針對國內(nèi)愈益嚴(yán)格的環(huán)保政策及逐漸深入的零排放形勢，結(jié)合脫硫廢水的水質(zhì)和主要問題，綜述了熱電廠脫硫廢水的傳統(tǒng)處理工藝和零排放工藝的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。脫硫廢水具有高懸浮物、高鹽、水質(zhì)復(fù)雜、波動大等特征，傳統(tǒng)處理工藝主要存在效果不穩(wěn)定、產(chǎn)水不達(dá)標(biāo)、結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重和濃鹽水排放問題。簡述了脫硫廢水傳統(tǒng)處理工藝及其改進(jìn)工藝的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，指出其在零排放形勢下已不滿足處理要求，而逐漸轉(zhuǎn)換為預(yù)處理工藝。

重點論述了零排放組合工藝的預(yù)處理、重金屬去除、濃縮減量和鹽結(jié)晶固化單元工藝的研究與進(jìn)展，總結(jié)了目前脫硫廢水零排放技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，并分析總結(jié)了若干典型應(yīng)用案例，指出“膜分離+蒸發(fā)結(jié)晶”組合工藝將會成為深度處理與零排放的關(guān)鍵工藝。零排放是未來熱電廠脫硫廢水處理的主要途徑，亟需加快新材料、新裝備、新工藝等在脫硫廢水零排放的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

火力發(fā)電是我國最重要的電力組成，盡管近10年來火電占比逐漸降低，但火電發(fā)電量和火電設(shè)備裝機量依然在逐年增加[圖1a)]。

圖1我國年度發(fā)電總量和火力發(fā)電量及年度脫硫石膏產(chǎn)生量

隨著煙氣排放管理與控制日益嚴(yán)格，煙氣脫硫是火電廠不可或缺的過程。煙氣脫硫技術(shù)主要包括前端脫硫、干法、半干法和濕法脫硫，其中濕法脫硫具有反應(yīng)快、效率高等優(yōu)點，全球應(yīng)用占比達(dá)85%。

濕法脫硫采用液態(tài)吸收劑吸收SO2和其它污染組分，主要包括鈉堿法、氨法、氧化鎂法、有機胺法、石灰石-石膏法等，其中石灰石-石膏法由于操作簡單、效率高、技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好而成為最主流的脫硫技術(shù)，約90%發(fā)達(dá)國家的火電廠采用該技術(shù)。

我國火電廠主要采用石灰石-石膏法脫硫，脫硫石膏產(chǎn)量逐年增加[圖1b)]，盡管濕法脫硫產(chǎn)生的脫硫廢水量少，但污染負(fù)荷高、處理難度大，已成為電廠亟待解決的難題之一。

脫硫廢水呈弱酸性且懸浮物和鹽含量極高，并含有多種重金屬，是電廠水處理中的難點與重點。脫硫廢水處理經(jīng)歷了從重力沉降到三聯(lián)箱工藝的發(fā)展，三聯(lián)箱工藝結(jié)合傳統(tǒng)混凝、化學(xué)沉淀、澄清等單元，可去除懸浮物、重金屬和部分COD，是目前主流的脫硫廢水處理工藝。

隨著水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高、工業(yè)用水取水指標(biāo)的嚴(yán)格限制和工業(yè)廢水回用的強烈需求，火電廠脫硫廢水處理從懸浮物、COD的去除逐漸上升到重金屬去除和脫鹽，現(xiàn)有三聯(lián)箱工藝不能滿足排放要求，新型處理工藝或組合工藝的開發(fā)成為解決電廠脫硫廢水處理的重要內(nèi)容。

廢水零排放是近年來工業(yè)廢水特別是高濃高鹽廢水處理的新方向，在全球范圍內(nèi)得到廣泛的研究和應(yīng)用。針對脫硫廢水水量較少，但污染負(fù)荷高、處理難度大的特點，近年來脫硫廢水零排放工藝的研究和應(yīng)用成為火電廠水處理技術(shù)的重點內(nèi)容，也逐漸實現(xiàn)了從小試到中試及工程應(yīng)用的發(fā)展。

傳統(tǒng)的直接利用余熱蒸發(fā)的策略存在效率低、占地大、結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重等問題，新型零排放工藝研發(fā)與應(yīng)用成為今后火電廠脫硫廢水處理的主要內(nèi)容。

因此，本論文從脫硫廢水的產(chǎn)生及主要問題出發(fā)，介紹了傳統(tǒng)脫硫廢水的處理工藝，重點從預(yù)處理工藝、重金屬去除、濃縮減量、鹽結(jié)晶固化4個方面綜述了零排放形勢下脫硫廢水處理的應(yīng)用和研究進(jìn)展，以期為脫硫廢水的零排放處理提供參考。

1脫硫廢水的產(chǎn)生及主要問題

石灰石-石膏濕法脫硫采用石灰乳循環(huán)吸收煙氣中的SO2，吸收過程生成石膏，為保障石膏品質(zhì)，一般采用Cl-濃度進(jìn)行控制(控制限值一般為20000mg/L)，定期排出一定量的脫硫廢水并補充新鮮吸收液。

