燃煤电厂水处理及脱硫废水零排放技术分析

燃煤电厂水处理及脱硫废水零排放技术分析

葛清鹏 ,姜国超  ,张涛

枣庄八一水煤浆热电有限责任公司  山东 枣庄  277000

摘要：燃煤电厂在运行发展的过程中会产生大量的废水，如果不对其进行科学处理，会对自然生态环境造成较为严重的威胁影响。在可持续发展背景下，政府部门要求电力行业加大对生产废水的处理与排放力度，基于此，各电力企业纷纷对废水处理技术以及脱硫废水排放技术进行深入研究，并在实际应用中取得了一定的积极成果。基于此，本文对燃煤电厂的水处理以及脱硫废水排放技术进行系统分析，首先对燃煤电厂脱硫废水的来源与特点进行简单阐述，随后从不同角度分析了燃煤电厂的水处理技术，最后结合燃煤电厂实际发展情况对脱硫废水零排放技术进行具体分析，希望为燃煤电厂运行发展提供一定的参考帮助。

关键词：燃煤电厂；水处理；零排放技术；脱硫废水

前言：现阶段，燃煤形式的火力发电仍是我国电力能源获取的重要方式之一，据相关信息数据显示，火力发电在我国发电领域中占据60%的比例，而燃煤发电在火力发电中又占据65%左右。燃煤发电的过程中会产生二氧化硫等物质，其对生态环境具有明显的危害效果，而传统的水处理与脱硫废水排放技术已经逐渐无法满足新时代发展需求，需要人们对新型排放处理技术进行科学探究。由此可见，对水处理以及脱硫废水零排放技术进行分析具有显著的现实意义。

1. 燃煤电厂脱硫废水的来源和特点

燃煤电厂生产过程中产生的烟气污染物主要是由二氧化硫、氟化物、氯化物、烟尘以及重金属离子等构成，其中二氧化硫等硫化物对于生态环境的污染效果最为严重。为进一步加强对硫化物的管理防治效果，需要对烟气进行脱硫处理。现阶段，我国燃煤电厂常使用的脱硫技术能够分成干法、湿法以及半干法等，并且以石灰石/石膏湿法为主要应用。湿法脱硫技术应用过程中，需要排放一定量的废水，以此对污染物的浓度进行有效管控，这部分废水中具有大量的重金属污染物、亚硫酸盐以及悬浮物等，具体的特点以及危害性如下表1所示。

表1 脱硫废水的特点与危害性

2. 燃煤电厂水处理技术分析

燃煤电厂生产过程中会产生较多种类的废水，不同环节的废水的成分也不相同，因此需要利用具有针对性的水处理技术。

2.1空气预热器等设备的冲洗排水处理

此类废水属于非经常性排放的废水，废水中具有比较高浓度的悬浮物以及含铁量，需要经过特殊处理后才能够排放到日常排水系统中。一般情况下可利用化学沉淀方法进行水处理，也可以利用氧化方法处理，即经过曝气氧化后进行中和以及混凝澄清，最终实现废水的有效处理。

2.2锅炉停炉与化学清洗废水处理

对锅炉废水进行化学处理的方法种类比较多，其中使用EDTA以及柠檬酸溶液进行酸洗后会产生比较多的剩余清洗剂，酸洗后的废水具有SS和COD比较高的特点，为有效降低其中的COD含量，可在pH值调整、混凝澄清处理等工艺环节开始前进行氧化处理，从而实现对废水有机物的高效分解。

2.3冲灰废水处理

利用水利冲灰方法会产生一定的冲灰废水，具有含盐量高和pH值高的特点，在部分情况下还会存在较高浓度的悬浮物。针对悬浮物处理，可控制水在灰场中的停留时间充足，并利用拦截手段对漂珠进行有效过滤；针对pH值处理，可在废水中添加酸性物质，最终将pH值控制在6-9范围内[1]。一般情况下，冲灰废水可在物理沉淀方法处理后继续循环应用，在处理过程中需要加入阻垢剂，以避免回水系统出现结垢问题。

