本文對燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術進行了分析，針對脫硫廢水濃縮蒸干工藝中預處理、濃縮減量、結晶、固體結晶物處置4個單元的處理工藝和選用設備分別進行了技術經濟性比對分析，結合某電廠2×350MW超臨界空冷機組工程參數，對2種典型脫硫廢水零排放處理工藝投資費用進行了估算，并分析了其對發電成本的影響。


關鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;濃縮蒸干;結晶;零排放;反滲透;固體廢物;協同處理

燃煤電廠濕法脫硫工藝中產生的脫硫廢水水質特殊，污染物含量高，對環境的危害較大，即使經過常規處理，懸浮物、COD仍經常超過國家排放標準。此外，脫硫廢水中含有的微量重金屬以及高質量濃度的氯離子，也影響脫硫廢水的再利用，因此脫硫廢水零排放處理勢在必行。

目前，國內電廠脫硫廢水零排放處理工藝處于起步階段，投資運行成本高，技術不完善，脫硫廢水深度處理后存在如下問題：產生的固體物具有環境污染隱患，可溶性鹽會在雨水的作用下產生二次污染，作為商品出售附加價值不高，還可能淪為危險固體廢物，發生處置費用。

本文對脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術的特點、設備性能進行了分析對比，并對發電企業增加脫硫廢水零排放處理工藝的投資及其對發電廠運行成本的影響進行估算，以期為發電企業合理選擇工藝設備提供參考。

1脫硫廢水零排放水處理技術現狀

目前，脫硫廢水處理技術主要有脫硫廢水蒸發塘蒸發、脫硫廢水煙氣噴霧蒸發和濃縮蒸干3種，其中前2種技術投資較低，但由于蒸發塘蒸發處理工藝受廠地、廠址和氣候條件的制約，脫硫廢水煙氣噴霧蒸發處理工藝受脫硫工藝、煤質、鍋爐運行工況和脫硫廢水水量等因素的制約，上述2種處理工藝在實際應用中均不能廣泛推行。

高含鹽廢水濃縮蒸干工藝是將脫硫廢水單獨處理，投資費用較高，但不受環境及氣候條件的制約，因此可廣泛應用于燃煤電廠脫硫廢水零排放處理，而且，隨著濃縮蒸干工藝系統設備不斷的推陳出新，也將推進其在燃煤電廠廢水處理中的應用。

2脫硫廢水濃縮蒸干工藝技術分析

脫硫廢水具有水質波動大、組分復雜、硬度高、氯離子質量濃度高等特點，因此脫硫廢水零排放處理工藝對系統整體設計、設備材質選擇、工程建設和運行經驗均有極高要求。

目前國內外電廠脫硫廢水深度處理主要技術路線是：預處理+軟化→濃縮減量→結晶→固體結晶物處置。本文從以上4個階段對不同處理方案進行比較分析。

2.1預處理+軟化單元

預處理+軟化單元的主要目的是去除容易污堵濾膜的懸浮物，降低后續濃縮系統的結垢程度。根據來水水質、后續濃縮減量階段的設備要求和最終處置固體結晶物的不同方式來選擇本工藝階段的設備，并設計不同的加藥方式。

2.1.1傳統工藝技術

傳統技術簡化工藝流程如下：脫硫廢水→調節池→第一級反應池→第一級澄清池→第二級反應池→第二級澄清池→產水箱→過濾器→清水箱→濃縮單元。

對脫硫廢水中的懸浮物進行混凝或沉淀處理時，如在水中保持一定數量的泥渣層，則可以使沉淀過程更完全，沉淀速度更快。目前，電廠脫硫廢水處理通常采用帶泥渣層的機械攪拌澄清池，具體加藥方式要根據脫硫廢水水質計算后再確定。

2.1.2管式微濾膜技術

管式微濾膜技術簡化工藝流程如下：脫硫廢水→調節池→反應槽1→反應槽2→濃縮槽→管式微濾→pH值調整箱→濃縮單元。

脫硫廢水系統的處理水經水泵提升后直接進入反應槽，在反應槽1內添加氫氧化鈉和碳酸鈉補充堿度，在反應槽2內繼續添加氫氧化鈉以維持合理的pH值，同時對反應槽進行攪拌和pH值監控，使水中的鈣、鎂離子形成沉淀;經過反應后的水溢流送至以管式微濾膜為核心的過濾處理裝置單元(管式微濾膜)，經過濾處理裝置處理后，水中的鈣、鎂離子甚至所有的二價離子已基本去除，二氧化硅降低至不影響結垢的水平。

