摘要：目前我国发电模式仍然主要是以燃煤发电为主，但是在燃煤发电过程中会产生大量的SO2和粉尘，且SO2是造成酸雨的主要大气污染物，因此需要对燃煤电厂所排放的烟尘进行严格控制。我国常用的脱硫技术是湿法中的石灰石—石膏法，该工艺是脱硫技术中最成熟的工艺，具有脱硫效率高、脱硫反应速度快、运行成本低、石膏利用效率高等优点。但此工艺所产生的废水水质成分复杂，直接排放会对周围生态环境造成严重影响。因此，本文对脱硫废水的产生途径、水质特点以及工艺进行综述，重点将从脱硫废水传统处理工艺和零排放处理技术对脱硫废水进行探讨。
关键词：燃煤电厂；脱硫废水；零排放；处理工艺
1 燃煤电厂脱硫废水概述
1.1 脱硫废水的产生途径
从近几年的电厂现状来看，各大燃煤电厂都在不遗余力地进行技术探寻，但是并没有找到行之有效的解决方法，如今仍旧沿袭传统的工艺即石灰石—石膏湿法。该种脱硫方法十分的简单，其主要是在煤炭燃烧炉内对烟气中的二氧化硫进行处理，这种工艺与其他工艺相比有着良好的效果，但是不足之处是处理过程中会产生大量的废水，并且具有多种重金属，因此也会产生了二次污染，这就是脱硫废水的来源。
1.2 脱硫废水的特点
首先，脱硫废水的腐蚀性非常强。在一般情况下，该种废水中含有大量的强酸弱碱盐和工业废酸，虽然浓度不是很大，但是这使得其具有很强的腐蚀性。这些酸性物质不但会对环境造成严重的影响，而且对电厂的机械设备也会造成严重的损伤；其次，脱硫废水含盐量也比较高，受废液中的化学制剂影响，尤其是废液中存在的大量强酸弱碱盐，对该工艺的影响较大。就电厂数据统计得知，电厂废水中含盐量在每升三万毫克上，这与其他废水相比已经是非常可观的一个数值；最后，脱硫废水的硬度比较高，非常容易结垢。工业脱硫废水中含有大量的游离状态的钙离子和镁离子，它们非常的不稳定，尤其是对温度比较敏感，当温度上升时，这些钙镁离子就会产生结晶，也就是结垢。同时，这些高含量的钙镁离子使得脱硫废水具有较强地硬度，它们会对电厂设备以及脱硫设备都会产生严重的损害。 脱硫废水水质特点及可能带来的一些影响如下表1所示：
表1 脱硫废水特征及影响
1.3 发电厂脱硫系统废水进行处理的必要性
目前，电厂采用的主要脱硫方式是湿法脱硫工艺，在工艺中产生大量含有金属离子的废水，如果不经处理排放到环境中，会产生污染。因此，对于脱硫废水的处理具有重要的现实意义。在进行湿法工艺处理烟气中的SO2时，为了维持脱硫装置的浆液循环物质的平衡性，防止烟气中氯浓度超标并保证石膏的质量（石灰—石膏法工艺），需要从脱硫系统中排放一定浓度的废水。排放的废水中含有悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐及重金属。燃煤中的元素除了C、H、O、N、S外，还存在痕量的重金属元素，如Cr、Ni、Hg、As、Pb等。煤中的元素随着燃烧作用最终进入烟气中，虽然烟气经过除尘器，但由于目前的除尘系统对于痕量物质的脱除效率有限，因此最终这些金属元素会进入脱硫塔中，在烟气与浆液的接触过程中，金属元素溶解到浆液中，因此，废水中存在金属元素。由于金属离子在环境中没有自净和生物降解的能力，容易在生物体内累积，对生物体的正常生命活动产生威胁。因此，需要对脱硫废水进行处理，使得其各项指标都打到排放要求，缓解环境的压力。
2 脱硫废水的传统处理工艺
火力发电厂所产生的脱硫废水水量相对较小，但由于废水成分复杂，含有大量的第一类污染物，如果不进行处理直接排放，会对周边环境产生难以修复的影响。
2.1 化学沉淀法
化学沉淀法又俗称为三联箱处理工艺，该工艺主要包括中和沉淀、絮凝、澄清等几个主要过程。中和沉淀是用来调节脱硫废水中的pH，通过pH自动控制仪控制中和剂的投加量，调节废水pH值至8～9。一般常用的碱性中和剂为氢氧化钙、氢氧化钠等，中和沉淀的机理是通过先后投加中和剂和硫化物，通过化学反应生成氢氧化物沉淀和硫化物沉淀。絮凝澄清阶段，通过絮凝作用去除水中的悬浮物和中和沉淀阶段所形成的沉淀。常使用的絮凝剂为铁盐和高分子絮凝剂；通过絮凝处理的废水直接进行澄清处理，通过重力沉降作用，去除絮凝体，上清液达标后排放，对于池底的污泥进行脱水浓缩处理。但目前化学沉淀法仍存在诸多不足：脱硫废水进水稳定性差，加药量不好控制，过少过多都会造成反应不完全且浪费；投资成本大，产生大量化学污泥氯离子浓度不能达到环保要求，且对部分重金属的去除效果较差。
