全康環(huán)保:摘 要：現階段，燃煤發(fā)電廠(chǎng)的煙氣脫硫工藝主要為濕法脫硫，這種工藝會(huì )產(chǎn)生一定量的脫硫廢水。文章介紹了脫硫廢水的水質(zhì)特性和處理流程，并針對膜法濃縮減量、蒸發(fā)濃縮結晶、主煙道蒸發(fā)和旁路煙道蒸發(fā)工藝等主流技術(shù)進(jìn)行技術(shù)可行性分析以及經(jīng)濟性對比，對燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水零排放工藝的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；濃縮減量；工藝比較

隨著(zhù)國家環(huán)境保護要求與污染物排放標準的不斷提高與碳達峰及碳中和發(fā)展目標的提出，推動(dòng)了煤炭的清潔高效利用。由于中國的能源分布特征以及儲備量，燃煤發(fā)電依然占據主要地位。燃煤發(fā)電廠(chǎng)的主流煙氣脫硫工藝為濕法脫硫 [1]，脫硫塔內的氯離子濃度（<20000mg/L）是煙氣二氧化硫排放達標（35mg/m³）的基礎保障，因此，脫硫工藝中需要通過(guò)外排脫硫廢水[2-3]進(jìn)行調節?！栋l(fā)電廠(chǎng)廢水治理設計規范 DL/T 5046-2018》的發(fā)布，規范了廢水的排放要求，強化了處理技術(shù)，對實(shí)現零排放目標給予了充分保障。針對脫硫廢水的排放要求，專(zhuān)家學(xué)者不斷探索解決方案[4-5]，分析大量的電廠(chǎng)運行結果與處理技術(shù)研究現狀[6]，提出幾種主流的脫硫廢水處理技術(shù)，但仍需進(jìn)一步實(shí)踐檢驗。

1 脫硫廢水水質(zhì)特性

脫硫廢水因其水質(zhì)較差，pH 較低，具有較強的腐蝕性; 含有較高濃度的懸浮物質(zhì); 硬度高，易結垢、有重金屬；若處理不當，將造成嚴重的二次污染，所以選擇合適的處理技術(shù)是關(guān)鍵。脫硫廢水水質(zhì)的指標見(jiàn)表 1[7-8]。

燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水處理技術(shù)的選擇，需要同時(shí)考慮處理效率與技術(shù)成熟度，充分評估一次性投資與長(cháng)期運行費用，合理處理資金、資源等投入與節能減排的產(chǎn)出效益。脫硫廢水處理系統需要與現有的脫硫、脫銷(xiāo)、除塵等污染控制單體協(xié)同，提升系統綜合處理效率，實(shí)現產(chǎn)物的無(wú)害化、資源化與輕量化，避免產(chǎn)生新的二次污染。在充分考慮電廠(chǎng)實(shí)際運行情況的基礎上，對具體機組、煤炭類(lèi)型及場(chǎng)地空間進(jìn)行優(yōu)化。

2 脫硫廢水主要處理工藝

脫硫廢水的處理工藝是技術(shù)交叉使用的過(guò)程，一般按照處理流程劃分為不同工藝，在每一單元內運用專(zhuān)業(yè)的技術(shù)對廢水進(jìn)行特定方面的處理，從而使廢水的水質(zhì)在分步、分級的處理過(guò)程中逐漸接近目標水質(zhì)。

主要包含預處理軟化單元、濃縮減量單元和蒸發(fā)結晶單元三大工藝，如圖 1 所示。其中，軟化處理工藝較為成熟，基本實(shí)現國產(chǎn)化；濃縮減量單元則根據廢水的水質(zhì)，采用合適的工藝，對預處理后的脫硫廢水進(jìn)行濃縮，降低廢水量，實(shí)現減量化。從工藝流程中可知，濃縮減量技術(shù)作為核心工藝，其對廢水的處理處置效率將影響系統整體的能耗與經(jīng)濟性。

2.1 預處理軟化技術(shù)

脫硫廢水在經(jīng)過(guò)三聯(lián)箱處理工藝后[2，9]，其懸浮物、硬度以及 SiO₂ 等離子濃度仍較高，加強軟化預處理很是必要。預處理將脫除廢水中大量的 Mg2+和 Ca2+，提升廢水出水水質(zhì)，減少下一個(gè)工藝的處理壓力，最終達到濃縮和減量的目的。脫硫廢水軟化預處理的解決方案主要有以下兩種：