2.4化学水处理工艺废水处理

在不同环节中，由于不同的处理工艺和生产工艺，会产生不同的浓盐水与酸碱废水。针对酸碱废水，可利用中和处理技术，通过添加酸碱溶液将废水pH值控制在6-9范围内，处理后的溶液可直接排放或者回收利用。该处理技术一般由酸储槽、碱储槽、中和池、中和水泵系统、pH计装置以及空气搅拌系统等构成，且以批量中和处理方式为主。针对浓盐水可利用反渗透预脱盐技术，但是具有排水量比较大和水质无超标的特点，处理后可直接利用或者排放，在必要时还可以进行脱盐处理。

2.5脱硫废水处理

燃煤电厂产生的脱硫废水一般具有较高的COD、酸性以及悬浮物浓度，可利用石灰浆中和与沉淀的方法进行处理，在初步处理后进一步开展絮凝、澄清以及浓缩等处理工艺，处理后的清水能够回收再利用，而沉淀物脱硫废水污泥经过脱水后可进行转运处理。

2.6含油废水处理

针对含油废水可利用气浮法处理，经过油水分离后再进行过滤吸附，即可实现水的排放或者回收利用。利用电磁吸附法、生物氧化法、活性炭吸附法等方法可实现对油的有效处理。

2.7氨区废水处理

氨区废水主要包括氨水与液氨储存区经过斜氨处理后管道系统与设备中存留的氨气与吸收槽内的水结合形成的废水、液氮储存罐在冷却作用后产生的废水、氨气泄漏过程中的稀释废水等氨区废水具有pH值比较高、氨氮含量较高等特点，同时不会连续产生，一般情况下，可利用酸碱废水处理系统对安全废水进行有效处理[2]。

3. 燃煤电厂脱硫废水零排放技术分析

3.1膜浓缩技术

浓缩技术主要是指利用废水浓缩处理设备对废水进行浓缩处理，降低废水量的同时减少后续处理过程的工作量，进而实现废水的零排放。膜浓缩技术是比较常见的浓缩技术之一，依据工作原理可将其分成正渗透法、反渗透法、膜蒸馏法以及电渗析法等，不同处理方法具有不同的特点与要求。

（1）正渗透法

正渗透法又叫做FO法，在应用过程中主要利用汲取液能够产生较大的渗透压，促使水分子通过半透膜进入到汲取液，进而降低脱硫废水的含盐量，最高可达15%左右。汲取液主要由二氧化碳气体与氨在一定比例条件下溶解到水中制作形成，利用加热蒸发方法能够实现循环利用，具有能耗低、处理效果好的特点，已经初步应用到商业化发展中。例如，利用正渗透法能将含盐废水的盐分浓缩到200g/L左右，进而缩减后续蒸发环节的处理量。但是，正渗透法在实际应用中还存在一定的缺陷问题，包括浓缩极差比较大、汲取液的制作工艺比较复杂、水通量比较低、技术成本比较高等。在未来研究发展中可针对膜改性、新型材料以及汲取液的兼容性等方面进行深入研究[3]。

（2）反渗透法

反渗透法又叫做RO法，主要利用反渗透膜在一定的压力环境下将废水中的溶剂反向渗透到浓缩液中。反渗透法能够有效清除脱硫废水中的大颗粒物质（尺寸超过0.1nm），具有较高的除盐率，最高可达95%以上，技术能源消耗量比较低，同时保证出水的稳定性，在燃煤电厂中具有广泛的应用。现阶段常见的反渗透法包括高压法、碟管式渗透法、海水渗透法以及特殊管道渗透法等。其中，碟管式渗透法能够对高浓度的脱硫废水进行有效处理，浓缩倍数比较高，可保证进水总溶解固体量达到40-60g/L，经过浓缩处理后能够达到100-120g/L，在实际应用中可有效避免结垢、二次污染以及物理堵塞等问题。但是需要注意，反渗透法在应用过程中还存在着材料价格成本比较高、膜容易出现结垢和污染等问题，经过浓缩后的溶解固体无法完全达到结晶固化的水平，可与其他方法结合运用才能够达到良好浓缩处理效果。

