湿法脱硫废水处理技术研究及应用进展

湿法脱硫废水处理技术研究及应用进展

王栋峰

索通发展股份有限公司山东生产中心 山东 德州 251500

摘要：烟气脱硫处理技术主要有干法、半干法、湿法工艺，其中湿法脱硫是目前应用最广泛、技术最成熟可靠的技术为石灰石-石膏湿法。该工艺具有脱硫效率高、吸收剂利用率高、运行稳定等诸多优势，但在实际应用过程中，石灰石-石膏湿法脱硫技术因工艺特点，存在水耗大、磨损、腐蚀等问题，且不可避免会产生一定量的脱硫废水，该废水的特性与其他工序废水有很大的不同，尤其是烧结烟气脱硫废水，由于烟气成分复杂，导致废水成分复杂且波动。随着环保要求的提高，各行业脱硫设备系统不断健全和排放要求提高，如何处理、有效回收利用脱硫产生的废水，节约资源，减少废水回用的不利影响，改善环境，虽电力行业走在前列，现已成为各相关行业脱硫废水处理研究和共同面对的重要课题。

关键词：湿法脱硫废水；处理技术；应用进展

1脱硫废水的特点

石灰石质量、脱硫系统设计和运行、脱硫前污染物控制设备、烟气成分等都会对脱硫废水的水质和水量产生一定的影响。其中，石灰石是脱硫废水的主要污染物，如：脱硫废水中的Ni、Zn以及黏土杂质中的细小颗粒、铝、硅等。烟气脱硫工艺的设计和操作对烟气的水质有很大的影响，包括添加剂的使用、氧化程度、氧化方法和设备的选择。烟气净化装置、脱硝装置及控制，提高除尘效率会使脱硫废水中悬浮微粒的浓度有所下降，但是细小颗粒的飞灰也会使脱硫废水中的挥发性金属含量升高；脱硝装置能够提高Cr3+的含量，使Cr3+转变成毒性更大、溶解性更好的Cr6+；氨气从脱硝系统中逸出，会使脱硫废水中氨氮含量升高。同时，各类烧结烟气成分对脱硫废水的影响也很大，高硫和高氯原料都会使其排放量增大。脱硫废水具有如下特点：（1）水质不稳定。由于燃料性能、石灰石质量和脱硫装置的操作等各种因素限制，尽管同一脱硫装置的不同阶段排放也可以产生很大差异。（2）水质呈弱酸性。pH酸碱度通常在4～6.5之间。（3）悬浮物浓度大。通常为10000～150000mg/L左右，其成分主要有灰分、惰性物质和絮凝沉淀物等。

2湿法脱硫废水处理技术的应用

2.1膜法浓缩技术

2.2.1电渗析技术

电渗析的原理是在外加直流电场利用两溶液电势差和膜的选择透过性将离子从水中进行分离的物化过程。因此，电场强度和膜的选择是电渗析技术的关键，一般可将溶液浓缩至含盐量15%～25%，已被广泛应用于纯水制备、锅炉给水处理、海水提盐、工业废水循环利用等方面。该技术具有常压运行所需能耗低、耗药少、对环境污染低、操作较为简单、适应性较强、耐腐蚀等特点，但存在水耗大、难以除去难解物质、易造成设备结垢、需要多种设备而造成所需场地大的缺点。对于脱硫废水脱盐的处理，电渗析浓缩方法因常压运行、耐腐蚀等优势受到了研究者的关注。

采用三联箱+纳滤+电渗析+反渗透+离子交换+蒸发工艺，在发电厂烟气脱硫系统废水进行中试实验，整个系统运行成本为71.5元/t左右，淡水出水可回用，盐纯度符合《工业盐》（GB/T 5426—2015）中二级工业湿盐Na Cl≥93.3g/100g的要求。

2.2.2 渗透技术

指利用微米级至纳米级孔膜，对废水中的离子进行选择性分离，其中膜材料和防堵技术的选择是渗透技术良好运行的关键，根据膜的孔径可分为微滤、纳滤、超滤、正渗透、反渗透等。我国在废水处理领域利用微滤、纳滤、超滤、反渗透等装置进行深度处理较为普遍，一级反渗透能实现盐回收率≥75%，二级反渗透能实现盐回收率≥90%。

某电厂采用正渗透膜浓缩技术将18m3/h废水浓缩至3～4m3/h，处理后的废水全部实现回用，淡水年回收量可达18万m3。具体原理为水分在膜两侧渗透压差的作用下扩散到专用的汲取液中，最大特点是无需高的机械压力克服高盐水的渗透压，整个运行只需利用低品位热源即可实现高浓缩倍率，浓缩终点含盐量在220g/L以上，并采用FRP+UPVC代替传统的昂贵的钛材，在确保97%脱盐率的前提下更大化地节约成本。但正渗透浓缩结晶工艺系统设备多，操作复杂，后期维修成本较高，在我国的行业中运用较少。

