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來源:《熱電技術(shù)》

前言

眾所周知，燃煤電廠是用水的大戶，它的耗水量約占工業(yè)用水的20%，在我國(guó)仍以火力發(fā)電為主的電力結(jié)構(gòu)中，特別是北方缺煤、少水的地區(qū)，缺水將會(huì)成為制約電力發(fā)展的首要問題，與此同時(shí)，我國(guó)的燃煤電廠與國(guó)外尤其是美、歐、日等西方發(fā)達(dá)國(guó)家電廠先進(jìn)的用水量相比，其用水量、排水量大的問題仍比較嚴(yán)重，用水水平與國(guó)外先進(jìn)水平比有著較大的差距，客觀上也說明我國(guó)燃煤電廠的節(jié)水潛力巨大。燃煤電廠廢水零排放是電廠用水的最高水平，所謂零排放是指不向外界排放對(duì)環(huán)境有任何不良影響的水，進(jìn)入電廠的水除了以蒸汽的形式蒸發(fā)到大氣中外，其余的都處理后綜合回用，零排放使電廠從外部獲取的新鮮水量最少，這樣可以緩解水資源日益短缺的問題，同時(shí)沒有廢水的外排可以避免廢水污染環(huán)境，提高周圍的環(huán)境質(zhì)量。

通常燃煤電廠鍋爐煙氣采用石灰石—石膏濕法脫硫，為防止脫硫過程中漿液內(nèi)可溶解的氯離子和細(xì)小的灰塵顆粒濃度富集過高，需要從系統(tǒng)中排放一定量的脫硫廢水，以維持脫硫裝置中物料的平衡。脫硫廢水含有的雜質(zhì)主要為固體懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及重金屬，其中很多物質(zhì)為國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求嚴(yán)格控制的第一類污染物，這些元素在爐膛內(nèi)高溫條件下進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成了多種不同的化合物。一部分化合物隨爐渣排出爐膛，另外一部分隨煙氣進(jìn)入脫硫裝置吸收塔，溶解于吸收漿液中，并且在吸收漿液循環(huán)系統(tǒng)中不斷濃縮，最終脫硫廢水中的雜質(zhì)含量很高。所以，脫硫廢水必須經(jīng)過處理才能進(jìn)行綜合回用，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。從可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)看，隨著水資源日益的匱乏，環(huán)保要求的逐步嚴(yán)格，脫硫廢水的零排放是電廠用水發(fā)展的一種趨勢(shì)。并且具有較好的社會(huì)、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1脫硫廢水零排放現(xiàn)有主要技術(shù)過程與運(yùn)行情況簡(jiǎn)述

脫硫廢水零排放現(xiàn)有主要技術(shù)過程是首先采用三聯(lián)箱工藝技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理，主要作用是去除懸浮物、重金屬及部分COD、氟化物、硫化物并調(diào)整pH等，然后進(jìn)行濃縮除鹽(主要是去除氯化物)形成高含鹽濃水與低鹽分的淡水，淡水直接回用，高含鹽濃水最后進(jìn)行蒸發(fā)，鹽份析出成固態(tài)鹽渣，鹽渣成為固廢或加工成工業(yè)鹽使用。蒸發(fā)出來的水蒸汽經(jīng)冷凝成液態(tài)水之后直接回用，達(dá)到脫硫廢水零排放的目標(biāo)。脫硫廢水因其高懸浮物、高鹽分、含有多種重金屬及COD、氟化物、硫化物超標(biāo)等，絕大部分污染物成份需在預(yù)處理階段去除，為后續(xù)的濃縮除鹽打下良好的基礎(chǔ)，因此預(yù)處理過程是整個(gè)脫硫廢水零排放處理過程的重要組成部分。其運(yùn)行穩(wěn)定情況、處理效果的好壞直接關(guān)系到后續(xù)除鹽工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，是整個(gè)零排放處理技術(shù)過程能否實(shí)現(xiàn)的前提與基礎(chǔ)。當(dāng)前很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，困擾三聯(lián)箱工藝預(yù)處理過程的主要因素是藥劑加入種類多(約5種以上)、且加入量要求相對(duì)準(zhǔn)確，對(duì)工藝控制要求高，系統(tǒng)耐負(fù)荷沖擊性較差，形成的固廢多、極易造成三聯(lián)箱系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞故障、導(dǎo)致運(yùn)行與出水水質(zhì)不穩(wěn)定等諸多問題，制約了脫硫廢水零排放處理工藝技術(shù)的發(fā)展。