（1）燒堿+碳酸鈉軟化工藝。該方法已在廢水的軟化處理中得到了廣泛的應用，該工藝具有較高的穩定性與可靠性。消耗藥劑量大和產(chǎn)生大量的污泥最終增加總體處理成本，是該工藝的不足。

（2）石灰+碳酸鈉軟化+沉淀池+過(guò)濾器工藝。脫硫廢水先后經(jīng)過(guò)添加 Ca（OH）₂ 和 Na2CO3 的兩級反應器，廢水中的 Mg2+和 Ca2+同加入的化學(xué)劑發(fā)生化學(xué)反應并產(chǎn)生沉淀，然后通入到沉淀池中進(jìn)行固液分離。分離液體再經(jīng)過(guò)濾和超濾過(guò)濾工藝，然后直接進(jìn)入膜濃縮處理系統。加入石灰軟化處理工藝流程如圖 2 所示。

但由于脫硫廢水軟化處理藥劑及設備成本較高，工藝路線(xiàn)復雜，因此不管是從技術(shù)可行性和經(jīng)濟性而言，均需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成本低、效率高的無(wú)軟化的脫硫廢水處理技術(shù)。

杜明生[10]通過(guò)分析脫硫廢水的水質(zhì)性質(zhì)及特點(diǎn)以及廢水零排放的預處理、濃縮、蒸發(fā)結晶的主流技術(shù)，發(fā)現旋轉霧化蒸發(fā)技術(shù)在技術(shù)可行性與經(jīng)濟性上具有較好的應用價(jià)值；謝增孝等[11]研究發(fā)現，有機胺萃取劑可實(shí)現脫硫廢水中高濃度氯離子的有效脫除且多次脫氯效率可達 95%以上；張娟等[12]提出石灰、芒硝、純堿三級軟化及重力沉降+管式膜兩級分離的預處理工藝路線(xiàn)，將加藥成本降低 41%，提高系統的抗沖擊能力的同時(shí)實(shí)現污泥的綜合利用；汪勁松等[13]通過(guò)電絮凝處理裝置進(jìn)行測試，其懸浮物脫除率高達 99.3%。由于傳統的中和沉淀法無(wú)法對廢水中的 Hg²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺等離子進(jìn)行有效脫除；張春意[14]、王玉東等[15]基于化學(xué)沉淀法，分析酸堿度、反應時(shí)間等因素對廢水中硫酸根離子脫除率的影響；來(lái)勇[16]發(fā)現隨著(zhù) pH 值的上升，Na2S 對重金屬的去除效率逐漸上升，當 pH 值達 8.5 時(shí) Na2S對重金屬的去除效率可達 95.0%，但硫化物沉淀法由于反應過(guò)程中易產(chǎn)生刺激性的 H2S 有毒氣體、處理過(guò)的廢水中硫離子含量超標等影響其在實(shí)際生產(chǎn)中的使用；孫鳳娟等[17]基于離子交換法分析螯合基團對溶液吸附過(guò)程中酸堿度及 Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-質(zhì)量濃度的影響，

建議在動(dòng)態(tài)環(huán)境下吸附；梅玉倩[18]提出膜電解方法進(jìn)行深度處理，可有效去除 Cl^-，脫鹽率高于 95%；石炎平[19]采用三維電解與吸附組合工藝對脫硫廢水進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)優(yōu)化COD 去除率為 80.4%；李響[20]則采用三維電極電解法處理脫硫廢水中氯離子，在最佳的電流密度、電極間距等的工況下，不同粒子電極在三維電解體系下的最佳氯離子去除率為 87.70%。

2.2 膜法濃縮減量技術(shù)

反滲透膜、納濾膜、正滲透膜和電滲析膜等是膜法濃縮減量的主要工藝。其中，反滲透又稱(chēng)逆滲透[21]，主要利用壓力差在溶液中分離溶劑。由于其技術(shù)具有安全可靠，脫鹽率高，出水穩定，能耗低等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。按照壓力及結構分類(lèi)，可分為高壓式、盤(pán)管式和特殊通道式。納濾膜則主要應用于陰離子濃度較高的廢水減量化處理，尤其是對小分子有機物，二價(jià)或高價(jià)離子的截留效果顯著(zhù)。正向滲透作為一種潛在的水純化和淡化新技術(shù)，其核心在于高效提取液形成巨大滲透壓差，驅動(dòng)水分子自發(fā)選擇性擴散[22]。其高出水品質(zhì)、低能耗、輕結垢的優(yōu)點(diǎn)明顯。電滲析膜技術(shù)則利用膜對帶電離子的選擇透過(guò)性，同時(shí)實(shí)現廢水的濃縮與淡化[23]。因其對藥劑需求量較少，能減少對環(huán)境的污染；但對廢水硬度的降低以及難電離物質(zhì)的去除效果有限。膜濃縮技術(shù)的特征見(jiàn)表 2。

