鉴于燃煤电厂脱硫废水成分复杂化、处理标准高等特点,要想实现废水的零排放,需要根据废水中污染物的组分、性质等,采取分阶段处理措施,逐步去除其中的有害成分,从而使最终产物无害化,达到相关部门规定的排放标准。在设计零排放处理技术路线时,要遵循经济性原则、协同性原则、无害化原则,在保护生态环境和维护企业效益之间做到统筹兼顾。现阶段技术成熟度高、废水净化效果好的一种技术路线是依次对脱硫废水进行沉淀过滤的预处理程序、渗透整流的浓缩减量程序,以及蒸发固化程序,最终实现彻底净化、无害排放。
一、脱硫废水的预处理技术:
① 化学沉淀:脱硫废水的硬度较高,在预处理环节需要将含量较高的钙、镁离子沉淀下来,然后在过滤环节将其去除,实现废水软化处理。向脱硫废水中加入适量的化学剂(如碳酸钠),通过搅拌使新加的化学药剂与废水进行置换反应,得到以碳酸钙、碳酸镁为主的沉淀物。还有一种技术是收集脱硫后的烟道气,使用密封管道将气体直接通入废水中。利用烟道气中的二氧化碳,与废水中游离的钙离子结合也可以得到碳酸钙沉淀。
② 凝聚沉淀:上一道工序主要去除废水中的钙、镁离子,经过一级澄清池过滤后,所得废水中还有较多地悬浮物和胶体。向其中加入凝聚剂(如聚合铁、聚丙烯酰胺等),充分搅拌使凝聚剂与悬浮物充分接触并进行一段时间的反应,可以得到絮凝体。将废水转入二级澄清池中静置,等待絮凝体沉淀,再通过固液分离,能够清除掉废水中超过90%的悬浮物。
③ 物理过滤:经过化学沉淀和凝聚沉淀两道工序后,使废水完全软化,悬浮胶体总量明显减少。考虑脱硫废水的水质波动较大,为了保证后续处理工序的废水净化效果,还需要在两次沉淀后加入一道过滤工序。根据废水成分决定选择过滤方法,常见的有微滤、超滤,要求更高的选择纳滤。不同过滤方法有各自的应用优势,例如选择内压错流式管式微滤,在内部压力作用下,管内液体获得超高的流动速度,使废水中的杂质颗粒无法穿透滤膜,达到截留、净化的目的。
二、脱硫废水的浓缩减量技术:
燃煤电厂运营中产生的脱硫废水总量较多,基于成本和时间方面的考虑,在经过简单的二级沉淀和物理过滤后,使用膜浓缩或热浓缩技术,对其做减量化处理。另外,在该环节还可以将部分中水进行回收,重新用于燃煤电厂的生产,对降低电厂运行成本也有一定帮助。
① 膜浓缩:科学选择膜材料是影响正渗透处理效果的核心要素之一,通常优先考虑微孔数量越多、孔径越小的渗透膜,能够在保证浓缩效果的前提下,提高废水处理效率。汲取液(驱动液)也是决定正渗透实用效果的主要因素,有对比实验表明,将同样的废水样品分成两份,采用相同的膜材料,加入了氯化钠作为驱动液的样品中,TDS从35000mg/L浓缩到104000mg/L;而另一份未加入驱动液的样品,TDS从35000mg/L浓缩到72100mg/L。正渗透的应用优势在于不需要借助其他设备提供渗透压力,废水的渗透浓缩是一个自发过程,因此成本较低,但是需要合理选择汲取液。
② 反渗透:该技术的原理是以压力差为推动力,在高浓度水溶液一侧施加压力,利用渗透压使高浓度水溶液中的水通过渗透膜进入低浓度水溶液中。早期反渗透技术主要运用领域为海水淡化,但是在化学材料创新的支持下,高性能反渗透膜的出现,使该技术在脱硫废水浓缩方面也得到推广使用。目前一种技术成熟且成本较低的膜材料是以半透性醋酸纤维作为主要材料制成;近几年用纳米材料制作反渗透膜,表现出能耗更低、过滤效果更好的优势,但是成本较高。反渗透的技术优势在于浓缩效果更好,基本上可以保证废水处理达到排放标准。
③ 热浓缩:废水被蒸发系统余热预热后,依次进入一效或多效蒸发器进行蒸发浓缩;最末效浓盐水经增稠器和离心机进行固液分离,分离出的液体回到系统再循环处理。这种热浓缩模式的优势在于实现了热源的逐级利用,因此可以用更低的能源消耗,取得更理想的蒸发浓缩效果。但是也要注意,多效蒸发器的数量越多,运行成本也会相应上涨,因此在实际的脱硫废水蒸发浓缩处理中,还要合理确定蒸发器的级数。还有就是浓缩后的盐浆,容易附着在蒸发器的热管内壁、风机叶轮等部位。因此需要每隔一段时间(2~3个月),对蒸发器做清洁处理,将热管内壁上的结垢清理干净,提高热能利用率。
三、脱硫废水的蒸发固化技术:
① 烟道蒸发:烟道直喷蒸发利用锅炉机组全部的烟气流量进行蒸发,其蒸发能力有显著的优势,特别是对于那些大型燃煤电厂,有极其良好的机组工况和蒸发路径,是一种更优的工艺选择。且烟道直喷无须抽取锅炉高温烟气,不会影响锅炉机组的运行效率,废水经烟道直喷工艺蒸发干燥后,直接经除尘器被捕捉进入干灰,不会产生二次固废,最大限度缓解电厂的环保压力。
② 结晶器蒸发:脱硫废水处理中,结晶过程即溶液过饱和形成晶核,晶核长成晶体与母液分离。除了核心设备结晶器外,配套设施还有离心机、烘干器等。为了进一步增强废水结晶效果,通常将结晶器与多级强制循环蒸发设备联合使用,最终得到的结晶盐纯度较高,拥有较高的可回收价值。目前这种浓缩—蒸发联合设备在很多燃煤电厂得到使用。
四、脱硫废水零排放产物的最终处理:
现阶段常用的方式有:①沉淀物与燃煤电厂的灰渣混合。沉淀物是以钙、镁为主的化合物,本身对环境没有污染性,与灰渣混合后作为粉煤灰,用于建筑或公路的地基修建;②结晶盐经过提纯后,符合工业盐标准,回收并投入使用。还有部分纯度不高的杂盐,则需要统一运输到专门的填埋场进行填埋处理;③高盐水采用电解法处理,能够获得次氯酸盐。
五、结语:
现阶段实现废水零排放处理的技术形式有多种,按照工艺流程来看,大体分为3个阶段,每个阶段可供选用的技术方法也不尽相同。例如预处理中有化学沉淀、凝聚沉淀;浓缩减量中有热浓缩、膜浓缩等。根据实际情况选择恰当技术,在实现废水零排放的基础上,降低能源消耗,实现资源回收,为燃煤电厂的绿色发展提供支持。