脫硫廢水處理方法及工藝流程（濕法脫硫廢水處理原理介紹）
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添加時間：2022-11-24 瀏覽次數(shù):11542
我國絕大多數(shù)電廠采用了石灰石濕法脫硫技術(shù)脫除煙氣中的SO2，在運行過程中產(chǎn)生的脫硫廢水因成分復雜、污染物種類多，成為燃煤電廠難處理的廢水之一。目前國內(nèi)主要采用化學沉淀法(俗稱三聯(lián)箱沉淀)處理脫硫廢水，處理出水含鹽量很高，直接排放后容易造成二次污染。由于脫硫廢水水量較小、含鹽量高，近年來，國內(nèi)外都很多學者開始研究脫硫費零排放處理技術(shù)。但是由于廢水零排放技術(shù)的投資和運行成本高昂，目前實際應用案例很少。本文介紹了脫硫廢水現(xiàn)行處理技術(shù)的優(yōu)點和不足，分析了脫硫廢水零排放處理技術(shù)研究和應用現(xiàn)狀，以期為相關研究和工程技術(shù)人員提供有益參考。
脫硫廢水處理現(xiàn)狀
目前我國90%以上燃煤電廠采用了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。在濕法煙氣脫硫工藝中，為了維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行和保證石膏產(chǎn)品質(zhì)，需要控制漿液中氯離子濃度不能過高，因此需要排出一部分漿液，從而產(chǎn)生脫硫廢水。
目前大多數(shù)電廠采用化學沉淀法處理脫硫廢水，主要是通過氧化、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?；瘜W沉淀法工藝流程如圖1所示。
化學沉淀法具有操作簡單、運行費用較低的優(yōu)點，但是其設備較多、建設投資高。而且在實際運行中也存在較多問題，研究者對40余家燃煤電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)運行結(jié)果分析表明，出水中SS和COD往往不能穩(wěn)定達標排放。此外，在污泥脫水處理中，也存在板框壓濾機故障率高、運行維護困難等問題。
廢水零排放處理技術(shù)
所謂零排放是一種理想的封閉用水系統(tǒng)，系統(tǒng)不向外排水，系統(tǒng)內(nèi)的水不斷進行循環(huán)或處理后復用。而廢水零排放則是要求不向系統(tǒng)外排放任何形式的廢水，從而節(jié)約水資源和保護環(huán)境。
從理論上講，廢水零排放是可以實現(xiàn)的，但是綜合考慮經(jīng)濟和技術(shù)現(xiàn)狀，目前所謂的零排放只是廢水的近零排放，很難實現(xiàn)真正的零排放。
美國德克薩斯州的2座新建的燃氣電廠將采用GE的液體零排放系統(tǒng)處理循環(huán)冷卻水，主要采用鹽水濃縮和結(jié)晶處理工藝，回用率超過98%。
目前國內(nèi)外脫硫廢水主要采用化學沉淀法處理，但是經(jīng)過化成沉淀法處理達標后，廢水中仍然含有高濃度的溶解性固體，主要包括氯化物等，很難回用，一般采取直接排放的方法處置。
然而將處理后的廢水直接排放，不僅浪費水資源，同時由于廢水含鹽量較高，也會造成土壤和水體理化性質(zhì)的改變，引起二次污染，如破壞土壤生態(tài)、影響水生生物以及地表和地下水源。隨著水污染控制技術(shù)的進步和污染物排放標準的日益提高，該方法在未來廢水處理中將受到限制。
例如北京市規(guī)定排水中可溶性固體總量一級排放標準和三級排放標準分別不能大于1000mg/L和2000mg/L。為了實現(xiàn)廢水達標排放和回用水資源，脫硫廢水的零排放處理得到越來越多的關注。
脫硫廢水零排放的核心在于脫鹽處理技術(shù)的開發(fā)，由于廢水中高濃度的鹽分會對微生物產(chǎn)生抑制或毒害作用，采用生物法除鹽很難達到較好效果，因此只能采用相應的物化處理方法。在脫硫廢水的零排放處理中，主要包括以下兩類工藝路線。
