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脫硫廢水處理工藝的研究進展

由于我國煤炭資源豐富,并且燃煤發電運行可靠、技術成熟,因此長期以來燃煤發電作為我國能源供給的主要來源。然而在燃煤電廠的運行中會產生各種廢水,主要包括脫硫廢水、循環冷卻系統排污水、酸堿廢水和生活污水等。其中脫硫廢水成分復雜、污染物種類多,成分及濃度對處理系統的運行管理有很大影響,是影響處理設備的選擇、腐蝕等的關鍵性因素,因此成為燃煤電廠最難處理的廢水之一。脫硫廢水一般具有以下幾個特點:

①  含鹽量高。脫硫廢水中的含鹽量很高,變化范圍大,一般在30000~60000 mg/L ;

②  懸浮物含量高。脫硫廢水中的懸浮物大多在10000 mg/L 以上,并且由于受煤種的變化和脫硫運行工況的影響,在某些極端情況下,懸浮物質量濃度甚至可高達60000 mg/L;

③  硬度高導致易結垢。脫硫廢水中的 Ca2+、SO2-4、Mg2+含量高,其中SO2-4在 4000 g/L 以上,Ca2+在1500~5000 mg/L,Mg2+在3000~6000 mg/L,并且CaSO4處于過飽和狀態,在加熱濃縮過程中容易結垢;

④  腐蝕性強。脫硫廢水中的鹽分高,尤其是Cl含量高,且呈酸性(pH為4~6.5),腐蝕性非常強,對設備、管道材質防腐蝕要求高;

⑤  水質隨時間和工況不同而變化。廢水中主要含有Ca2+、Mg2+、Cl、Na+、K+等各種重金屬離子,并且組分變化大。

然而,對于脫硫廢水水質的控制,沒有相應的國家標準,只有行業標準(DL/T997-2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》),其對脫硫廢水總汞、總鉻、總鎘、總鉛、總鎳、懸浮物等指標進行了限制,但是總體標準偏低,如汞的最高排放限值為0.05 mg/L。2015年4月16日,國務院發布《水污染行動計劃》(《水十條》),國家將強化對各類水污染的治理力度,脫硫廢水因成分復雜、含有重金屬引起業界關注。

圖1 脫硫廢水處理技術方法圖

脫硫廢水處理工藝主要包括四大部分,如圖1,其中最重要的是傳統工藝和零排放技術:

1.傳統工藝

1.1沉降池

沉降池通過重力作用去除廢水中顆粒物,基于此原理,必須保證廢水在沉降池內有足夠的停留時間。沉降池處理成本低,對浮顆粒物有一定的去除作用,但是不能除去廢水中溶解的金屬鹽類,不能滿足排放標準的要求,一般只用于其他技術的預處理。

1.2化學沉淀法

化學沉淀法是目前最常用的脫硫廢水處理工藝,俗稱“三聯箱沉淀法”,具體方法有石灰石-石膏濕法脫硫、石灰-石膏濕法脫硫、白泥-石膏濕法脫硫、電石渣-石膏濕法脫硫技術,而石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術由于具有脫硫效率高、技術成熟、設備布置緊湊和對水質變化適應性強等優點,已成為我國當前電廠煙氣脫硫的主流處理工藝。其工藝流程如圖2主要是通過中和、沉淀、絮凝等工藝去除脫硫廢水中的重金屬和懸浮物等污染物。

圖2 化學沉淀法工藝流程圖

國內脫硫廢水實際處理方面,僅有少數電廠采用灰場處置、水力除灰等方法處理,其余大多數電廠設置了單獨的脫硫廢水處理系統,以化學沉淀法最為常見,此外還有流化床法、膜分離法、離子交換法和電絮凝法等。

2.零排放技術

2.1脫硫廢水和飛灰混合

如果電廠的飛灰用于填埋處理,可將排放的脫硫廢水用于飛灰的增濕,這有利于運輸過程中減少粉塵的飛揚和容積。但若飛灰用于商用(如制磚、作為水泥添加劑),則往往很難接受過高的 Cl?含量。此外,此技術會使脫硫廢水中的重金屬轉移到飛灰中,可能會影響飛灰的綜合利用。

1.2.2蒸發池

蒸發池是通過自然蒸發減少廢水體積的一種方法。蒸發池的處理效率取決于廢水水量而非污染物濃度,因此適用于處理高濃度、總量少的含鹽廢水。此外,蒸發池處理廢水成本低,適用于土地價格低的半干旱或干旱地區使用。但是此技術需要作防滲處理,且當廢水處理量大時,所需土地面積增加,處理成本增加。盡管蒸發池技術存在一定的問題,但是由于其系統簡單、費用低,隨著環保標準日益嚴格,其研究將受到廣泛關注。

2.3煙道蒸發

脫硫廢水煙道蒸發技術是利用氣液兩相流噴嘴將脫硫廢水霧化并噴入空預器與除塵器之間的煙道中,利用煙氣余熱將廢水完全蒸發,使廢水中的污染物轉化為結晶物或鹽類,隨飛灰一起被除塵器捕集,其具體流程如下:

圖3 煙道蒸發流程圖

脫硫廢水蒸發具有特殊性,主要分為兩個階段:等速蒸發與降速蒸發。等速蒸發是液滴中含有大量的不溶性顆粒,隨著蒸發的進行,液滴逐漸收縮,顆粒間的距離減少,直至顆粒表面接觸,此時液滴表面形成一層硬殼,水的通路被限制,剩余的水分很難蒸發,由于硬殼的形成,脫硫廢水的蒸發速率比純水慢;降速蒸發是剩余水分通過擴散作用到達液滴表面,最終的水分含量受擴散速度、蒸汽壓、顆粒與氣體的溫差等參數影響。受脫硫廢水的蒸發特性的影響,工藝可能存在以下問題:

①  脫硫廢水中的大顆粒物質可能會造成噴嘴的堵塞與磨損,造成噴嘴霧化效果下降;

②  脫硫廢水不能完全蒸發可能造成煙道的腐蝕穿孔;

③  脫硫廢水蒸發后,高腐蝕的含氯物質不能完全被除塵器捕集,造成其在脫硫塔或是其他設備上積累,引起嚴重腐蝕,增加運行維護費用;

④  脫硫廢水中重金屬等物質在飛灰中的富集影響飛灰的再利用以及用戶的安全。

因此,脫硫廢水的預處理尤為重要。

3.工藝特點對比

脫硫廢水的處理方法眾多,但各有其限制因素,其優缺性對比如下:

表1 脫硫廢水處理方法對比

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