燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术研究进展

燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术研究进展

0脱硫技术的应用由于其高度六安（超过90%）、技术操作稳定、适用于世界各地的煤炭样品、系统回收率和采收剂利用率高（超过90%）以及采收剂的成本高，因此被认为是目前国内外应用最广泛、最成熟的煤矿开采技术之一。据统计，截至2015年，在美国108个燃煤电厂中的69%电厂采用湿法脱硫技术1电厂废水水质、特点在湿法烟气脱硫工艺运行中，吸收剂在循环使用过程中盐分(如Cl脱硫废水的产量受机组容量、煤质、石灰石品质、脱硫工艺水质、排放周期等因素的影响，是电厂废水中污染物含量最多、最末端的难处理废水。此外，脱硫废水一般具有以下特点:(1)弱酸性，其pH值变化范围约在4.0～6.0;(2)悬浮物含量高(ss>10000mg/L，甚至可高达50000mg/L)，浊度大，沉降性能差;(3)高含盐量，高硬度，含有大量Ca2燃煤电厂脱硫废水处理的工艺流程脱硫废水的传统处理主要集中在中和废水pH值、降低第一类污染物和一些重金属离子浓度。为此，目前国内外燃煤电厂采用最广泛的脱硫废水处理技术为化学混凝沉淀法，也称“三联箱”法，其工艺流程如图1所示，主要包括中和、沉淀、絮凝及澄清等工序。其中，中和池、反应池、絮凝池合称为“三联箱”3脱硫废水零排放处理技术基于脱硫废水传统处理工艺存在的问题和工业废水排放标准的提高，近年来脱硫废水零排放处理技术受到越来越广泛的关注。目前，国内采用的脱硫废水零排放工艺流程主要分为预处理、浓缩减量和固化处理3个阶段3.1有机硫、絮凝剂、助凝剂脱硫废水的预处理主要通过向废水中逐步添加石灰乳、有机硫、絮凝剂、助凝剂等化学药剂，以去除废水中的悬浮物和Ca化学沉淀过程中常用的方法有石灰—碳酸钠法、氢氧化钠—碳酸钠法等，沉淀剂与废水中的Ca3.2降低蒸发结晶固化成本浓缩减量是对预处理后的废水利用浓缩设备进行浓缩，使废水量降低，以减少后续蒸发结晶固化过程的处理量，降低零排放处理成本。该过程是废水零排放的保障，常用技术有膜浓缩和热浓缩法。3.2.1膜蒸馏法md常用的膜浓缩法依据工作原理不同主要分为反渗透法(RO)、正渗透法(FO)、电渗析法(ED)和膜蒸馏法(MD)(1)反渗透法(RO)。RO利用反渗透膜，在施加一定压力下使废水中的溶剂反向渗透至浓缩液侧。该法能有效截留废水中尺寸大于0.1nm的物质，出水稳定、除盐率高(可达95%)、能耗较低、适用范围广，在脱硫废水浓缩处理中应用广泛(2)正渗透法(FO)。FO利用汲取液产生的巨大渗透压驱动力，使水分子自发透过半透膜并从高盐侧扩散进入汲取液测，大幅降低废水中的含盐量(约浓缩15%)。目前汲取液通常由特定比例的氨和CO(3)电渗析法(ED)。ED是基于离子交换技术发展而成，其工作原理:在直流电场的阴阳两极间放置若干交替排列的阴、阳离子膜，电流接通后由于离子交换膜的选择通过性和电位差的存在，水中的阴、阳离子分别向阳极和阴极方向定向迁移，使离子聚集浓缩，在处理室中形成交替排列的离子浓度明显降低的淡室和离子浓度明显增加的浓室，从而实现阴、阳离子的分离、淡化、浓缩和提纯。董凯等(4)膜蒸馏法(MD)。MD主要用于非挥发性溶质水溶液的浓缩减量，可利用火电厂丰富的低品质废热(如循环冷却水等)，仅使水蒸气透过膜从热侧进入冷侧而冷凝。该法可截留近100%的非挥发性溶质，且其中易结晶的溶质可被浓缩至过饱和而产生结晶。徐光平等3.2.2蒸发结晶mvr热浓缩法主要利用电厂热源(如锅炉脱硫后尾部低温烟气的余热)将废水浓缩至可结晶固化程度，常用的技术包括多效蒸发(MED)、机械蒸汽再压缩(MVR)和低温烟气余热蒸发等。