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技术|关于燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺的探讨

北极星电力网新闻中心  来源:《电力设备》  作者:苏海疆  2019/1/23 14:51:02  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 燃煤电厂 脱硫废水 火电

北极星火力发电网讯:摘要:煤炭是我国目前使用最多的化石能源,煤炭燃烧会产生一些污染气体,如SO2等,需进一步脱除,脱除后的废水中含有重金属的成分,导致污水不能达标排放。为此,本文通过对脱硫过程中废水的来源、处理方法和后处理过程进行了分析介绍,并结合电厂的实际运行数据进行说明。可以看出,对低硫燃煤电厂而言,可采取物理化学方法进行废水处理,在实现废水处理的同时实现废水的再次利用。

关键词:燃煤电厂;脱硫废水;零排放处理工艺

引言

燃煤电厂脱硫废水水质特性十分复杂,随着燃煤机组排放环保标准的不断提升,脱硫废水零排放将是继烟气超低排放后下一个火电环保产业发展方向。分预处理、浓缩减量、尾水固化三个环节介绍燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术工艺。

1 发电厂脱硫系统废水的产生及对其进行处理的必要性

目前,电厂采用的主要脱硫方式是湿法脱硫工艺,在工艺中产生大量含有金属离子的废水,如果不经处理排放到环境中,会产生污染。因此,对于脱硫废水的处理具有重要的现实意义。在进行湿法工艺处理烟气中的SO2时,为了维持脱硫装置的浆液循环物质的平衡性,防止烟气中氯浓度超标并保证石膏的质量(石灰—石膏法工艺),需要从脱硫系统中排放一定浓度的废水。排放的废水中含有悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐及重金属。燃煤中的元素除了C、H、O、N、S外,还存在痕量的重金属元素,如Cr、Ni、Hg、As、Pb等。煤中的元素随着燃烧作用最终进入烟气中,虽然烟气经过除尘器,但由于目前的除尘系统对于痕量物质的脱除效率有限,因此最终这些金属元素会进入脱硫塔中,在烟气与浆液的接触过程中,金属元素溶解到浆液中,因此,废水中存在金属元素。由于金属离子在环境中没有自净和生物降解的能力,容易在生物体内累积,对生物体的正常生命活动产生威胁。因此,需要对脱硫废水进行处理,使得其各项指标都达到排放要求,缓解环境的压力。

2 脱硫废水零排放技术

废水零排放处理工艺是多种技术的组合。一般可按照介质流向将废水零排放工艺分为预处理单元、浓缩减量单元和尾水固化单元。

2.1预处理单元

预处理单元的作用是对废水进行简单的初步处理,使废水水质满足后续处理对水质的要求,以保障后续单元正常运行。预处理单元最基本的作用是去除水中大块不溶性固体以及小粒径悬浮物。为了满足某些后续处理单元对水质pH值以及离子组成的要求,预处理单元通常还具有调节pH值、软化水质,有时为了减轻后续单元处理压力,还会在预处理单元去除一部分还原性溶解性组分。常见的预处理方法有两类:一是化学沉淀法;二是电絮凝法。化学沉淀法主要包括加药中和、混凝沉淀、澄清过滤等工序。由于在实际工程应用中,中和、反应和絮凝过程需要提供较大的容器,因此通常将中和箱、反应箱和絮凝箱称为“三联箱”,化学沉淀法也常称“三联箱”化学沉淀法。根据加药步骤中所加药品的类型,预处理技术又可分为不软化、半软化和全软化三种。常用的软化方式包括石灰-碳酸钠、石灰-硫酸钠-碳酸钠、氢氧化钠-碳酸钠、石灰-硫酸钠(部分软化)等方式。其中,氢氧化钠-碳酸钠、石灰-硫酸钠-碳酸钠、石灰-碳酸钠方式水质软化完全,但药剂费用高。石灰-硫酸钠方式可降低软化成本,节约50%的费用。综合软化成本和处理效果考虑,软化工艺通常优选“石灰+硫酸钠”法,在废水水质钙低([Ca2+]<800mg/L)、需要回收硫酸镁条件下,通常采用单一硫酸钠软化法。对于过滤步骤,为了提高过滤效率、减少占地面积,出现了新型紧凑式过滤装置,其中以管式微滤方法最具代表性。