蒸發(fā)法
蒸發(fā)法是廢水零排放處理中常用的方法之一，該工藝也被應用于脫硫廢水的處理中。蒸發(fā)法的基本原理是：進入蒸發(fā)器的廢水通過蒸汽或電熱器加熱至沸騰，廢水中的水分逐漸蒸發(fā)成水蒸汽，水蒸氣經(jīng)冷卻后重新凝結(jié)成水而重復利用，廢水中的溶解性固體被截留在蒸殘液中，隨著濃縮倍數(shù)的提高，以晶體形式析出。蒸發(fā)法已經(jīng)廣泛應用于化工領域，既可以單獨使用，也可以與其他工藝聯(lián)合使用。
隨著近些年來水處理技術(shù)的不斷進步，蒸發(fā)法中的多效蒸發(fā)工藝得到快速發(fā)展，因其具有傳熱系數(shù)高、操作彈性大、進水預處理簡單和能耗相對較低的優(yōu)點，被廣泛應用于化工、醫(yī)藥、海水淡化以及廢水處理等領域中。
由于蒸發(fā)法具有能耗高、設備易結(jié)垢和投資大的缺點，這也是限制其應用的重要因素。因此，要降低零排放處理成本和保證系統(tǒng)正常運行，需要從以下兩方面對廢水進行預處理，即廢水的減量化和防結(jié)垢處理。
一方面，通過減量化處理方法對廢水進行預處理，可以減少蒸發(fā)結(jié)晶器的處理負荷，金正環(huán)保采用DTRO膜法對脫硫廢水進行高倍濃縮，可以有效降低處理成本。采用DTRO碟管式反滲透膜分離技術(shù)首先對廢水進行高倍數(shù)濃縮，減量化處理，高壓DTRO膜產(chǎn)生的濃水再進行蒸發(fā)結(jié)晶，可以有效降低蒸發(fā)處理負荷和節(jié)約處理成本。另一方面，通過軟化法對廢水進行預處理，處理防止蒸發(fā)器內(nèi)結(jié)垢。
脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)為高含鹽廢水處理過程的主要耗能系統(tǒng)，為了降低投資成本和運行成本，在廢水進入蒸發(fā)器濃縮前進入高壓反滲透(DTRO)預濃縮系統(tǒng)，將脫硫廢水TDS的質(zhì)量濃度25~40g/L預濃縮到80~100g/L，降低進入蒸發(fā)器系統(tǒng)水量，提高運行效率。
煙道處理法
煙道處理法是在煙道內(nèi)對廢水進行噴霧蒸發(fā)處理的一種方法。噴霧蒸發(fā)法在食品、化工等領域應用廣泛，但在廢水處理中應用較少。
采用煙道蒸發(fā)法處理脫硫廢水時，首先采用噴射方式將脫硫廢水霧化后噴入電除塵器之前的煙道內(nèi)，廢水以小液滴的形式經(jīng)過高溫煙氣加熱后迅速蒸發(fā)氣化，其中的懸浮物和可溶性固體形成細小固體顆粒，然后在氣流的夾帶作用下進入電除塵器并被電極捕捉去除，可以實現(xiàn)脫硫的廢水近零排放處理。
與現(xiàn)行脫硫廢水處理技術(shù)相比，蒸發(fā)法具有眾多優(yōu)點：設備簡單，無需添加化學藥劑，可以有效克服現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)設備多、投資大、運行成本高和設備檢修維護工作量大的缺點;運行操作簡單，廢水中的污染物以灰分形式排出，無污泥處置問題;由于廢水向煙道內(nèi)引入，可以適當提高煙氣濕度，從而降低煙氣中灰塵顆粒的比電阻，有利于提高除塵效率。
在實際應用方面，采用煙道法處理脫硫廢水的報道很少，只有美國Bailly電廠采用了該技術(shù)，國內(nèi)尚無實際應用報道，大多停留在實驗室研究階段。主要原因包括煙道蒸發(fā)工藝中存在許多潛在問題尚未解決，如廢水組成對煙氣組成等特性的影響、廢水水質(zhì)成分的變化可能對煙氣后續(xù)處理產(chǎn)生的影響，以及由于污染物在煙道內(nèi)壁吸附可能引起煙道腐蝕等問題。
結(jié)論與展望
綜上所述，為了避免高含鹽廢水污染環(huán)境并回收水資源，脫硫廢水零排放處理越來越受到重視。脫硫廢水零排放處理技術(shù)主要包括兩種：
