸发，2种工艺对比如表4所示。

通过表4可以看出，多效蒸发和机械蒸汽再压缩蒸发均可用于蒸发结晶，造价前者较便宜，但综合能耗后者更节省，投资成本差额可通过运行费用收回，推荐采用机械蒸汽再压缩蒸发作为蒸发结晶工艺。

表3 膜浓缩工艺段比较Tab.3 Comparison among membrane concentration processes

表4 蒸发结晶工艺段比较Tab.4 Comparison between two evaporation crystallization processes

7 结语

通过以上工艺段的比选推荐采用“加药软化预处理-管式微滤膜-特殊流道反渗透-碟管式反渗透-机械蒸汽再压缩蒸发”作为脱硫废水零排放的技术路线。预处理段产生的污泥可以送入灰厂或者掺入渣中，结晶盐可以作为工业盐外售循环再利用。

［1］王润德，李叶然，顾国泉，等.改进型化学沉淀法处理荆门热电厂脱硫废水［J］.污染防治技术，2012，25（1）：13－15.

［2］王敏琪.火电厂湿式烟气脱硫废水特性及处理系统研究［D］.杭州：浙江工业大学，2013.

［3］杨明杰.脱硫废水设计方案及经济性分析［A］.2011年学术年会论文集［C］.济南：山东电机工程学会，2011.149－153.

［4］杨明杰.脱硫废水设计方案及经济性分析［J］.给水排水，2012，38（1）：54－55.

［5］王丹，蒋道利.蒸发结晶技术在高含盐废水零排放领域的应用［J］.中国井矿盐，2014，45（10）：7－10.

［6］高飞燕，王轶锋，刘晓龙.发电厂脱硫废水处理的必要性及其技术应用［J］.内蒙古科技与经济，2010，73（13）：73－74.

［7］祁利明，赵全中，陈宏伟.火电厂脱硫废水处理系统存在的问题及建议［J］.工业用水与废水，2015，46（1）：46－48.

［8］吴来贵，牟志才.火电厂废水零排放技术研究与应用［A］.贯彻“十二五”环保规划，创新火电环保技术与装备研讨会论文集［C］.张家界：中国动力工程学会，2011.151－160.

Study on process route of desulfurization wastewater zero discharge from coal-fired power plant

WANG Ke-hui，JIANG Fen，XU Zhi-qing，XU Feng，WANG Fei，ZHAO Jun
（China Guodian Beijing Lucency Enviro-tech Co.,Ltd.,Nanjing Branch,Nanjing 210019,China）

Desulfurization wastewater from coal-fired power plant is discharged intermittently,and influenced by coal property and make-up water quality of processes,its quality presents big fluctuation,which can mainly characterized by complex component,high causticity,high salt content,hard to be reused and so on.Therefore,to realize the goal of zero discharge of desulfurization wastewater from power plant,all the above problems have to be solved first.Through the analysis of current processes applied for desulfurization wastewater zero discharge,the feasibility and economical efficiency of those processes were compared.It could be found that,dosing softening pretreatment-TMF-SCRO-DTRO-MVR was the optimal technical route,which could fully meet the current requirement of desulfurization wastewater zero discharge,and could be used as a feasible process plan in future projects.

desulfurization wastewater; membrane concentration reduction; zero discharge

X703.1；X784

A

1009－2455（2016）01－0009－04

王可辉（1987－），男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向为火电厂新型水处理技术研发，（电话）025-68521206（电子信箱）wangkehui2008.ok＠163.com。

2015-12-16（修回稿）

废水处理及回用