（3）膜蒸馏法

膜蒸馏法主要应用在非挥发性溶质的废水处理中，在技术应用过程中可利用燃煤电厂的循环冷热水等溶液，将水蒸气从热端渗入到冷端，进而实现冷凝处理。利用该方法能够有效拦截非挥发性溶质，拦截效率无限接近100%，并且将溶液中容易结晶的溶质浓缩处理至结晶。例如，利用聚四氟乙烯膜和多效膜蒸馏系统进行脱硫废水处理实验，经过实验能够得到以下结论：膜蒸馏系统在70-80℃范围内具有良好的运行效果，在75℃条件下能够实现500L/h的产水量。基于结果数据能够得知，膜蒸馏方法在燃煤电厂脱硫废水排放处理中具有可行性，能够有效降低技术应用成本，实现对排放流程的简化[4]。膜蒸馏法在应用过程中消耗的循环冷热水等属于低品质废热，并且在燃煤电厂中产量充足丰富，进一步降低了技术应用成本，在脱硫废水处理工艺中具有良好的发展前景，但是仍存在一定的缺陷，如蒸馏膜的运行时间不够长久、运行稳定性一般以及膜材料的性能可靠性有待提升等。

（4）电渗析法

电渗析法主要利用了离子交换技术，具体运行原理如下：将数个交替排列的阴阳离子膜放置到直流电场阴阳两极中间，在接通直流电流后水中的阴阳离子会在电位差以及交换膜的选择通过性等因素的趋势下进行离子转移，从而达到离子具体浓缩的效果，在处理室中能够形成两种不同浓度的环境，最终实现脱硫废水溶液的有效分离、提纯以及浓缩。电渗析法在实际应用中具有能耗量低、产物量少、处理环境适应性高以及操作简单方便等特点，但是具有设备系统安全流程复杂、容易出现结垢、水资源消耗量大、难离解物质处理效果差等缺陷，在未来阶段的研究中可针对电极板材料以及流道系统设计等方面展开深入研究。

3.2热浓缩技术

热浓缩技术主要利用燃煤电厂的热源对脱硫废水进行浓缩处理，经过处理后的废水能够达到结晶固化的水平。常见的热浓缩技术包括机械蒸汽再压缩、多效蒸发以及低温烟气余热蒸发等，前两种技术方法相对成熟完善，但是在实际应用中具有技术投资成本比较高的特点。而后一种技术方法的投入成本相对较低，是现阶段重点研究内容之一，且在实际应用中广受欢迎。热浓缩技术的优点与缺点比较明显，优点包括处理效果良好、能够分离盐分、浓缩后的悬浮物浓度可达到200g/L左右；缺点包括对处理废水的水质适应性低下、技术应用占地面积比较大、技术应用净空要求相对较高等[5]。膜浓缩技术在应用过程中需要消耗大量的药剂，且需要定期更换膜材料，而热浓缩技术相比之下操作简单、无需开展预处理、技术应用成本较低。

3.3预处理技术

燃煤电厂脱硫废水预处理技术主要是指在脱硫废水中添加多种化学药剂，包括有机硫、助凝剂、石灰乳以及絮凝剂等，从而和脱硫废水中的重金属、悬浮物、钙离子、镁离子等等发生反应，最终实现对脱硫废水的软化处理，保证在后续处理环节中不会发生堵塞以及结垢等问题。在过程是脱硫废水零排放处理的基础环节，一般情况下可分成过滤和沉淀两部分。

化学沉淀环节使用的方法包括氢氧化钠/碳酸钠法和石灰/碳酸钠法等方法，脱硫废水能够与沉淀剂中的镁离子和钙离子等形成沉淀物质，进而有效除去目标成分。上述方法均能够实现良好的软化处理效果，但是后一种方法相比之下对于药剂的使用量比较少，同时对于镁离子、钙离子以及全硅等处理效果更好。与此同时，可利用石灰/烟道气法进行处理，该方法具有较高的理论可行性，且技术成本相对更低，但是技术运行稳定性比较差，尚处于研究阶段。

针对经过化学沉淀处理后的脱硫废水加入聚硅酸铁等混凝剂，做到过滤技术与混凝沉淀的混合应用，以此去除掉脱硫废水中的悬浮物和胶体成分，有效降低废水的浑浊度，进一步提高了废水的处理效果。现阶段常见的过滤技术有以下几种：多介质过滤、管式过滤、纳滤和超滤等[6]。管式过滤技术由于膜管内的料液具有较高的流动速度，在前期处理阶段并不需要额外添加絮凝剂，技术系统运行比较稳定，同时具有较高程度的自动化处理水平，在高固体含量的脱硫废水处理中具有良好的应用效果。燃煤电厂在应用预处理技术进行脱硫废水排放处理时，应结合脱硫废水的实际特征以及处理排放需求等因素科学选择处理技术，这样才能够保证脱硫废水处理排放的效果与质量，最终实现零排放的目标。