2.2“预处理+反(正)渗透+蒸发结晶”技术

预处理的目的是利用反应沉淀池，脱除脱硫废水中Ca2+,Mg2+,Si O2，以及悬浮物等的浓度，减少对后续管道和设备的影响。然后通过膜式渗透单元进行分盐处理，最后通过蒸发结晶方法进行分盐结晶。这类技术的优点是可以脱出含盐浓度高的废水，获得标准的固体盐，最终产生的水可以回用；系统中除了干污泥外，没有其他废弃物排出。缺点是需要多个膜渗透技术配合，对水质要求较严格，处理量中等。某电厂采用的是“MVC+M VR”(蒸发结晶单元)对渗透膜产生的浓盐水进行处理，处理量为3 m3/h (Na Cl)，除盐率可达92%以上。该技术的优点是可以结晶分离出固体状态的盐，且盐的质量可控制在工业级标准。相比化学法，其经济效益得到了提高，同时可以避免化学药品的二次污染，保护水资源。

某电厂采用的是正渗透技术，具体处理工艺包括混凝-澄清-过滤-软化预处理单元、膜浓缩单元和蒸发结晶单元，这是国内首个运行正渗透技术的废水零排放项目。相对于传统渗透膜技术而言，该技术的优点是膜污染性更低，分离效果更好;缺点是工艺技术更难，投资更大，技术还有待更多的实践运用。

2.3“预处理+浓缩+烟道蒸发”技术

2.3.1直接烟道蒸发

直接烟道蒸发技术的基本原理是先进行预处理以提高脱硫废水浓度，减少后续废水处理量。浓缩后的废水通过喷嘴进入除尘器和预热器之间的烟道。经过雾化的液体会在烟气高温的作用下迅速蒸发，废水中的水成为蒸气由烟囱排出，污染物质会由除尘器捕捉，并随着粉煤灰排出，从而达到废水污染物脱离的目的。该技术的优点是利用锅炉现有设备，改造成本较低;废水处理量较膜渗透技术较大，初期投资较低。但该技术受限于原有设备，由于处理的废水含氯等杂质多，容易造成烟道腐蚀和堵塞，影响机组正常运行；因为使用了烟道中的热量，受限于出口烟温，所以处理的废水量较化学法来说较低。国内实际应用的内蒙古某电厂，采用的就是直接烟道蒸发工艺，脱硫废水处理量为17 m3/h。

2.3.2旁路烟道蒸发

旁路烟道蒸发技术的原理与直接烟道蒸发技术的原理相似，区别在于旁路烟道蒸发法需要把高温度的烟气从旁路引出，从非主路引出，并且增加了雾化干燥系统。相对于直接烟道法技术，该技术的优点是操作较简单，安全性较高，并且由于旁路系统的加入，对原设备的影响更小，在腐蚀性和堵塞性上远胜于直接烟道蒸发技术。缺点是设备和流程更加复杂，占地面积和投资较高，后期设备保养和维护工作有所增加。国内实际运用的地方有河南某热电厂，该电厂采用预处理+双膜法+旁路烟气蒸发技术，脱硫废水处理量为20 m3/h。

3结论与展望

综上所述，通过对各类脱硫废水处理技术的原理、应用现状、优缺点等系统论述和分析，可得出以下结论：1）化学沉淀法工艺成熟、应用广泛，但出水含盐量和重金属含量较高且无法彻底回用，易造成环境二次污染；2）浓缩减量、固化、资源化利用等深度处理技术可有效降低重金属含量、有机污染物含量，并回收有价组分，可满足废水零排放要求，但工艺普遍不成熟，部分处于实验室研究阶段且应用案例较少。随着“碳中和、碳达峰”战略目标的实施，低能耗、低碳排放、高效能的脱硫废水处理技术将成为主要的处理技术，废水零排放及资源化利用将是工业废水处理的必由之路。然而，由于技术水平、经济、企业自身条件等原因，脱硫废水处理技术仍面临如下问题：1）处理工艺成熟但仅限于部分污染物；2）部分新型处理技术及技术联动应用仍处于实验室或中试阶段，工业应用案例较少；3）有价组分的回收利用研究较少，且资源化利用技术受限于新材料的开发；4）尽管部分处理技术达到了废水零排放的要求，但经济效益不显著。针对以上问题，未来脱硫废水处理技术应以前端源头减量、后端资源化处理为主要目标，具体实现路径如下：第一，深度开展湿法脱硫废水产生控制相关技术应用和开展除湿法以外的脱硫新技术，从源头上减少脱硫废水的产生。第二，应逐步优化或开发低能耗、高效率、处理范围广的多技术联合处理工艺，同时结合企业生产实际，加快技术成果落地，实现商业化运作。第三，对于现阶段应用成熟且高效的处理技术，应配套发展资源化利用技术，实现废水零排放和有价组分回收利用的双重目标。

参考文献

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