不管是淡化法還是濃縮法，學(xué)者針對特定的應用場(chǎng)景，綜合考慮工藝成熟度、運行成本和投資成本的基礎上，開(kāi)展不同工藝的探索。林福全[28]開(kāi)發(fā)出預處理+濃縮減量+蒸發(fā)結晶三段式處理工藝。袁?腙?[29]認為化學(xué)+微濾膜法在當前最具經(jīng)濟與技術(shù)潛力。徐志清等[30]開(kāi)發(fā)高效防垢一體化預處理+納濾新型反滲透+機械式蒸汽再壓縮廢水零排放成套技術(shù)，實(shí)現預處理、分鹽濃縮、蒸發(fā)結晶一體化，在縮短工藝流程的同時(shí)節省 15%以上投資成本；高效分鹽濃縮系統則實(shí)現廢水濃縮減量 85%，淡水產(chǎn)水率高于 93%，氯化鈉一級工業(yè)鹽純度高于 98.6%的目標。劉其彬[31]開(kāi)展多種膜濃縮減量工藝中試試驗，結果表明碟管式電滲析的除鹽率較高。陳雪等[32]、王煜民[33]驗證并分析膜法濃縮技術(shù)在脫硫廢水不同階段的應用。

綜上所述，膜濃縮技術(shù)具有系統能耗低、濃縮能力強和離子選擇性去除等優(yōu)勢。但需要花費較多資金進(jìn)行投資以及運行維護，且存在易結垢堵塞、預處理要求高等問(wèn)題。開(kāi)發(fā)國產(chǎn)化新型膜材料，降低運行維護成本以及多元化配置是膜濃縮工藝的發(fā)展趨勢。

2.3 強效蒸發(fā)工藝

2.3.1 蒸發(fā)濃縮結晶工藝

蒸發(fā)濃縮結晶技術(shù)使用蒸發(fā)器濃縮脫硫廢水并再利用產(chǎn)品水。結晶和干燥工藝將濃縮水轉化為固體鹽進(jìn)行處理。它對廢水水體質(zhì)量、機組和煤種具有廣泛的適應性，可以對脫硫廢水進(jìn)行徹底處理。但是，它具有成本高、能耗大、蒸發(fā)器結垢和設備腐蝕等缺點(diǎn)。根據工藝與熱源的差異，分為機械蒸汽再壓縮、多效蒸發(fā)以及熱力蒸汽再壓縮。其中，機械蒸汽再壓縮技術(shù)通過(guò)利用自身產(chǎn)生的二次蒸氣，進(jìn)行料液加熱以減少對外界能源的需求[34]。多效蒸發(fā)利用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為熱源并進(jìn)行多次循環(huán)利用，在提高蒸汽利用率的同時(shí)降低運營(yíng)成本。熱力蒸汽再壓縮裝置則利用蒸發(fā)器噴出的二次蒸汽，與高壓蒸汽混合完成升溫升壓并進(jìn)入噴射器，進(jìn)行料液加熱。熱力蒸汽壓縮技術(shù)回收潛熱，提高熱效率。

2.3.2 煙道蒸發(fā)工藝

脫硫廢水通過(guò)泵做功將其輸送至鍋爐尾部煙道中的霧化噴嘴進(jìn)行霧化，并在煙道中受熱蒸發(fā)，隨煙氣排出；雜質(zhì)則被除塵系統捕集，隨灰一起外排，從而實(shí)現脫硫廢水零排放的目的，該工藝稱(chēng)為煙道蒸發(fā)[35]。煙道蒸發(fā)工藝按霧化噴嘴在煙道的位置及煙氣溫度，分為低溫煙道蒸發(fā)和高溫煙道旁路蒸發(fā)。

（1）低溫煙道蒸發(fā)

脫硫廢水與高壓空氣預混后，通過(guò)霧化噴嘴噴到空預器與除塵器之間，利用煙氣余熱使水霧瞬間蒸發(fā)，同時(shí)煙氣溫度降至酸露點(diǎn)以上。低溫煙道蒸發(fā)工藝具有系統簡(jiǎn)單、低成本、用時(shí)少等特點(diǎn)，詳見(jiàn)表 3。由于煙道溫度較低，需要考慮由于露點(diǎn)引起的腐蝕問(wèn)題。同時(shí)，機組負荷波動(dòng)是影響蒸發(fā)效果、除塵以及煙道堵塞的關(guān)鍵。該技術(shù)適用于運行負荷穩定的常規機組或舊改項目。如：華電內蒙古土右電廠(chǎng)、華云新材料自卑電廠(chǎng)[36]。