2.2 流化床法
流化床法是一种处理脱硫废水的方法，且在电厂运行取得较好效果。该工艺主要由脱硫废水调节池、流化床和循环池3部分组成，以石英砂作为流化床填料。流化床法主要原理是废水通过具有载体填料的流化床时，其中的重金属离子会与附着在其填料表面的二氧化锰、氢氧化铁等发生吸附作用，从而达到去除的目的。该方法工艺流程简单，设备稳定性高，重金属去除率高，药剂添加量少。
2.3 排至水力除灰系统
这种处理方法一般只作为具有水力除灰系统电厂的脱硫废水的事故应急处理措施。特点是废水不需要进行处理，而是直接排放至水力除灰系统。该方法运行操作简单，投资较小，且酸性废水可以和除灰系统中碱度浆液进行中和。此外，脱硫废水水量对于浆液量来说较少，因此，影响也较小。但是，此方法也存在一些缺陷，将废水排放至水力除灰系统会造成系统中氯离子的富集，氯离子浓度过高会加速设备的腐蚀。废水中还含有大量的钙镁等离子，使管道内结垢现象严重。
3 燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺探讨
3.1 高效反渗透技术
所谓的高效反渗透技术是借助一些特殊的反渗透浓盐水对废水进行处理的技术，该种技术主要是在传统的技术上进行改进，巧借化学反应中离子交换原理、硅离子不会被反渗透模反应以及有机物在较高的PH下会发生皂化反应的原理，经过升级之后的高效反渗透技术可以高效去除脱硫废水中的各种有机污染物、盐类化学物以及多种结垢物质。但是该种技术通常需要借助一些特殊的反渗透浓盐水，而且中间的过程比较冗杂，因此工艺的实用性还有待提升。目前行业内最常用的处理方式是，预处理与膜浓缩综合共同进行，实际的操作过程是采用多种经济的方法将浓盐水进一步浓缩，直到使得废水的TDS质量浓度达到50000～80000mg/L范围以内。通过该种做法最大限度的减小后续蒸发器的规模，以此来降低前期资金的投入，并有效地提升该种工艺的经济性和节约性。
3.2 高级氧化技术
伴随着电厂废水复杂程度的不断提升，尤其是其中有机物复杂程度的不断增加，再加上环保要求的不断提升，在这种形势下，高级氧化技术得到了有效的发展。之后也有许多新型的氧化技术不断地被应用于高级氧化技术中，使得氧化技术更加的理想。其中最新的氧化技术有：光化学氧化法、臭氧氧化法、催化湿化氧化法、Fenton法等，这种高级氧化技术是利用特殊氧化剂制备具有高级养花性能的羟基自由基，这种羟基自由基可以将废水中各种有机物进行降解，从而达到净化水质的目的。
3.3 高温旁路烟道蒸发
脱硫废水首先通过传统三联箱系统进行预处理，去除大部分悬浮物和重金属，出水箱清水经过保安过滤器，直接进入高温旁路烟道蒸发系统。高温烟道旁路蒸发系统是从脱硝出口引入高温旁路烟道将高温烟气接入蒸发塔，浓盐水经过雾化后，喷入蒸发塔内部，废水经高温烟气加热，蒸发成水蒸气，污染物盐分结晶成固体颗粒，随着烟气又被排入除尘器前的烟道中，最后被除尘器捕捉进入干灰中，水蒸发随烟气进入脱硫吸收塔。该方案会略微降低锅炉热效率。烟气速度10-20m/s范围内，整体上气相速度的改变对液滴完全蒸发时间的影响很小。气相温度的改变对液滴达到临界蒸发温度的时间以及完全蒸发时间的影响很大。烟气从较高温度和较低温度分别下降相同幅度的温度时，液滴在烟气中的完全蒸发时间按不同的倍数在增加，烟气温度越低，液滴完全蒸发时间增加的越多。
3.4 烟道余热蒸发
脱硫废水首高温旁路烟道蒸发方案类似的去除悬浮物后，然后进入烟道蒸发系统。脱硫废水经过雾化后，喷入空预器后、除尘器前烟道内部，废水经高温烟气余热加热，蒸发成水蒸气，污染物盐分结晶成固体颗粒，被除尘器捕捉进入干灰中一起外排，水蒸发随烟气进入脱硫吸收塔，该方法要求炉后烟气温度较高，但在很多电厂冬天难以满足，在发达国家拥有较多案例，具有运行成本低，新增设备少等优点。
3.5 多功效结晶蒸发
该种处理工艺与前两者相近，都需要前期对废水进行一定的预处理，之后在进行综合的处理。多功效蒸发工艺主要分四大板块，具体的细节如下：经过预处理之后的废水仍旧处于高温状态，此时可以将其直接送入多功效蒸发系统；待渐热完成之后，可以将其加入岩浆桶；之后废水会被送入盐旋流器进行结晶，废水中析出的结晶会被离心机分离出来；最后被传输到干燥床上进行干燥，这样就把废水中的盐以及其他物质分离出来了。