2已有的研究成果及基礎(chǔ)條件

針對(duì)脫硫廢水零排放三聯(lián)箱預(yù)處理工藝技術(shù)存在的一些問題，當(dāng)大部分工程技術(shù)人員集中注意力解決三聯(lián)箱預(yù)處理系統(tǒng)工程技術(shù)問題而束手無策時(shí)，某公司研發(fā)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)從水處理材料的角度來研究與分析問題，集中精力研發(fā)了DBS新型高分子材料處理脫硫廢水，并取得了積極進(jìn)展。結(jié)合DBS新型高分子處理材料配套研發(fā)了DM一體化脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)備，整合成DBS/DM一體化系統(tǒng)處理技術(shù)，并在小試、中試成功的基礎(chǔ)上，逐步在燃煤電廠脫硫廢水零排放預(yù)處理領(lǐng)域展開工業(yè)化應(yīng)用，并取得階段性成果。

2.1 DBS新型高分子材料簡(jiǎn)介

DBS新型高分子材料是專門針對(duì)包括脫硫廢水在內(nèi)的污水專用處理材料，呈固體粉末狀，難溶于水，比重比水大。內(nèi)含有螯合基團(tuán)，對(duì)重金屬有較強(qiáng)吸附與螯合效果。DBS對(duì)水中微細(xì)懸浮物有很好混凝、絮凝效果，形成的絮凝物(礬花)顆粒大，易沉降，在水中固液分離效果好。本身無毒，對(duì)水體無二次污染等。其主要特點(diǎn)是在不需要調(diào)節(jié)pH的情況下就可快速去除懸浮物、重金屬及部分COD、氟化物、硫化物等污染物，出水外觀無色、清澈透明。由于構(gòu)成了較穩(wěn)定的螯合與絮凝反應(yīng)體系，對(duì)脫硫廢水進(jìn)水流量、水質(zhì)一般性的正常波動(dòng)，均能夠維持穩(wěn)定運(yùn)行，耐負(fù)荷沖擊性能較好。形成的污泥松散性好且有一定的自潤(rùn)滑性能，因此不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)堵塞的故障。由于DBS新型高分子材料是一種高效復(fù)合型水處理藥劑，具有多功能性的特點(diǎn)，大為簡(jiǎn)化了加藥系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了預(yù)處理系統(tǒng)的工藝過程與操作步驟，為預(yù)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了良好的前提條件。

2.2 DM一體化處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

DM一體化處理系統(tǒng)是結(jié)合DBS新型高分子處理材料專門針對(duì)包括脫硫廢水在內(nèi)的污水處理研發(fā)的專用系統(tǒng)設(shè)備。其主要特點(diǎn)首先是自帶自動(dòng)加藥系統(tǒng)，不需額外配備與投資建設(shè)藥劑配制與貯存系統(tǒng)。其次是功能全，集進(jìn)水緩沖區(qū)，螯合、混凝、絮凝等物化反應(yīng)與攪拌區(qū)，1～4級(jí)重力沉降(固液分離)區(qū)，出水緩沖區(qū)等污水處理過程與功能于一體，采用進(jìn)口耐腐蝕潛水式攪拌器，高性能多層防腐涂層，高度集成的專用脫硫廢水處理成套系統(tǒng)設(shè)備。因DBS水處理藥劑材料實(shí)際使用過程中，投加量少，物化反應(yīng)速度快，沉降速度快，固液分離效果好的特點(diǎn)，在處理脫硫廢水能力10～15m3/h時(shí)，設(shè)備外形設(shè)計(jì)與制造的尺寸大為縮小，主體部分設(shè)備長(zhǎng)寬高為3.95m×2.00m×2.30m，全容積15m3。運(yùn)輸方便，安裝簡(jiǎn)單，甚至不需建設(shè)專門的混凝土基礎(chǔ)，可整體移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求極低，尤其解決了部分燃煤電廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置已十分緊湊、場(chǎng)地緊張有限、設(shè)備難以布置的現(xiàn)實(shí)問題。

