電廠煙氣脫硫廢水零排放是行業(yè)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。本文通過脫硫廢水水質(zhì)特性分析，集成預(yù)處理、深度處理、預(yù)濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶模塊建立了脫硫廢水零排放工藝，并進(jìn)行了每天25m3的中試試驗(yàn)。
結(jié)果表明：該工藝各模塊可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，高效穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放;由預(yù)沉池和序批式反應(yīng)器構(gòu)成的預(yù)處理模塊通過投加石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉和絮凝劑，實(shí)現(xiàn)了懸浮物、硬度、有機(jī)物和重金屬的同步去除，懸浮物、Ca2+、Mg2+和有機(jī)物去除率分別達(dá)到97.3%、38.1%、98.5%和74.3%;
深度處理模塊包括過濾器、超濾(微濾)和納濾單元，能夠高效截留二價(jià)離子和有機(jī)物，納濾單元出水Ca2+、Mg2+和硫酸鹽質(zhì)量濃度分別為5.2、0.4、84.3mg/L，降低了膜結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，并保證了工業(yè)鹽品質(zhì);經(jīng)電滲析單元、離子交換單元與蒸發(fā)結(jié)晶后，所得工業(yè)鹽純度達(dá)到《工業(yè)鹽國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB5462—2015)中二級(jí)工業(yè)濕鹽的要求。
目前，燃煤電廠提供全球電力的41.3%，而我國(guó)2017年煤電裝機(jī)總量約為10.2億kW，占發(fā)電裝機(jī)總量的58%。由于絕大多數(shù)的SO2排放來源于燃煤鍋爐，因此燃煤發(fā)電廠必須配備SO2脫除裝置。
在各種煙氣脫硫技術(shù)中，石灰/石灰石-石膏法因其脫硫效率高、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。
考慮到設(shè)備防腐和石膏質(zhì)量的需求，應(yīng)定期從脫硫系統(tǒng)排出一定量的廢水，以保證氯化物和重金屬濃度低于設(shè)計(jì)水平。排出的脫硫廢水普遍具有pH值低，懸浮性固體(SS)、氯化物、硬度離子濃度高，且含有多種重金屬的特點(diǎn)。
由于脫硫廢水中大部分污染物為國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求嚴(yán)格控制的污染物，直接外排會(huì)產(chǎn)生新的污染，且脫硫廢水硬度高，毒性、腐蝕性和結(jié)垢性強(qiáng)，廢水排放也會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
2015年出臺(tái)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確對(duì)電廠廢水處理提出零排放要求，其中，作為全廠廢水梯級(jí)利用的終點(diǎn)，煙氣脫硫廢水資源化利用是實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
由中和、絮凝、沉淀和澄清單元組成的傳統(tǒng)脫硫廢水處理系統(tǒng)存在處理效率低、調(diào)控難度高、無法去除氯離子等問題，難以達(dá)到當(dāng)前零排放的要求。
目前，公開報(bào)道的脫硫廢水零排放工程主要有廣東河源電廠、佛山三水恒益火力發(fā)電廠和浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司，分別采用以多效蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)和正滲透技術(shù)為核心的處理工藝。
然而，運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性是現(xiàn)有脫硫廢水零排放系統(tǒng)面臨的難題，已有報(bào)道也缺乏長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)的支撐。
本文將針對(duì)脫硫廢水特性以及環(huán)保需求，開發(fā)運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好的廢水零排放工藝技術(shù)，并通過中試試驗(yàn)長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證其穩(wěn)定性，為脫硫廢水零排放提供工藝路線借鑒和技術(shù)支撐。
1脫硫廢水水質(zhì)特性
中試試驗(yàn)用脫硫廢水取自華能國(guó)際電力股份有限公司江蘇南通發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)廢水旋流器出水，水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。
表1江蘇南通發(fā)電廠脫硫廢水水質(zhì)數(shù)據(jù)