隨著脫硫吸收液的循環(huán)濃縮，脫硫廢水主要特征如表1所示:

表1脫硫廢水水質(zhì)及其排放標(biāo)準(zhǔn)(DL/T997-2006)限值濃度

1)懸浮物含量高(SS:5.0～80.7g/L)，其主要組成為微米級的硫酸鈣和亞硫酸鈣粒子，沉降性能差(圖2);

圖2兩個不同電廠脫硫廢水的粒徑分布

2)鹽含量高(TDS:18.1～121.5g/L)，主要離子為Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、F-、SO2-4和SO2-3等，屬于高鹽廢水，雖然排放標(biāo)準(zhǔn)(火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)DL/T997-2006)對常規(guī)離子暫時未做限制;

3)多種重金屬超標(biāo);

4)還原性含硫物質(zhì)是COD的重要組成;

5)受煙氣成分變動、吸收液用水的水質(zhì)差異、脫硫系統(tǒng)管理難控制等限制，脫硫廢水的水質(zhì)和水量波動顯著，對處理工藝的適應(yīng)性提出了更高要求。

脫硫廢水處理過程的主要難點在于:1)采用傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)懸浮物的高效去除，固液分離時間長;2)設(shè)備和管路的結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重;3)化學(xué)污泥具有毒性和高污染性;4)水質(zhì)水量變動對處理工藝沖擊大。因此，脫硫廢水的處理一直是電廠亟需解決的關(guān)鍵問題，特別是在廢水排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸嚴(yán)格的條件下，傳統(tǒng)的三聯(lián)箱工藝已經(jīng)無法滿足水處理的要求。

2脫硫廢水傳統(tǒng)處理工藝及其進(jìn)展

傳統(tǒng)脫硫廢水處理技術(shù)包括重力沉降、化學(xué)沉淀、微生物法和濕地等技術(shù)，其中化學(xué)沉淀應(yīng)用最廣泛。脫硫廢水首先需要解決的問題是去除懸浮物和重金屬。重力沉降法在初期得到應(yīng)用，但因其沉降速率慢、占地大、溶解性污染物去除效果低，逐漸被其他工藝替代。化學(xué)沉淀法通過投加化學(xué)試劑與重金屬、F和S等形成鹽沉淀，是目前主要的重金屬控制策略。

三聯(lián)箱工藝是我國脫硫廢水處理應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，將混凝與化學(xué)沉淀工藝結(jié)合實現(xiàn)懸浮物和重金屬的去除。但該工藝投藥量大、固液分離速率慢、分離效果差、污泥量大，且由于脫硫廢水的水質(zhì)波動大，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)出水不達(dá)標(biāo)和系統(tǒng)崩潰。

同時，三聯(lián)箱工藝處理過程產(chǎn)生的高鹽廢水仍然無法達(dá)標(biāo)排放，成為火電廠亟需解決的關(guān)鍵問題。因此，三聯(lián)箱工藝的改進(jìn)工藝和方法的開發(fā)得到大量研究，首先是反應(yīng)器的設(shè)計與優(yōu)化。

Tian等采用二聯(lián)箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)三聯(lián)箱，利用計算流體力學(xué)模擬優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，并采用固態(tài)藥劑的投加方式，結(jié)合澄清與過濾，去除懸浮物和重金屬。新型藥劑研發(fā)與應(yīng)用也是簡化三聯(lián)箱工藝、降低運行成本的重要手段。

華能楊柳青電廠改造后采用干粉投加的方式僅通過一種高效無機混凝劑就可實現(xiàn)脫硫廢水的達(dá)標(biāo)排放，大唐某電廠采用一體化的脫硫廢水處理設(shè)備，通過投加一種親水聚合物藥劑實現(xiàn)脫硫廢水的達(dá)標(biāo)排放。

向朝虎采用一種新型高效吸附劑簡化三聯(lián)箱工藝，可減少費用46.5萬元/a。優(yōu)化反應(yīng)過程及控制策略也是提升三聯(lián)箱工藝處理效率的有效方法。費錫智等對廣東某電廠脫硫廢水三聯(lián)箱工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過污泥回流實現(xiàn)了廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放(DL/T997-2006);新疆某火電廠也采用了相同策略改進(jìn)三聯(lián)箱工藝。

為進(jìn)一步提高懸浮物的去除效果，保障后續(xù)處理過程的穩(wěn)定，三聯(lián)箱可與多介質(zhì)過濾或微濾(MF)等工藝結(jié)合。Enoch等將MF與化學(xué)沉淀組合，通過提高膜面流速和周期反沖控制膜污染，表現(xiàn)出穩(wěn)定的懸浮物和重金屬去除效果。周衛(wèi)青等發(fā)現(xiàn)化學(xué)沉淀-MF組合工藝可以顯著增強抗沖擊負(fù)荷性能、自控性和減少占地，同時滿足廢水達(dá)標(biāo)。

隨著脫硫廢水深度處理與零排放工藝的發(fā)展，三聯(lián)箱工藝成為有效的預(yù)處理工藝，其與MF或超濾(UF)的組合工藝得到了廣泛應(yīng)用。