火电厂废水近零排放技术对比及建议
摘要：通过对比火电厂废水近零排放技术及工程实例，分析废水实现近零排放技术路线，以及两种蒸发结晶和两种烟道蒸发工艺特点、进水水质要求、工程造价等，为火电厂满足节水要求、提高废水复用率、实现废水近零排放提供参考。结果表明，高运行费的蒸发结晶与技术不成熟的烟道蒸发相比，两者各有利弊，应根据当地政策要求、水质情况和现场实际情况分析决定技术路线。
1 实现近零排放的关键
火电厂实现近零排放是将所有废水重复利用后，形成终极废水进行处理，即脱硫废水。火电厂废水按照不同来源，主要分为生产废水、生活污水以及冷却水排水。其中，生产废水包括化学再生废水、脱硫废水、含油废水、含煤废水、排泥废水、除灰废水及其他工业废水。各类废水经过重复利用、梯度利用、回用等方式再次利用，最终形成高含盐量的废水，并经脱硫装置使用形成脱硫废水(如循环水排水、各种膜法工艺形成的浓水等都可以作为脱硫工艺水)。因此，火电厂废水实现近零排放的关键在于处理脱硫废水。
2 脱硫废水常规工艺
脱硫废水成分复杂。具有高浊度、高盐分、强腐蚀性及易结垢等特点。其中Cl离子浓度超过10000mg/l。pH为.5~6.5。含有大量亚硝酸盐、悬浮物、重金属离子等。由于水质不同于其他的工业废水。处理难度较大。必须对其进行单独处理。目前大多数老旧电厂采用化学沉淀法处理脱硫废水。主要是通过氧化、中和、沉淀、絮凝等工艺去除脱硫废水中的重金属和悬浮物等污染[１]。化学沉淀法具有操作简单、运行费用较低的优点。但在实际运行中存在较多问题。如出水中SS和COD指标不达标。此外。在污泥脱水处理中。也存在板框压滤机故障率高、运行维护困难等问题。虽然常规脱硫废水处理工艺可以满足达标排放要求。但无法实现废水近零排放。
3 脱硫废水近零排放处理工艺
截止目前，火电厂脱硫废水处理大致分为3类。
①经常规处理后，达标排放；
②经常规处理后，进行梯级复用，可用于捞渣机(部分电厂干除渣后已经取消)、干灰拌湿和灰场喷洒，不对外排放；
③深度处理，实现近零排放:当火电厂灰渣综合利用程度较高，干灰渣和灰场不能容纳全部脱硫废水时，通过对脱硫废水进行深度处理，实现废水不外排。
目前，主流的脱硫废水深度处理工艺由３个模块构成，即预处理、浓缩和结晶。
3.1 预处理过程
预处理工程主要对脱硫废水进行软化，降低后续工艺结垢风险，可以去除悬浮物、重金属和浊度，对脱硫废水中有机物和氨氮去除效果较差，此过程对药剂的依赖性较强，并随着脱硫废水水质变化，药剂投加量差异很大，对系统运行费用产生直接影响。常用的软化方法包括石灰软化法、纯碱软化法和树脂软化法等，以及上述方法的组合处理工艺[２]。
3.2 浓缩过程
浓缩过程主要由过滤膜实现，经过充分软化处理的废水，含盐量约在30000mg/L~60000mg/L，通过浓缩处理后含盐量提高到200000mg/L，回收约70％~90％的水。常用的过滤膜有微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)和正渗透(FO)[３]。针对不同脱硫废水的水质特点，可用多种膜组合技术来实现废水浓缩。
3.3 结晶过程
结晶过程也可称为固化处理，是近零排放处理工艺的核心模块，结晶过程所得盐分的纯度是由前序工艺(如，汉川项目采用分盐膜将废水中的氯化钠和硫酸钠进行分离，便于后续蒸发结晶获得高纯度的氯化钠工业盐)以及系统总体工艺设计决定。目前，国内外结晶过程的主要工艺包括蒸发结晶、直接烟道蒸发、旁路烟道蒸发等。
3.3.1 蒸发结晶是废水近零排放处理中常用的方法之一，其基本原理为:进入蒸发器的废水通过蒸汽或电热器加热至沸腾，废水中的水分逐渐蒸发成水蒸汽，水蒸气经冷却后重新凝结成水而重复利用，废水中的溶解性固体被截留在蒸残液中，随着浓缩倍数的提高，最终以晶体形式析出。蒸发结晶可采用多效强制循环蒸发结晶MED工艺或蒸发机械再压缩蒸发结晶MVR工艺技术两种方案[４]。目前的河源电厂、恒益电厂、长兴电厂、汉川电厂等实现了脱硫废水的近零排放。
3.3.2 直接烟道蒸发是将脱硫系统排出的废水浆液与加压空气混合后，废水经雾化喷入空预器与除尘器之间烟道内，雾化液滴与高温烟气充分接触，气液两相发生强烈热交换后蒸发，烟气温度降低至酸露点以上。废水蒸发后所析出的金属盐、悬浮物等物质随烟气进入后面的除尘系统中被脱除[５]。该工艺目前在临汾电厂、潍坊、土右等电厂应用。
3.3.3 旁路烟道蒸发是从空预器与SCR之间的烟道中引出少量烟气，进入蒸发结晶器，利用高温烟气将浓水迅速蒸发，废水蒸发产生的水蒸气和结晶盐随烟气一起进入除尘器，从而达到除盐效果[６]。该技术已在万方铝业热电厂投入使用。
4 废水近零排放展望
从技术普遍实施难度看，现有的蒸发结晶工艺相对复杂，成本高，结晶后产生的混盐作为固废加以处理，达到可销售工业盐等级的不满足《中华人民共和国盐业管理条例》中第十七条“禁止利用盐土、硝土和工业废渣、废液加工制盐”规定.烟道气蒸发等由于项目相对较少，技术成熟度有待于进一步实践验证。烟道气蒸发后烟气中的盐含量将提高，“加重对环境质量的影响”是否会成为舆论的关注有待观察.从经济性看，脱硫废水通过灰场喷淋、捞渣机、达标排放等方式是目前最简单经济实用的方式，烟道气蒸发相对较为经济，蒸发结晶工艺经济性相对较差，在目前火电普遍亏损的背景下难以实施。
综上所述，高运行费的蒸发结晶与技术不成熟的烟道蒸发相比，两者各有利弊，应根据水质情况分析决定技术路线，随着低成本、低能耗、高去除率、绿色环保的脱硫废水处理技术不断开发，脱硫废水处理技术将助成电厂实现近零排放，直到实现低成本废水零排放。
[参考文献]
[１]刘维平．燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与应用进展分析[J]．中国资源综合利用，２０１８，(１１)．
[２]方绪才．脱硫废水的零排放预处理[J]．化工设计通讯，２０１８，(１２)．
[３]杨跃伞，苑志华，张净瑞，等．燃煤电厂脱硫废水零排放技术研究进展[J]．水处理技术，２０１７，(６)．
[４]李霞，张晗，涂安琪．火电厂脱硫废水处理工艺的改进和新工艺的探讨[J]．内蒙古科技与经济，２０１８，(２３)．
[５]马双忱，柴峰，吴文龙，等．脱硫废水烟道喷雾蒸发的数值模拟[J]．计算机与应用化学，２０１６，(１)．
[６]张净瑞，梁海山，郑煜铭，等．基于旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放技术在火电厂的应用[J]．环境工程，２０１７，３５(１０):５~９．
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