第一種是DTRO膜濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶法，該方法可以回收水資源和結(jié)晶鹽，完全符合政府要求廢水“零排放”要求。DTRO膜系統(tǒng)對廢水的高倍濃縮大大降低了零排放成本。
此外，為了確保蒸發(fā)結(jié)晶器正常運行和保證結(jié)晶鹽品質(zhì)，需要對脫硫廢水進行嚴格的預處理，如去除廢水中的硬度、有機物和重金屬等。因此，要實現(xiàn)蒸發(fā)結(jié)晶法的大規(guī)模應用，注重開發(fā)廢水減量化預處理技術(shù)的研發(fā)，以期降低蒸發(fā)工段的建設和和運行成本，同時還要研究的脫硫廢水預處理技術(shù)。
第二種是煙道蒸發(fā)處理法，該工藝操作簡單，運行成本低，但是煙道處理法不能回收水資源，而且尚有大量潛在影響不能確定，包括對后續(xù)除塵等工藝的影響，以及可能引起的煙道腐蝕問題等。因此，在煙道蒸發(fā)處理脫硫廢水方面，應注重廢水進入煙道后對煙氣排放和煙氣處理系統(tǒng)的影響研究。煙道處理法要得到廣泛應用，還要進行大量、長期的經(jīng)濟技術(shù)研究和評價。
濕法脫硫廢水處理系統(tǒng)主要設備故障分析及應對措施
據(jù)統(tǒng)計，截止2010年底，全國已投運煙氣脫硫機組超過5.6kw，約占全國煤電機組容量的86%。在全國已投運的煙氣脫硫機組中，300MW及以上煙氣脫硫機組約占86%。石灰石-石膏濕法脫硫仍是主要脫硫方法，占92%。石灰石-石膏濕法脫硫大規(guī)模商業(yè)化的同時產(chǎn)生了一些量的脫硫廢水。
目前，燃煤電廠主要的脫硫廢水處理工藝為脫硫后廢水經(jīng)中和、反應、好絮凝及沉淀處理，除去廢水中含有有重金屬及其他懸浮雜質(zhì)。涉及的主要常規(guī)設備有各廢水箱(如中和箱、反應箱、絮凝箱、澄清濃縮池、出水箱)、各廢水泵及污泥泵、加藥泵、攪拌器、污泥壓濾機等。
通過火電廠環(huán)境保護評價過程發(fā)現(xiàn)，多數(shù)電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)存在設計、設備故障和運行管理等問題。本文通過對脫硫廢水處理系統(tǒng)主要常規(guī)設備存在問題進行了分析，提出了相應的應對措施，確保脫硫廢水設施的穩(wěn)定運行。
設備故障分析
脫硫廢水系統(tǒng)一般為不同機組脫硫島的公用系統(tǒng)，隨著機組停運，脫硫廢水系統(tǒng)處理水量也會變化。另外，脫硫廢水的排放量主要是根據(jù)吸收塔內(nèi)氯離子濃度的大小決定的，因此系統(tǒng)排放的水量并不穩(wěn)定，這樣會導致脫硫廢水處理系統(tǒng)起停比較頻繁，很容易導致系統(tǒng)堵塞等故障。此外，還有系統(tǒng)設計、運行管理和設備調(diào)試等各方面的因素。
1.1設計問題
由于脫硫廢水處理系統(tǒng)在設計過程中考慮不周，導致系統(tǒng)調(diào)試和運行過程中設備故障率較高，影響了系統(tǒng)的正常運行。主要存在問題有：
(1)設計時對進入廢水處理系統(tǒng)的漿液含固量考慮過于理想，設計余量小，造成系統(tǒng)內(nèi)固體大量沉積而不能運行。
(2)廢水旋流子噴嘴尺寸選擇不當，導致溢流和底流漿液濃度不正常。進入廢水旋流器的漿液濃度過高，旋流子底部常被堵死。廢水旋流器入口加裝的濾網(wǎng)堵塞頻繁，導致其無法正常投運。
(3)因系統(tǒng)設置的緩沖池設計容量較小，再加上廢水排放比較隨意，影響了廢水處理系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行，從而降低了廢水處理效果。
1.2運行問題
(1)設備堵塞問題。廢水系統(tǒng)中各箱罐因來水中固體含量太高，固體沉積而堵塞;中和箱因石灰乳加量不足，石灰乳管路堵塞，導致pH值無法提高;石灰乳加藥系統(tǒng)因停運后石灰乳沉積在入口管道和排污管道上造成系統(tǒng)堵塞;管道堵塞問題。