3 DBS/DM一體化脫硫廢水預(yù)處理技術(shù)原理與工藝過程

3.1預(yù)處理技術(shù)原理

在DM一體化處理系統(tǒng)中，脫硫廢水在潛水?dāng)嚢铏C(jī)的攪拌作用下，與投藥箱出來的高分子DBS復(fù)合處理劑在反應(yīng)區(qū)均勻混合，所含的螯合重金屬基團(tuán)迅速與水中含有的重金屬離子進(jìn)行高效配位與螯合，形成穩(wěn)定的重金屬絡(luò)合物。DBS的關(guān)鍵特性之一就是對(duì)各類重金屬的高效選擇吸附性;關(guān)鍵特性之二就是其本身在處理前后均難溶解于水中，始終以固體懸浮物的形式存在于廢水中，利于后續(xù)的沉淀分離;與此同時(shí)，由于DBS亦是一種極性高分子，加入水中后可破壞廢水中的電平衡，促使廢水中極微細(xì)的懸浮固體相互凝聚，形成較大固體顆粒，且由于水的浸潤(rùn)與極性作用，DBS高分子鏈會(huì)延伸展開，并具有一定的極性，具有獨(dú)特的捕捉、吸附廢水中細(xì)小懸浮顆粒的特性，且其本身難溶于水，且比重比水大，捕捉吸附了細(xì)小顆粒的DBS形成了類似網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步捕捉與吸附其他微小懸浮顆粒，形成良性循環(huán)，直至顆粒越長(zhǎng)越大，將廢水中含有的細(xì)小懸浮物顆粒一并捕捉吸附形成比重較大易于沉降的固體大顆粒絮凝體(礬花)，在沉降區(qū)中迅速沉降下來，體現(xiàn)出優(yōu)良的固液分離效果。高效去除廢水中的懸浮物、重金屬、及部分COD與氟化物等，為后續(xù)的濃縮除鹽工藝過程創(chuàng)造良好的水質(zhì)條件。

3.2工藝過程簡(jiǎn)述

將收集箱內(nèi)脫硫廢水用泵引入DM一體化處理系統(tǒng)進(jìn)水緩沖區(qū)，經(jīng)進(jìn)一步均質(zhì)與調(diào)速后，溢流進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)中攪拌作用下，與投藥箱自動(dòng)投加進(jìn)來的DBS粉狀藥劑材料均勻混合，在一、二級(jí)反應(yīng)區(qū)中完成pH值調(diào)節(jié)、重金屬吸附螯合、混凝與絮凝等物化反應(yīng)，反應(yīng)過程結(jié)束后泥水混合物自動(dòng)溢流進(jìn)入1～4級(jí)沉降區(qū)，完成泥水分離(即固液分離)過程，清水自流入出水緩沖區(qū)，并進(jìn)行檢測(cè)分析，然后自流入清水箱(池)，清水可送往濃縮除鹽工藝進(jìn)行除鹽處理。DM一體化處理系統(tǒng)中沉降分離出來的污泥定期間歇自動(dòng)排往污泥池，經(jīng)污泥泵送往脫水機(jī)脫水后泥餅單獨(dú)處理，濾液水進(jìn)入脫硫廢水收集箱重新參與處理過程。

