目前,我國的能源結構還是以煤炭為主。煤炭燃燒排放的煙氣是空氣中SO2和粉塵的重要來源,引發霧霾、酸雨等環境問題。石灰石—石膏濕法是煙氣脫硫主流技術,2014年,我國80%以上的火電廠煙氣脫硫采用該技術。但在脫硫過程中會產生二次污染——成分復雜,污染物種類較多的脫硫廢水。2015年4月16日,國務院印發《水污染防治行動計劃》,要全面控制污染物排放。脫硫廢水零排放勢在必行。
一、脫硫的廢水水質特點
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫漿液不斷循環,與煙氣直接接觸,污染物轉移至漿液中,持續運行過程中Cl-不斷富集,不僅加速設備的腐蝕,還會影響脫硫的效率。為保證系統較好的運行效果,需要定期外排部分廢水。外排的廢水水質隨原料、漿液濃縮倍率會有波動,其水質特點如下:
(1)廢水的pH值為4.0~6.5,呈弱酸性;
(2)廢水懸浮物含量大、濁度高,主要為石膏顆粒,SiO2等;
(3)廢水含多種重金屬及其它污染物,如Cr、As、Cd、Pb、Hg(一類污染物)和Cu、Zn、硫化物等(二類污染物);
(4)廢水含鹽量高,主要含Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-等無機離子。
二、脫硫廢水的傳統處理工藝
《水污染防治行動計劃》公布之前,我國的脫硫廢水大多數采用物理化學法處理后直接排放。下面具體介紹幾種方法。
(2)物理方法(直接利用)
脫硫廢水不進行處理,直接排到水力除灰系統,利用灰中的CaO與廢水中的酸性物質和重金屬反應,去除水中污染物,達到以廢治廢的目標。但是脫硫廢水的排入會造成除灰系統中氯離子的日益聚集,加劇對除灰系統設備的腐蝕,從而影響系統的正常功能。
脫硫廢水用于煤場噴灑系統,廢水中的雜質進入到煤粉中,煤燃燒后大部分將重新進入煙氣中,多次循環后將打破原有的氯平衡,導致系統無法運行。
(2)化學沉淀法
化學沉淀法是目前國內脫硫廢水處理最常用的方法,主要由廢水處理、化學加藥和污泥脫水三部分組成。其中廢水處理部分包括中和、沉淀、混凝、澄清、凈水排放單元,工藝流程如圖1所示:
但目前化學沉淀法仍存在諸多不足:
(1)脫硫廢水水質波動大,難以將加藥量控制在合理范圍;
(2)運行費用高,產生大量化學污泥;
(3)無法去除高濃度Cl-等可溶性離子,對Se、Hg的去除效果較差,如果直接排放會嚴重危害生態系統。
三、脫硫廢水的零排放處理工藝
2017年在“水十條”的大背景下,環境保護部又發布了《火電廠污染防治技術政策》,可以預見國家對電廠污廢水循環利用,甚至零排放的要求。有關學者開展了脫硫廢水零排放的研究。
(2)蒸發結晶處理工藝
脫硫廢水蒸發結晶零排放工藝是將脫硫廢水預處理后,經蒸發系統處理后產生水蒸氣和濃縮液,水蒸氣冷凝后回用,濃縮液進入結晶系統形成干燥的結晶鹽固體,從而實現脫硫廢水零排放。
為降低蒸發能耗,南京朗新明與國電某電廠合作,對所研發高含鹽廢水低溫強化自然蒸發結晶技術進行工業性中試。該技術是利用常溫常壓下不飽和濕空氣的水汽容納量進行自然蒸發。利用電廠的余熱的同時又處理脫硫廢水。
(2)煙道蒸發處理工藝
煙道蒸發零排放技術是將與壓縮空氣混合后的脫硫廢水,以液滴的形式噴入空氣預熱器(AH)和靜電除塵器(ESP)之間的煙道中,利用煙氣余熱蒸干脫硫廢水,蒸干后的固化物隨粉塵在ESP中被捕獲,從而實現脫硫廢水零排放。
(3)膜分離濃縮處理工藝
膜法分離技術在水處理行業廣泛應用,具有高效、節能、易操作的特點。張凈瑞等采用高效多維極相電絮凝+雙堿法對脫硫廢水進行預處理,利用微濾+反滲透雙膜法對廢水進行減量化處理,減量過程產生的濃縮液可結合煙道蒸發和蒸發結晶技術實現零排放。王可輝等采用傳統三聯箱預處理,利用管式微濾膜TMF+高壓碟片式反滲透DTRO膜對廢水處理,濃縮液可結合煙道蒸發和蒸發結晶技術實現零排放。
目前亦有將正滲透技術用于脫硫廢水處理的實例,該技術通過高濃度汲取液產生的高滲透壓,促使脫硫廢水中的水分通過半透膜進入汲取液,而脫硫廢水濃縮液可使用蒸發結晶工藝回收其中的鹽分。
(4)生物處理工藝
脫硫廢水中COD不高,其形成的主要因素是還原態的無機物,并不是有機物,脫硫廢水還有高鹽度,這說明脫硫廢水的可生化性很差。目前,脫硫廢水生物處理工藝基本都在理論階段,很少有投入實際運行。
四、結論
在“綠水青山,就是金山銀山”理念深入人心的當下,傳統的脫硫廢水處理工藝,已經無法滿足環保要求,蒸發結晶、煙道蒸發、膜分離濃縮處理技術,可實現脫硫廢水中的水及鹽分資源化利用,但在應用時也要結合實際,考慮投資和運行成本。
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