其中，MED和MVR法发展较为成熟，但设备相对投资和运行维护成本较高。低温烟气余热蒸发法的投资和运行成本相对较低，是近年来的研究热点，目前在建电厂项目中该法应用较多。热浓缩法的优点在于处理水的水质稳定、浓缩液总悬浮固体可达200g/L、有实现分离盐的能力;缺点为占地大、对造价及净空要求高、对水质适应性较差3.3末端硬化技术经预处理和浓缩减量后形成的高盐废水，最后经末端固化处理以实现脱硫废水零排放。目前，末端固化技术主要有蒸发结晶、烟气蒸发干燥等3.3.1vr/tvr、多效闪蒸工艺该法原理简述如下:经预处理或浓缩减量后的废水进入蒸发结晶装置，利用蒸汽或电能加热，使废水中水分蒸发、冷凝而循环利用，盐分则不断截留浓缩至结晶析出。常见工艺有多效蒸发结晶(MED)、机械蒸汽再压缩蒸发结晶(MVR/TVR)、蒸发塘、多效闪蒸工艺等。蒸发结晶法工艺简单、回收水水质较好，但也存在管道易结垢、能耗高、投资及运行成本高等缺点。MED工艺由若干蒸发器串联组成，第一效加入加热蒸汽，第一效的二次蒸汽进入下一效作为热源蒸发料液，后一效的加热室相当于前一效的冷凝器，以此类推设置多效蒸发器;废水经此蒸发浓缩后产生浓盐水，固液分离后的液体部分返回加热器再循环。蒸发器的效数与投资和运行费用相关，一般为3～5效机械蒸汽再压缩蒸发结晶工艺利用压缩机对蒸发器系统产生二次蒸汽，绝热压缩后使蒸汽的温度和压力增至一定程度，再将蒸汽排入蒸发器的加热室并冷凝释放热量，废水吸收热量后汽化从而再次产生二次蒸汽，经分离重新进入机械压缩机进行循环蒸发3.3.2烟道蒸发技术简介烟道蒸发技术的原理:将预处理后的脱硫废水经雾化喷嘴雾化后喷入空气预热器和静电除尘器之间的烟道内，雾化液滴与高温烟气混合后快速蒸发，析出的固体物质随烟气粉尘在静电除尘器中被捕获，从而实现废水零排放。依据废水气化所选择的烟道的不同，烟道蒸发技术可划分成2种技术，即主烟道蒸发技术和旁路烟道蒸发技术。在主烟道蒸发技术中，废水雾化后进入主烟道，废水蒸发后的水蒸汽随烟气排出，而析出的固体物质则随粉煤灰一起进入除尘器中。该技术工艺流程简单，无需额外提供能量，系统所需投资小。目前，国内已有部分电厂使用该处理技术，脱硫废水在实际运行中蒸发析出的盐渍易沉积在烟道底部从而造成烟道堵塞;同时废水中的Cl旁路烟道蒸发技术是在主烟道旁新建旁路烟道作为独立的蒸发器主体，高温烟气从主烟道进入旁路烟道，废水经雾化后送入旁路烟道进行蒸发过程该技术的处理系统结构简单，便于后期运行维护;烟气流量流速可控，可保障液滴的完全高效蒸发;蒸发系统相对独立，对锅炉系统的正常运行影响较小，具有很好的应用前景。如Ma等4燃煤电厂废水零排放技术关键技术燃煤电厂中湿式烟气脱硫工艺产生的废水水量大、成分复杂，具有高盐、高浊度、腐蚀性强等特点，目前最广泛应用的脱硫废水处理方法为化学混凝沉淀处理法。随着国家和社会公众对生态环境保护的要求越来越高，对火电行业的废水排放标准要求也更为严格，实现燃煤电厂废水零排放的需求日益强烈。现有的脱硫废水零排放技术通常通过预处理、浓缩减量和固化处理等步骤实现废水零排放。(1)预处理阶段主要应用“三联箱”工艺去除废水中的重金属离子及悬浮物，实现水质的软化，避免后续处理时出现结垢、堵塞等现象。(2)浓缩减量阶段是基于反渗透法、正渗透法、电渗析法和膜蒸馏法等利用浓缩设备使废水量降低，以减少后续蒸发结晶固化过程的处理量，降低零排放处理成本。(3)固化处理阶段主要是利用蒸发结晶技术和烟道蒸发技术对浓缩废水进行固化处理，以实现脱硫废水零排放及处理水再利用。本文对上述3个阶段的关键技术进行了介绍和对比。由前文可知，各种废水零排放技术都有其优势和缺陷，燃煤电厂在推进废水零排放设施建设和改造时，应根据电厂的实际情况，综合考虑投资运行成本、社会经济效益择优选择适合的技术流程。针对现有燃煤电厂脱硫废水零排放技术存在的问题，未来可从3个方