3.6 吸附处理技术
吸附法是指利用固体吸附剂与废水接触，利用吸附剂的选择性吸附作用将水中的污染物吸附于表面，再通过固液两相分离达到净化水质的方法，分离出来的吸附剂还可以再生或者更新，重新使用。吸附法可以既有效又环保地用于废水中重金属离子的去除。常用的吸附剂有活性炭、吸附树脂、分子筛等，分子筛具有较高的吸附选择性和吸附能力；吸附树脂化学稳定性好，品种多，但是价格较贵；活性炭抗腐蚀、吸附稳定性强且吸附效果好，可以较好地去除废水中的重金属离子，但也存在成本较高、使用寿命短且再生较难等不足。
对于像燃煤电厂脱硫废水这种重金属离子浓度较高的废水，直接使用吸附法处理脱硫废水会存在吸附剂量较大、费用较高、废水中悬浮物较高影响吸附效果等一系列问题。因此，可以先通过其他方法（如物化法）预处理，待重金属离子浓度降低后，再使用吸附剂进一步去除预处理后未达标的重金属或其他可通过吸附处理的离子，从而以达到理想的处理效果。
3.7 膜分离技术
膜分离技术处理脱硫废水的原理是通过具有选择透过性的半透膜对废水中的组分进行选择性分离，从而降低废水中污染物的浓度。在废水处理上，悬浮固体、胶体等大分子物质会通过超滤被截留下来，而其中的无机盐、有机物等小分子则是能直接通过，不能被去除。反渗透是一种有效的且常用的脱盐技术，但也受污染物浓度、pH值以及温度等的影响。
对于微滤处理废水，有人提出需要对废水进行混凝沉淀预处理，然后再进行深度处理。处理结果表明，该方法对脱硫废水处理效果好，能够满足废水排放标准，且微滤膜法工艺流程简单，操作方便。该方法还存在一些缺陷：钙、镁等易结垢物质易污染微滤膜，造成堵塞，微滤膜价格较高，利用此工艺处理脱硫废水会大大增加工厂处理废水的费用。
4 废水零排放技术工艺发展方向
结合目前已有脱硫废水零排放技术工艺的应用效果可以发现，当前脱硫废水零排放的技术难点在于：一是预处理药耗大，造成运行成本较高；二是浓缩减量技术的浓缩倍数有待提升，以适应水质在较大范围内波动的废水；三是浓缩能耗较高，制约处理工艺技术经济性的进一步提升；四是烟气干燥法运用中常出现烟道结垢现象，影响烟道流场；五是结晶盐利用较难，处置成本较高；六是分盐成本居高不下，以纳滤技术为核心的分盐思路在降低成本方面遇到瓶颈。
以解决上述问题为出发点，未来的脱硫废水零排放技术将朝以下方向发展：①降低预处理药耗，开发高效絮凝剂和高效絮凝系统，开展低成本软化工艺研究；②提高浓缩倍率，降低浓缩结晶能耗，研发膜法浓缩新型膜材料，探究空气蒸馏浓缩、流化结晶干燥技术；③提高烟气干燥法的可靠性，开展防腐防垢技术研究，开展烟气蒸发模拟仿真，优化烟气蒸发专用设备；④结晶盐利用方式多样化，开展跨行业开发研究和利用，探究将固废制成固体玻璃砖、融雪剂等材料；⑤降低分盐成本，研究新型分盐技术工艺，提高分盐单元对水质的适应性；⑥设备标准化、一体化、模块化和稳定化研发，形成具备推广条件的标准化设备，研发一体化和模块化的预处理反应器、管式微滤系统、蝶式反渗透系统、蒸发结晶装置等工艺设备，研发自洁式设备；⑦拓宽脱硫废水利用方式，
如研究将脱硫废水作为制氯装置水源、作为湿渣（捞渣机）水源等。
结束语
总而言之，处理燃煤电厂脱硫废水的主要难点包括废水污染组分差别大、水量波动大、硬度高易结垢及氯离子浓度高易腐蚀等。近年来，许多学者在零排放处理技术方面进行了大量的研究，随着组合工艺的开发与新技术路线的提出，脱硫废水的近零排放或零排放可基本实现。随着燃煤电厂脱硫废水处理工艺的愈加完善，在未来，这些技术不仅可以用来处理脱硫废水，还能对其他电厂废水（如含油废水、循环水排污水、水处理车间废水、锅炉排污水等）进行深度处理
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论文作者:刘更生,王帅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：废水论文; 电厂论文; 烟气论文; 工艺论文; 技术论文; 较高论文; 燃煤论文; 《电力设备》2018年第31期论文;