(2)儀表控制問題。由于pH測量電極、石灰石加藥管線清洗不及時，控制系統(tǒng)參數(shù)設置不合理等，均可造成pH值與設定值的偏差過大。
(3)泵異常情況。在運行過程中，出現(xiàn)泵振動和雜聲較大、電動機超載、流量顯著下降等現(xiàn)象，計量泵不出藥等故障。
1.3調(diào)試問題
廢水處理系統(tǒng)作為脫硫系統(tǒng)的子系統(tǒng)在設備調(diào)試中未得到應有的重視，多數(shù)調(diào)試以出水合格和設備可以運行作為調(diào)試的目的，從而影響了廢水系統(tǒng)在脫硫設備啟動后的穩(wěn)定連續(xù)運行。再加上運行藥品昂貴，設備故障得不到及時處理，影響了脫硫廢水處理系統(tǒng)的正常運行。
應對措施
2.1增加廢水處理系統(tǒng)的設計容量
加大緩沖池容量并保持廢水連續(xù)穩(wěn)定排放。為了防止懸浮物的沉淀，廢水緩沖箱中需要設計攪拌裝置。攪拌裝置采用曝氣裝置應采取母管支管，并在支管上打曝氣孔方式，但采取母管支管結(jié)構(gòu)時，支管的排列密度及曝氣強度應是普通工業(yè)廢水的2-4倍。
2.2運行管理維護
(1)運行前設備維護。對于廢水處理設備，應進行定期檢查，做好運行維護的準備工作;定期對加藥系統(tǒng)進行清理，并檢查藥箱內(nèi)的藥量;定期對計量泵的管路進行維護，保證其準確性;定期檢查pH測量電極，及時清洗和調(diào)整。
(2)運行中設備維護。在運行中應對泵前的保護裝置進行實時檢查，防止格柵上出現(xiàn)過多的殘留物而影響水流通暢;由于脫硫廢水中懸浮物含量較高，系統(tǒng)每次停運后應及時沖洗。具有沖洗位置為：廢水泵出口至pH值調(diào)整槽管路;石灰乳加藥系統(tǒng)管路;絮凝槽至澄清器管路;澄清器泥漿輸送管路。此外，若pH值調(diào)整槽、反應槽、絮凝槽為單獨的箱體，則箱體間的連續(xù)管路應當放大，并在箱體加裝液位計。
(3)脫硫廢水處理系統(tǒng)的主要控制。根據(jù)廢水流量實施開環(huán)控制，按比例調(diào)節(jié)加入反應的化學藥劑量;出水pH值和濁度控制，通過在線監(jiān)測，調(diào)節(jié)加入的HGI量，使出水達標;當出水濁度不合格時，將出水箱的水重新送回中和箱再處理度停止廢水進入;澄清池中污泥的自動排放。
2.3廢水處理系統(tǒng)調(diào)試
廢水系統(tǒng)和脫水系統(tǒng)息息相關，廢水的正常排放有助于脫水系統(tǒng)的正常運行，而脫水效果的好壞又影響廢水旋流器的運行和排放至廢水系統(tǒng)的石膏含量，所以要做好系統(tǒng)的調(diào)試工作及運行中的控制。
對石膏旋流器和廢水旋流器進行調(diào)試，對石膏漿液濃度和結(jié)晶情況進行分析，對旋流器的各部位漿液濃度和流量進行測試，確保旋流器各部分漿液濃度達到設計值。投運后要定期對漿液化驗;在脫水系統(tǒng)各級流程上加裝可在線人工清理的開放式濾網(wǎng);建議定期對中和沉降絮凝箱進行排污;運行中對停運的設備要及時沖洗干凈，故障及時維修。
結(jié)語
以國內(nèi)外燃煤電廠環(huán)保標準發(fā)展形勢看，在“十二五”未期可能會出臺更為嚴格脫硫廢水排放標準，因此燃煤電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)應得到充分的重視。燃煤電廠應將脫硫廢水處理系統(tǒng)一同納入主機管理系統(tǒng)，加強對現(xiàn)有脫硫廢水系統(tǒng)的運行、檢修和維護管理;及時對脫硫廢水系統(tǒng)進行評價，對確實存在先天缺陷的，應進行相應的改造。保證脫硫廢水處理設施的穩(wěn)定運行，滿足標準要求。
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