考慮到待回用的廢水還含有一定的有機物，為防止其對后續的反滲透系統造成污染，可在管式微濾膜產水之后，串聯數臺活性炭過濾器，也可在濃縮槽內投加粉末活性炭吸附水中的有機物，保護反滲透膜。管式微濾膜工藝的水回收率可以提高到98%[1]。

2.1.32種工藝比較

(1)傳統混凝澄清過濾工藝需要投加絮凝劑和助凝劑，利用形成的懸浮泥渣層處理水中的微小顆粒及膠體，同時去除部分有機物，對有機物的去除率達30%~60%。而管式微濾膜過濾屬于物理過濾，不需要投加絮凝劑和助凝劑。管式微濾膜的絕對過濾孔徑約0.1μm，膜通量可高達340L/m2h，產水濁度<5NTU。但管式微濾膜對有機物的去除率較低，若水中的有機物的含量較高，則考慮在濃縮槽中投加粉末活性炭或者在管式微濾膜后增設活性炭過濾器。

(2)傳統混凝澄清過濾工藝主要靠澄清池降低水的濁度，管式微濾膜工藝不需設置澄清池和過濾裝置，僅設有反應槽及濃縮槽，占地面積較澄清池小。

2.2濃縮減量單元

濃縮減量單元目的是去除水中的溶解性固體，將更高濃度的水送至蒸發結晶系統。目前國內流行的處理設備有碟管式DTRO膜、管網式AFRO膜、正滲透膜、電離子膜和蒸發器等。

2.2.1反滲透膜技術

目前，應用于高含鹽廢水處理的反滲透膜主要有普通卷式RO膜、管網式AFRO膜、碟管式DTRO膜、高壓碟管式DTRO膜，幾種常見的反滲透膜參數比較見表1。


從表1可以看出，高壓碟管式反滲透膜進水條件較低，耐高鹽廢水和水回收率均優于其他型式的反滲透膜。最終選用何種反滲透膜還需要根據進水水質條件、出水水質要求以及膜產品價格等因素綜合考慮。

2.2.2正滲透膜技術

正滲透(ForwardOsmosis，FO)是以選擇性分離膜兩側的滲透壓差為驅動力，溶液中的水分子從高水化學勢(原料液)側通過選擇性分離膜向低水化學勢(汲取液)側傳遞，而溶質分子或離子被阻擋的一種膜分離過程。

正滲透過程的驅動力是驅動液與原料液的滲透壓差，系統運行過程中只需要維持膜兩側的錯流循環，所需壓力很低，泵壓力通常在0.35MPa左右，因為不需要外壓驅動，水中的污染物不易在膜表面堆積，水通量可以長期穩定，清洗周期較長[2]。國內第一套正滲透系統脫硫廢水零排放項目在長興電廠已經運行投產。

2.2.3蒸發器

2.2.3.1低溫多效蒸發(MultipleEffectDistillation，MED)

低溫多效蒸發器是由相互串聯的多個蒸發器組成，加熱蒸汽(低溫90℃左右)被引入第一效，用于加熱其中的原水，使原水以比蒸汽低的溫度產生幾乎等量的蒸發，產生的蒸汽被引入第二效作為加熱蒸汽，使第二效的原水以比第一效更低的溫度蒸發。

該過程一直重復到最后一效，第一效凝結水返回熱源處，其他各效凝結水匯集后作為淡水輸出，在蒸發出多倍的水的同時，原水經由第一效至最后一效的濃縮，在最后一效達到過飽和而結晶析出。

2.2.3.2熱蒸汽再壓縮(ThermalVaporRecompres?sion，TVR)

熱蒸汽再壓縮采用蒸汽噴射式壓縮機將二次蒸汽壓縮至更高汽壓的加熱室中，使得蒸汽能夠被再次用于加熱。除蒸發作用外，熱蒸汽再壓縮機還可起到節約蒸汽的作用。此外，還需要一定量的生蒸汽作為盈余蒸汽被轉移到冷凝器中，該盈余蒸汽所含的剩余能量與生蒸汽所提供的能量大致相等[3]。

2.2.3.3機械蒸汽再壓縮(MechanicalVaporRe?compression，MVR)

機械蒸汽再壓縮是將低溫位的二次蒸汽經蒸汽再壓縮機壓縮，以提高其溫度、壓力和熱焓，再進入蒸發器冷凝供熱，達到充分利用蒸汽潛熱的目的。這樣既可回收蒸汽潛熱，提高熱效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR蒸發器除開車啟動外，正常運行時整個蒸發過程中無需生蒸汽[4]。