3.4蒸发结晶技术

蒸发结晶技术属于末端固化技术的一种，具体原理为：经过浓缩或者预处理后的脱硫废水在蒸发结晶装置中，在电能或者蒸汽加热的作用下，将废水中的水分不断蒸发与冷凝，进而实现循环利用的目的，在此过程中会将废水中的盐分不断浓缩，组中达到结晶析出。蒸发结晶技术主要包括蒸发塘技术、多效蒸发结晶技术以及多效闪蒸工艺技术等，在实际应用中具有处理效果良好、技术操作简单的优点，但是同样处在技术成本较高、能源消耗量大以及管道系统容易结垢等缺陷[7]。其中，多效蒸发结晶技术相比具有较好的效果，主要由多个蒸发器装置串联形成，在第一效蒸发环节以加热蒸汽为主，其中产生的二次蒸汽作为第二效热源蒸发的料液，而冷凝器又可以作为第二效的加热室，循环上述设计形成多效蒸发系统。该技术对于废水的预处理要求相对较低，同时具有热效率高、技术操作稳定性良好、处理效果佳、操作难度低等特点，在我国燃煤电厂领域中具有比较成熟的技术体系。

3.5烟道蒸发技术

烟道蒸发技术的运行原理如下：脱硫废水经过预处理后在雾化喷嘴装置的作用下进入到静电除尘装置与空气余热装置间的烟道，雾化液滴会与高温烟气之间发生混合反应，随后蒸发。固体成分会与烟气粉尘等在静电除尘装置中被拦截，进而实现脱硫废水的有效处理，做到零排放。依据烟道种类能够将烟道蒸汽技术分成两种，即旁路烟道蒸发技术和主烟道蒸发技术。其中，旁路烟道蒸发技术具有结构简单、后续维护方便、蒸发系统独立、烟气流量可控等特点，对于锅炉系统的正常有序运行的影响效果比较小，因此具有良好的未来发展前景[8]。主烟道蒸发技术投入成本相对较低，无需添加额外的能量，操作流程相对简单，已经在我国部分燃煤电厂脱硫废水处理排放中得到应用，但是需要注意，该技术容易造成设备系统腐蚀的问题，且对于烟道长度以及烟气温度等要求比较高。

结论：燃煤电厂在烟气处理过程中容易产生污染性较高的废水，具有较强的腐蚀性、浑浊度、含盐量，且水质成分十分复杂，因此需要燃煤电厂采用科学合理的脱硫处理与排放技术进行有效处理，结合废水的实际情况以及废水排放要求等，选择不同的脱硫废水处理技术，通过预处理、浓缩处理以及固化处理等手段最终实现燃煤电厂脱硫废水的零排放。

参考文献：

[1]王启栋,谭云,冯奇.燃煤电厂高盐废水零排放处理技术浅析[J].青海环境,2022,32(02):100-104.

[2]杨冬,杜欣,王冰.燃煤电厂脱硫废水零排放技术对比研究[J].东北电力大学学报,2021,41(04):52-59.

[3]杜欣,杨冬,王冰.燃煤电厂脱硫废水零排放技术现状与展望[J].区域供热,2021,(03):134-139.

[4]陈彪,陈慧,孙青,张俭,盛嘉伟.燃煤电厂脱硫废水零排放技术研究进展[J].当代化工,2021,50(04):953-957+975.

[5]张静.燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术研究进展[J].煤质技术,2021,36(02):7-13.

[6]张家平,孙碧玉,何志炜.脱硫废水“零排放”技术研究进展[J].中国环保产业,2020,(12):52-58.

[7]李飞.燃煤电厂脱硫废水零排放技术应用与研究进展[J].水处理技术,2020,46(12):17-24.

[8]杜梦,邵楠,姜益善.燃煤电厂水处理及脱硫废水零排放技术分析[J].山西建筑,2019,45(04):189-190.