由表1可知：脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)為懸浮物含量高且顆粒粒徑小，主要成分為灰分、惰性物質(zhì)、絮凝沉淀物等;硬度高易結(jié)垢，水中Ca2+、Mg2+、SO42-質(zhì)量濃度高，處于過飽和狀態(tài);鹽分及氯離子濃度高，pH值較低，呈弱酸性，對(duì)設(shè)備、管道有腐蝕性;含Cr、Hg、Cd、Zn等重金屬以及少量有機(jī)物，組分變化大，水質(zhì)復(fù)雜。
2脫硫廢水零排放系統(tǒng)
2.1工藝流程
圖1為脫硫廢水零排放工藝流程示意。
圖1 脫硫廢水零排放工藝流程示意
該工藝流程可劃分為四大模塊：
1)預(yù)處理模塊包括預(yù)沉淀池、序批式反應(yīng)器(反應(yīng)器)、多介質(zhì)過濾器和中和池;
2)深度處理模塊包括過濾器、超濾(微濾)和納濾單元;
3)預(yù)濃縮模塊包括電滲析、反滲透(也可采用正滲透或高壓反滲透)、離子交換單元;4)蒸發(fā)結(jié)晶模塊。在四大模塊中，預(yù)處理模塊是后續(xù)運(yùn)行的重要保障，也是固體物質(zhì)和硬度集中排放的子系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是脫硫廢水零排放系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
脫硫廢水零排放技術(shù)預(yù)處理模塊工作內(nèi)容為：
脫硫廢水首先經(jīng)過水泵進(jìn)入預(yù)沉池，通過投加石灰和聚丙烯酰胺(PAM)加速懸浮物沉降，降低出水濁度;預(yù)沉池出水進(jìn)入反應(yīng)器，同步投加NaOH和Na2CO3，控制pH值大于11，以保證Ca2+和Mg2+的高效去除;以Mg(OH)2和CaCO3為主要成分的沉淀物在反應(yīng)器沉淀區(qū)底部濃縮外排，上清液進(jìn)入中和池，投加HCl中和至弱酸性，以控制有機(jī)物和Ca2+在納濾膜表面沉積，減緩膜污染。
深度處理模塊工作內(nèi)容為：中和池出水經(jīng)雙介質(zhì)過濾器去除懸浮物后，進(jìn)入納濾單元去除二價(jià)離子和有機(jī)物;納濾單元濃水排放至預(yù)沉池，淡水進(jìn)入電滲析單元。
預(yù)濃縮模塊工作內(nèi)容為：電滲析單元濃水進(jìn)入離子交換單元，將水中殘留的Ca2+、Mg2+和SO42-置換為Na+和Cl-，為提高最終產(chǎn)品工業(yè)鹽的純度而控制最理想的NaCl濃度，滿足后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶或資源化的要求并降低運(yùn)行成本。電滲析淡水經(jīng)過反滲透進(jìn)一步提純后可作為脫硫廢水零排放系統(tǒng)工藝水使用，也可作為脫硫塔補(bǔ)水。
2.2示范工程技術(shù)參數(shù)
通過工藝技術(shù)耦合集成優(yōu)化，在華能國(guó)際電力股份有限公司南通電廠構(gòu)建了每天處理水量25m3的脫硫廢水零排放處理工藝中試試驗(yàn)示范工程。
該中試試驗(yàn)建于2015年6月，8月調(diào)試運(yùn)行，于10月至次年4月連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)脫硫廢水零排放系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行了32天連續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)最終產(chǎn)品—工業(yè)鹽進(jìn)行了分析。脫硫廢水零排放示范工程各單元主要技術(shù)參數(shù)見表2。
表2?脫硫廢水零排放示范工程各單元主要技術(shù)參數(shù)
3脫硫廢水零排放出水水質(zhì)特性
3.1各單元出水水質(zhì)分析
圖2為脫硫廢水零排放工藝各單元出水pH值和濁度變化情況。
圖2脫硫廢水零排放工藝各單元出水pH值和濁度
由圖2a)可知：預(yù)沉池和反應(yīng)器出水pH值分別為7.0±0.1和11.9±1.1;本研究為了保證中試試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，在中和池加入鹽酸控制納濾進(jìn)水偏酸性，納濾單元進(jìn)出水以及離子交換單元pH值無顯著變化，實(shí)際工程中，納濾單元進(jìn)水pH值宜根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況和納濾膜廠家要求進(jìn)行調(diào)整，以降低運(yùn)行成本;電滲析單元濃淡水pH值分別上升為3.6±1.0和4.5±0.7，這是由于電滲析單元陰膜表面極化，造成水離解成H+和OH-，H+穿透膜進(jìn)入濃水室，故淡水pH值高于濃水。
由圖2b)可知：預(yù)沉池出水濁度為(9.2±0.8)NTU;由于反應(yīng)器中存在CaCO3和Mg(OH)2，部分懸浮物與沉淀物凝聚沉降，濁度進(jìn)一步降低，雖然反應(yīng)器出水含有少量Mg(OH)2膠體，造成濁度波動(dòng)，但濁度總體穩(wěn)定在(1.6±1.9)NTU，去除率為82.6%;納濾單元進(jìn)水和出水濁度分別為(0.6±0.2)、(0.2±0.1)NTU，去除率為66.7%，納濾單元進(jìn)水濁度波動(dòng)較大，而出水濁度穩(wěn)定，可見納濾膜起到了重要的截留作用;離子交換單元出水濁度為(0.3±0.1)NTU，符合電滲析單元的進(jìn)水要求(≤0.3NTU)。