主體工藝過程流程方框圖如下圖所示：

4工業(yè)化應(yīng)用情況

4.1在湖南某發(fā)電公司的工業(yè)化應(yīng)用情況

2016年7月，在湖南某發(fā)電公司新建一套DBS/DM一體化脫硫廢水處理系統(tǒng)，處理能力10～15m3/h。新配制一根進(jìn)水管道，直接將脫硫廢水引入DM一體化處理系統(tǒng)，新型高分子DBS水處理藥劑預(yù)先加入DM一體化系統(tǒng)自帶的加藥箱貯存，利用變頻電機(jī)控制加藥閥的旋轉(zhuǎn)快慢，實(shí)現(xiàn)控制加藥速度與加藥量。在DM一體化系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)中將DBS藥劑與脫硫廢水均勻混合，完成pH稍微調(diào)整、螯合脫除重金屬、絮凝懸浮物、去除部分COD、硫化物、氟化物的過程，出水溢流進(jìn)入清水緩沖箱，并對(duì)pH、濁度、重金屬及其他污染物成份定期抽樣檢測(cè)，其進(jìn)出口水質(zhì)情況如下表1所示。然后清水通過泵送往后續(xù)的濃縮除鹽系統(tǒng)，進(jìn)行零排放處理。DM一體化系統(tǒng)分離出來的污泥定期間歇自動(dòng)排往污泥收集池，通過泵送往壓濾機(jī)脫水后，泥餅單獨(dú)進(jìn)行無害化處置。

表1：

從表1數(shù)據(jù)可以看出，進(jìn)水水質(zhì)存在不同程度波動(dòng)的情況下，仍能夠維持出水水質(zhì)在一個(gè)合格的指標(biāo)范圍內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性相對(duì)較好。

以下是對(duì)單個(gè)指標(biāo)不同時(shí)間段的檢測(cè)分析數(shù)據(jù)，具體情況如下：

(1)進(jìn)水前后pH變化情況曲線圖如圖1所示。

圖1：

備注：系列1——表示進(jìn)水pH值變化曲線;

系列2——表示對(duì)應(yīng)的出水pH值變化曲線;

根據(jù)圖1數(shù)據(jù)表明，通過調(diào)整藥劑的使用量，可將出水pH值調(diào)整至7.0左右。

(2)進(jìn)水前后懸浮物變化情況曲線圖如圖2所示。

圖2：

備注：橫坐標(biāo)：取樣次數(shù)，從坐標(biāo)：SS含量(單位：mg/l)。

系列1——表示進(jìn)水懸浮物SS變化曲線;

系列2——表示對(duì)應(yīng)的出水懸浮物SS變化曲線;

根據(jù)圖2數(shù)據(jù)表明，進(jìn)水懸浮物平均含量在3800～31800mg/L范圍，經(jīng)處理后出水懸浮物含量≤19.38mg/L，遠(yuǎn)低于DL/T997-2006標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求范圍。

(3)進(jìn)水前后總汞變化情況曲線圖如圖3所示。

圖3：

備注：系列1——表示進(jìn)水總汞含量變化曲線;

系列2——表示對(duì)應(yīng)的出水總汞含量變化曲線;

根據(jù)圖3數(shù)據(jù)表明，進(jìn)水、出水的總汞含量均較低，低于DL/T997-2006標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求范圍。雖然未完全體現(xiàn)出原料藥劑材料可以高效去除重金屬的優(yōu)勢(shì)，但出水中總汞含量仍有下降趨勢(shì)。

(4)進(jìn)水前后總鋅變化情況曲線圖如圖4所示。

備注：系列1——表示進(jìn)水總鋅含量變化曲線;

系列2——表示對(duì)應(yīng)的出水總鋅含量變化曲線;