2.2.4蒸發器和正滲透工藝比較

依據常規脫硫廢水水質特點，對3種蒸發器和正滲透工藝運行能耗及一次性投資進行估算，具體數據見表2。


從表2可以看出，3種蒸發器設備噸水造價相當，其中MVR蒸發器運行成本最低。正滲透裝置設備費用最高，運行成本最高，但隨著正滲透技術不斷發展和改進，設備價格和運行費用也會有所調整。

2.3結晶+固體廢物處理單元

結晶+固體廢物處理單元是整個工藝流程中最后一個階段，廢水經預處理、濃縮后產生的高濃度廢水，不能夠再濃縮，需將其結晶、干燥打包外運。目前，用于結晶+固體廢物處理的主要設備有蒸發器、結晶器、濃液循環泵、壓縮機、離心機、干燥器、尾氣吸收塔、冷卻罐、離心機和干燥機等。

2.3.1結晶產物成分

脫硫廢水中鹽的成分主要有陽離子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+及其他重金屬離子等)、陰離子(Cl-、SO42-、CO32-、NO3-、HCO3-)。經預處理后，脫硫廢水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-等易結垢的離子被沉淀去除，水中主要鹽分為NaCl、Na2SO4及微量NaNO3、KCl。每種鹽化學性質和各種鹽組分不同決定了結晶方式和結晶溫度的不同，據此選擇不同類型的結晶器。

2.3.2結晶產物

(1)結晶后可以出售的商品鹽即工業鹽，主要是NaCl結晶鹽和Na2SO4結晶鹽。工業鹽標準參照《GB/T5462—2003工業鹽》和GB/T6009—2014工業無水硫酸鈉》。

(2)結晶產生的固體雜鹽，如被鑒定為不具有危險特性的固體廢物，則將其運送至儲灰場;如固體雜鹽被鑒定為危險廢物，則必須進行安全妥善的處理，將發生危險廢物處置費用。

3脫硫廢水組合工藝技術經濟性分析

本文參考某電廠2×350MW超臨界空冷機組工程的數據(包括煤質、水質、標煤價格、水價、人工費用等)，結合上述各工藝單元的設備性能和運行費用的對比結果，針對2種典型的脫硫廢水零排放系統組合工藝的投資費用進行估算，進而分析對發電成本的影響。

2種組合工藝流程分別如下。

組合工藝1流程：脫硫廢水→調節池→第一級反應池→第一級澄清池→第二級反應池→第二級澄清池→產水箱→一級過濾器→二級過濾器→清水箱→納濾裝置→反滲透裝置→正滲透裝置→結晶器→打包外運。

組合工藝2流程：脫硫廢水→調節池→第一級反應池→第一級澄清池→第二級反應池→第二級澄清池→產水箱→一級過濾器→二級過濾器→清水箱→納濾裝置→反滲透裝置→MVR蒸發器→結晶器→打包外運。

3.1運行能耗

根據組合工藝流程及組成設備，計算系統運行能耗(蒸汽耗量和耗電量)，再折合標煤，計算出運行成本價格。2種組合工藝各單元設備運行能耗分別見表3和表4。


結合表3、表4計算出2種組合工藝的設備運行能耗，參考1t標煤產生3000kWh電量或4t蒸汽，標煤按350元/t計，脫硫廢水水量按10t/h計，全年運行5000h，組合工藝1和組合工藝2的運行能耗分別為188.2萬元/a、142.3萬元/a。

3.3 2種組合工藝經濟性分析

綜合表3和表4數據對2種工藝系統投資費用、運行費用及發電成本進一步分析，分析結果見表5。


從表5可以看出，該電廠增加脫硫廢水零排放工藝后，年增加發電成本數百萬元。

4結論及建議

本文分析了燃煤電廠濕法脫硫廢水濃縮蒸干零排放工藝。以某2×350MW超臨界空冷機組為例，該電廠增加脫硫廢水零排放工藝后，每年需要增加數百萬元的發電成本。燃煤電廠增加廢水零排放系統后，不能完全消除污染物的環境影響，最終產生的固體廢物仍存在一定的環境隱患。

目前還沒有對其定性是否為危險固體廢物，一旦界定為危險固體廢物，就會發生較高的處置費用。脫硫廢水最終結晶產物如何處置也會制約脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術能否得到推廣。

目前電廠實際面臨的困難是如何經濟有效地處理脫硫廢水，要根據電廠具體的情況來確定采用何種處理方案以及脫硫廢水最終是否要蒸干。

建議燃煤電廠在煙氣、廢水、固體廢物治理領域進行污染物協同處理，在治理煙氣的同時要考慮產生的廢水和固體廢物[5];或是根據煙氣、廢水、固體廢物對環境的影響進行綜合評價，對整個電廠的投資及運行費用進行綜合分析，考慮是否將廢水減量達標排放，而非一味地追求脫硫廢水零排放。