脱硫废水方案选择及工艺

1、概述

　　某2×350MW燃煤机组，脱硫工艺水采用机组循环水排污水和锅炉补给水处理系统反渗透浓水。脱硫废水来源于烟气湿法脱硫过程中吸收塔排放的部分废水，吸收塔中的浆液在不断循环的过程中，会逐渐富集固体悬浮物、微量重金属元素、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐、氯化物等杂质。为了维持脱硫装置浆液循环系统物质的平衡和保证石膏质量，必须从系统中排放一定量的废水来降低杂质浓度，而杂质中许多物质为国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物，废水处理不当势必给环境造成严重污染，因此脱硫废水零排放是必然选择。

　　2、脱硫废水的性质和特征

　　脱硫废水的性质和特征主要为：

　　1)脱硫废水的pH值较低，一般为4~6.5，呈酸性，与浆液的pH相同或略高。

　　2)含大量的悬浮物，主要为石膏颗粒、SiO₂、铝和铁的氢氧化物，悬浮物质量分数通常为8000~14300mg/L。

　　3)化学耗氧量(COD)通常为140~420mg/L。

　　4)含有大量的Cl^-、SO₄^2-、F^-等阴离子。

　　5)含有微量的重金属离子。一般含汞、铅、镍、锌等重金属以及砷、氟等非金属污染物。

　　3、脱硫废水水质及处理后水质要求

　　3.1 脱硫废水零排放系统设计来水水质

　　3.2 脱硫废水及零排放系统产水要求

　　4、脱硫废水处理系统主要处理工艺技术比较

　　4.1 物理化学法：除硬、除浊处理

　　物化法工艺主要针对pH值、悬浮物、沉淀物及部分重金属这些超标项目进行处理。通过曝气、氧化、中和、沉淀、絮凝等方法去除脱硫废水中的污染物。

　　物化法脱硫废水处理主要由废水处理、污泥处理和加药处理等三个系统组成，包括均质、中和、沉降、絮凝、浓缩澄清等几个工序，主要设备有pH调节箱、反应箱、絮凝箱、澄清池、净水箱、污泥脱水机、水泵、搅拌器、刮泥机、化学药品贮存及加药装置等，化学药剂根据废水流量及性质自动投加。

　　经物理化学法处理后的废水Cl^-含量通常会达到10000-2000mg/L，不会降低。由于高浓度的Cl^-对设备的腐蚀很严重，利用难度很大，只能复用到灰场调湿等，难以真正做到重复利用不外排，因此此工艺一般不再单独采用。

　　4.2 反渗透浓缩法

　　该方法是利用反渗透膜技术对脱硫废水进一步浓缩以减少外排水量。根据脱硫废水水质特点，在去除水中颗粒、硬度后，可通过反渗透系统对脱硫废水脱盐处理，只有约30~40%的清水可以回收利用，但60~70%的反渗透浓水因进一步浓缩而导致含盐量进一步提高而只能复用到灰场调湿等。难以真正做到重复利用不外排。

　　4.3 蒸发浓缩法

　　该工艺为先加入碱液，调整废水pH值，再进入蒸发系统。蒸发系统主要分为四个部分：热输入部分，热回收部分、排热部分、附属系统部分。在盐水加热器内，低压蒸汽与在热交换管内流动的循环盐水进行热交换，将循环盐水加热沸腾，经过盐水加热器加热沸腾的盐水依次流过各个闪蒸室并在每个闪蒸室底部进行闪蒸，蒸发出的水蒸汽通过除雾器，与安装在蒸发器上部的热交换管进行热交换，并冷凝下来。在热回收部分，通过逐级提升热交换管内循环盐水的温度来回收凝结蒸汽的汽化潜热;这样可以获得更高的热效率。每级所得蒸汽凝结水由安装在热交换管下端的蒸馏水托盘收集起来并依次流到下一级蒸馏水托盘最终汇成淡水。在排热部分，为了使排放出的浓盐水温度和环境温度之差控制在8-10°之间，由注入排热部分的新鲜废水进行冷却。其中一部分废水经过除气后进入到排热部分与此部分闪蒸后的浓盐水进行混合后，通过盐水循环泵再输送到热回收部分进行再循环。

　　经过上述蒸发浓缩处理，40~45%的蒸馏水可至回用水池回用，但仍有55~60%左右的高浓盐水排出，无合适的回用点复用。

　　4.4 烟道气蒸发工艺

　　废水烟道气蒸发工艺是将脱硫废水雾化后喷入空气预热器和电除尘器间的烟道，利用热烟气使废水完全蒸发，废水中的污染物转化为结晶物或盐类等固体，随烟气中的飞灰一起被电除尘器收集下来，从而除去污染物，实现污水的零排放。该技术常见的问题是喷嘴结垢、堵塞，烟道壁结垢、积灰，另外处理水量不大，不能完全消化全部脱硫废水。