电絮凝是一种运用电解和电混凝原理去除废水中有毒有害物质的方法。

相比化学沉淀法,电絮凝方法综合了电解和絮凝沉淀的优点,能以较小的加药量、较低的耗电量以及较小的占地面积显著降低废水的总固态悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD)和总氮水平,可去除水中75%~99%的总有机成分(TOC),且无论进水负载高低,电絮凝设备都可以依据排放或其他用途要求搭配最终深度净化处理的设备成为完整的系统。

除化学沉淀和电絮凝外,有研究者提出铁氧微晶体方法用以去除废水中的重金属组分和部分有机物。该方法利用单质铁的还原性,将高价态的污染物还原转化去除,并利用生成的铁氧化物,吸附、包裹和夹带作用去除水中的各种重金属,并进行晶格固化稳定。该技术对废水中重金属、砷、硒等具有显著的去除效果,出水浓度远低于国家排放标准。该技术投资成本略低于三联箱系统,可在现有三联箱系统基础上加以改造,目前该技术的工程示范正在开展。

2.2浓缩减量单元

浓缩减量单元的作用是将废水进行高倍率浓缩,为末端处理单元提供浓缩液,同时产出大量相对洁净的出水。和预处理单元从废水中去除污染物的思路不同,浓缩减量单元采用从废水中提取水分子的思路。浓缩减量单元是废水零排放工艺中实现废水减量化最核心的单元,这一单元的浓缩效率及能耗,将直接决定整套废水处理工艺的技术经济性。浓缩减量方法可根据废水含盐量大致分为热法(适用废水含盐量为15%~20%)和膜法(适用废水含盐量为5%~8%),也有案例采用抑尘、拌干灰等消耗性减量方法。热法包括多效蒸发(Multipleeffectdesalination,MED)、机械式蒸汽再压缩(Mechanicalvaporrecompression,MVR)、蒸汽热力压缩器(Thermalvaporcompressor,TVC)等,主要原理为通过热量交换实现水的气液相间转化,MED及MVR均已有一体式设备。膜法可分为超滤、纳滤、反渗透、正渗透、振动膜等,主要原理为利用膜材料的选择透过性。有分盐需求时,通常选择“纳滤分盐”实现一价盐和二价盐的分离。由于膜材料的多样性,膜法浓缩工艺又存在多种组合,常见组合有三种:电渗析-反渗透、多级反渗透、反渗透-正渗透。其中,电渗析-反渗透浓缩极限约为20%;多级反渗透浓缩极限为12%~15%;反渗透-正渗透浓缩倍率相对较高,但工业应用较少,技术成熟性和运行稳定性有待考察。

2.3尾水固化单元

废水经过浓缩减量后,其体积大大减少,许多电厂选择直接将浓缩液喷洒到煤场或灰场用于降尘,然而这种方法会对入炉煤煤质以及灰渣的综合利用带来负面影响。尾水固化单元的作用就是对废水浓缩液进行最终处理,将浓缩液中的污染物形成固态污泥,并回收少量清洁水。这一单元将废水中的污染物“固定”到污泥中,并将具有利用价值的结晶盐加以回收,起到了废水无害化和资源化的作用。由于浓缩液污染物浓度高、组成复杂,因此尾水固化单元是整个工艺流程中的技术难点。尾水固化方法可分为蒸发结晶法和烟气干燥法。采用蒸发结晶法时,通常将蒸发固化和浓缩减量单元合为一个整体布置在处理系统中,常见技术有MED、MVR、TVC等,原理同浓缩减量单元。蒸发结晶法技术成熟,可实现废水中无机盐的资源化利用,但投资及运行成本较高,投资成本250~400万元/m3烟气,运行成本通常高于120元/m3,另外蒸发结晶法占地面积通常较大。

结束语

在我国,发电依然主要依靠火力发电,同时这也是我国经济发展的重要保障之一。另外,虽然以煤炭为主要燃料的火电厂为我国提供了稳定的电力资源,但是其在发电过程中产生的以二氧化硫为主的各种污染物也给环境带来了严重的负担[1]。探讨燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺是为了从根本上解决火电厂的污染物排放问题,该项工作的开展对电力行业的健康发展具有深远意义。

参考文献:

[1]史宇涛.脱硫废水零排放技术与工艺路线研究[J].中国资源综合利用,2017,35(12):107-109.

[2]叶春松,黄建伟,刘通,张弦,夏敏.燃煤电厂烟气脱硫废水处理方法与技术进展[J].环境工程,2017,35(11):10-13+51.

[3]王冬梅,程家庆,孔繁军.脱硫废水零排放技术与工艺路线[J].工业水处理,2017,37(08):109-112.

原标题:燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺探讨

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