根據(jù)圖4數(shù)據(jù)表明，進(jìn)水、出水的總鋅含量均較低，低于DL/T997-2006標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求范圍。雖然未完全體現(xiàn)出原料藥劑材料可以高效去除重金屬的優(yōu)勢(shì)，但出水中總鋅含量仍有下降趨勢(shì)。

其他種類重金屬在進(jìn)出水中的含量下降趨勢(shì)情況與上述情況類似，在此不再贅述。

(5)進(jìn)水前后COD變化情況曲線圖如圖5所示。

圖5：

備注：系列1——表示進(jìn)水COD含量變化曲線;

系列2——表示對(duì)應(yīng)的出水COD含量變化曲線;

根據(jù)圖5檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，進(jìn)水COD含量在超過150mg/L且低于200mg/L情況下，通過處理過程后出水COD含量可降至50mg/L以下，遠(yuǎn)低于DL/T997-2006標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求范圍。

實(shí)際上，在進(jìn)水COD含量在200mg/L～500mg/L情況下，通過處理過程后出水COD含量可降至50～100mg/L以下，否則需另設(shè)置專門的去除COD的裝置或方式方法。

其他指標(biāo)在進(jìn)出水中的含量下降趨勢(shì)情況與上述情況類似，在此不再贅述。

總的情況來看，經(jīng)DBS/DM一體化技術(shù)預(yù)處理的脫硫廢水，可滿足后續(xù)相關(guān)濃縮除鹽系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)水要求，最終實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)。

4.2在陜西某發(fā)電公司的工業(yè)化應(yīng)用情況

2017年3月，在陜西某發(fā)電公司新建一套DBS/DM一體化脫硫廢水處理系統(tǒng)，處理能力10～15m3/h。該公司原來建設(shè)有三聯(lián)箱脫硫廢水處理系統(tǒng)，因石灰乳投加系統(tǒng)、三聯(lián)箱處理系統(tǒng)易出現(xiàn)堵塞情況導(dǎo)致三聯(lián)箱無法長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致脫硫廢水處理后出水水質(zhì)不穩(wěn)定，且當(dāng)原水水量、水質(zhì)(主要是懸浮物)變化幅度大時(shí)，出水水質(zhì)直接惡化。故障頻繁，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理與實(shí)際操作增加了很大難度，而DBS/DM一體化處理系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊力強(qiáng)，不堵塞設(shè)備與管理，運(yùn)行連續(xù)穩(wěn)定。其進(jìn)出口水質(zhì)情況如下表2所示。

表2：

總的情況來看，經(jīng)DBS/DM一體化技術(shù)預(yù)處理的脫硫廢水，可滿足后續(xù)相關(guān)濃縮除鹽系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)水要求，最終實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)。

5結(jié)語(yǔ)

根據(jù)脫硫廢水高懸浮物、高鹽、含多種類重金屬的特點(diǎn)，以及當(dāng)前脫硫廢水零排放預(yù)處理工藝過程中存在的一些工程技術(shù)問題，創(chuàng)新研究思路，從預(yù)處理工藝所使用的藥劑材料入手，研究開發(fā)了新型DBS高分子廢水處理藥劑材料，并且配套研發(fā)了DM一體化處理系統(tǒng)設(shè)備，整合成DBS/DM一體化系統(tǒng)處理技術(shù)，在達(dá)到處理效果的情況下，規(guī)避了三聯(lián)箱處理系統(tǒng)及其藥劑投加裝置容易堵塞設(shè)備、管理導(dǎo)致運(yùn)行不暢、效果不穩(wěn)定的工程技術(shù)問題，并在工業(yè)化應(yīng)用過程中達(dá)到了預(yù)期效果，為脫硫廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)處理、直至實(shí)現(xiàn)零排放創(chuàng)造了穩(wěn)定、可行的基礎(chǔ)條件，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值與良好的市場(chǎng)前景。

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