　　4.5 蒸发结晶干燥处理

　　蒸发结晶干燥处理是先将经脱硫废水混凝澄清过滤处理后，成为清洁水，再经加热、浓缩、蒸发、干燥、雾化等，盐水被干燥成为粉末，干盐粉收集后工业化利用，除盐水收集后回用的工艺。

　　要做到真正意义上的废水零排放，废水采用蒸发结晶干燥处理工艺是最佳选择。蒸发结晶单元根据能源结构可采用多效蒸发结晶工艺或者机械蒸汽压缩蒸发结晶工艺。机械蒸汽压缩结晶技术是利用蒸汽压缩机，将废水蒸发的低参数二次蒸汽提升为高参数蒸汽，也就是将电能转化为热能，再用来加热废水，换热后的冷凝水回用。电耗约为：40kwh/m3，蒸汽只是启动及干燥器部分需少量蒸汽。

　　四校蒸发结晶技术是用高参数新蒸汽加热第一效蒸发器，新蒸汽冷凝水返回电厂疏水箱，一效二次蒸汽用来加热二效蒸发器，以此类推，直至四效，四效蒸发器二次汽通过冷凝器冷凝，所有二次汽冷凝水做到回用。整套系统传热推动力依靠新蒸汽与真空泵之间的饱和蒸汽对应的温差。饱和蒸汽约0.29t/m3，总电耗15kwh/m3。综合燃煤电厂蒸汽和电价情况，蒸发结晶单元采用机械蒸汽压缩蒸发结晶工艺，实现脱硫废水真正的零排放。

　　5、脱硫废水零排放水处理蒸发系统的选择

　　根据以上脱硫废水处理工艺的比较，结合工程实际情况，采用预处理软化+纳滤分盐+膜浓缩+蒸发结晶处理工艺

　　5.1 脱硫废水零排放工艺流程

　　脱硫废水进入调节池寅双碱法预处理装置寅管式微滤膜装置寅纳滤分盐寅膜浓缩减量装置(RO)寅反渗透浓水进入MVR蒸发浓缩结晶装置构成。

　　5.2 预处理软化单元

　　5.2.1 采用“两级混凝沉淀”工艺，为实现除浊除硬而又不引入新的钙离子除浊采用PAC、PAM药剂，除硬采用氢氧化钠、碳酸钠加药;澄清设备采用机械澄清池，其对水量、水中离子浓度变化适应性强，处理效果稳定，处理效率高。经过预处理软化单元去除脱硫废水中的悬浮物、重金属、硬度等杂质离子，确保后续膜浓缩单元的连续、稳定运行。

　　5.2.2 管式微滤膜单元。

　　经两级软化的废水通过泵送入管式微滤系统，在压力和速度的驱使下，废水通过管式微滤膜以错流过滤的方式，使悬浮固体物质与液体分离。管式微滤系统采用内压式固液分离，管内流速较高，颗粒不易积存在膜表面，清洗后通量几乎可以恢复到100%，并且寿命较长，出水直接进入反渗透系统，可以取代传统的沉淀-过滤-超滤系统。无需投加药剂过滤后出水清澈不夹带微细悬浮物，浊度可达1.0NTU。

　　5.3 膜浓缩减量单元

　　5.3.1 纳滤分盐

　　由于纳滤膜对COD具有有较高的耐受性，在化学软化工艺后采用纳滤-反渗透处理工艺。废水通过纳滤处理可以截留废水中的大部分二价离子和部分一价离子，起到预浓缩的作用，同时产水的含盐量以及钙、镁等易结垢组分含量明显降低，有助于提高后续反渗透处理工艺的回收率以及运行稳定性，提高结晶盐的品质。如果纳滤产进入海水淡化膜，采用RO膜进一步进行减量。纳滤浓水回到前池，硫酸根可通过形成硫酸钙(石膏)回收去除，不需要得到硫酸钠的结晶盐。

　　5.3.2 反渗透(RO)浓缩。

　　反渗透膜浓缩单元50%左右产水(TDS<500mg/l)进入回用水池回收利用，50%左右的浓缩液(TDS>100000mg/l)进入后续蒸发系统蒸发结晶，这样减少了废水量，降低蒸发结晶装置投资费用，减少处理成本投入。

　　5.4 蒸发结晶单元。

　　机械蒸汽再压缩蒸发结晶技术适用于高盐废水的浓缩和结晶，常用的为降膜式机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，由蒸发器和结晶器两单元组成。浓水经浓水泵提升，送到机械蒸汽再压缩蒸发器中进行浓缩。经蒸发器浓缩之后，浓盐水再送到强制循环结晶器系统进行进一步浓缩结晶，将水中高含量的盐分结晶成固体，出水回用，固体盐分经离心分离、干燥处理后由打包封装，达到《GB/T5462-2003工业盐》标准所规定的精制工业盐二级标准，实现固体废物的综合利用和减量处置。