（2）旁路煙氣余熱蒸發(fā)結晶

通過(guò)在空氣預熱器前端引出高溫蒸汽，設置旁路蒸發(fā)煙道，并在旁路蒸發(fā)煙道中設置霧化噴口，進(jìn)行廢水霧化蒸發(fā)結晶。最終，晶體產(chǎn)物及雜質(zhì)隨著(zhù)煙氣進(jìn)入主煙道（空預器之后），被除塵器捕捉去除[37]。雖然該工藝會(huì )使爐膛進(jìn)風(fēng)溫度降低，從而降低鍋爐效率，提高鍋爐能耗。但其獨立運行，有利于維護、檢修，廢水零排放目標可控可調，在低負荷、低煙溫及低溫省煤器的機組效益明顯。北海電廠(chǎng)就采用了此工藝進(jìn)行廢水處理。

（3）旋轉噴霧蒸發(fā)

旋轉噴霧蒸發(fā)工藝主要流程及設備見(jiàn)圖 3。構建獨立旁路旋轉霧化蒸發(fā)系統，廢水經(jīng)過(guò)離心霧化器進(jìn)行霧化并在蒸發(fā)塔中完成蒸發(fā)，最終固體產(chǎn)物進(jìn)入除塵器被捕集。前臨汾熱電廠(chǎng)、焦作萬(wàn)方鋁業(yè)熱電廠(chǎng)均是該工藝的實(shí)施案例。

（4）低溫濃縮高溫干燥工藝

低溫濃縮高溫干燥技術(shù)的工藝流程見(jiàn)圖 4[36]。國電泰州和國電宿遷電廠(chǎng)均采用此廢水處理工藝。

（5）濃縮固化工藝

濃縮固化工藝主要流程見(jiàn)圖 5，其中養護室主要起到將廢水中氯離子和重金屬離子固化的目的，該工藝流程尚未成熟，沒(méi)有應用案例。

基于經(jīng)濟性與技術(shù)可行性的全面評價(jià)，主煙道霧化蒸發(fā)干燥技術(shù)、旁路蒸發(fā)結晶工藝和旁路噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)[38-39]是現階段脫硫廢水零排放的有效且主要措施。工藝的特點(diǎn)與主要技術(shù)參數比較見(jiàn)表 3[35-36，40-45]。但近年來(lái)火電廠(chǎng)投運案例多采用旁路噴霧蒸發(fā)干燥工藝[45-47]，而蒸汽機械再壓縮蒸發(fā)結晶工藝很少被關(guān)注[48-49]。

分析表 3 可知，相比于其他兩種技術(shù)，旁路蒸發(fā)器煙氣噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)具有廣泛的應用價(jià)值，其脫鹽率較高，并且在運行成本和可靠性方面具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。

3 結束語(yǔ)

脫硫廢水零排放勢在必行，而實(shí)現脫硫廢水零排放的核心在于終端工藝廢水零排放。結合脫硫廢水的特點(diǎn)選擇合適的處理處置工藝將成為電廠(chǎng)安全可靠和經(jīng)濟可行的關(guān)鍵。預處理技術(shù)是脫硫廢水零排放的基礎，濃縮減量技術(shù)是保證后處理效率的關(guān)鍵。Na₂CO₃軟化工藝已經(jīng)成熟，其經(jīng)濟技術(shù)可行性?xún)?yōu)勢明顯。在膜濃縮還原工藝中，反滲透工藝出水穩定、脫鹽率高、能耗低，具有廣闊的應用前景。隨著(zhù)工藝技術(shù)的深入研究和優(yōu)化，正滲透技術(shù)具有巨大的發(fā)展潛力。蒸發(fā)器煙氣噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)不需要預處理和濃縮，運行成本低，系統可靠性高;在經(jīng)過(guò)應用優(yōu)化后將實(shí)現突破性發(fā)展。然而，基于分級工藝的優(yōu)化選擇，如何提高各工藝的性能，實(shí)現脫硫廢水零排放處理工藝的系統優(yōu)化；創(chuàng )新改造工藝，探索不同的工藝組合，降低成本，提高綜合利用價(jià)值，將是未來(lái)脫硫廢水零排放的發(fā)展方向。