脱硫废水传统处理工艺及其进展

脱硫废水传统处理工艺及其进展脱硫废水传统处理工艺及其进展预处理火力发电是我国最重要的电力组成，尽管近10年来火电占比逐渐降低，但火电发电量和火电设备装机量依然在逐年增加[图1a)]。随着烟气排放管理与控制日益严格，烟气脱硫是火电厂不可或缺的过程。烟气脱硫技术主要包括前端脱硫、干法、半干法和湿法脱硫，其中湿法脱硫具有反应快、效率高等优点，全球应用占比达85%。湿法脱硫采用液态吸收剂吸收SO2和其它污染组分，主要包括钠碱法、氨法、氧化镁法、有机胺法、石灰石-石膏法等，其中石灰石-石膏法由于操作简单、效率高、技术成熟、稳定性好而成为最主流的脱硫技术，约90%发达国家的火电厂采用该技术。我国火电厂主要采用石灰石-石膏法脱硫，脱硫石膏产量逐年增加[图1b)]，尽管湿法脱硫产生的脱硫废水量少，但污染负荷高、处理难度大，已成为电厂亟待解决的难题之一。脱硫废水呈弱酸性且悬浮物和盐含量极高，并含有多种重金属，是电厂水处理中的难点与重点。脱硫废水处理经历了从重力沉降到三联箱工艺的发展，三联箱工艺结合传统混凝、化学沉淀、澄清等单元，可去除悬浮物、重金属和部分COD，是目前主流的脱硫废水处理工艺。随着水质排放标准的提高、工业用水取水指标的严格限制和工业废水回用的强烈需求，火电厂脱硫废水处理从悬浮物、COD的去除逐渐上升到重金属去除和脱盐，现有三联箱工艺不能满足排放要求，新型处理工艺或组合工艺的开发成为解决电厂脱硫废水处理的重要内容。废水零排放是近年来工业废水特别是高浓高盐废水处理的新方向，在全球范围内得到广泛的研究和应用。针对脱硫废水水量较少，但污染负荷高、处理难度大的特点，近年来脱硫废水零排放工艺的研究和应用成为火电厂水处理技术的重点内容，也逐渐实现了从小试到中试及工程应用的发展。传统的直接利用余热蒸发的策略存在效率低、占地大、结垢、腐蚀严重等问题，新型零排放工艺研发与应用成为今后火电厂脱硫废水处理的主要内容。因此，本论文从脱硫废水的产生及主要问题出发，介绍了传统脱硫废水的处理工艺，重点从预处理工艺、重金属去除、浓缩减量、盐结晶固化4个方面综述了零排放形势下脱硫废水处理的应用和研究进展，以期为脱硫废水的零排放处理提供参考。1脱硫废水的产生及主要问题石灰石-石膏湿法脱硫采用石灰乳循环吸收烟气中的SO2，吸收过程生成石膏，为保障石膏品质，一般采用Cl-浓度进行控制(控制限值一般为20000mg/L)，定期排出一定量的脱硫废水并补充新鲜吸收液。随着脱硫吸收液的循环浓缩，脱硫废水主要特征如表1所示:1)悬浮物含量高(SS:5.0～80.7g/L)，其主要组成为微米级的硫酸钙和亚硫酸钙粒子，沉降性能差(图2);2)盐含量高(TDS:18.1～121.5g/L)，主要离子为Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、F-、SO2-4和SO2-3等，属于高盐废水，虽然排放标准(火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标DL/T997-2006)对常规离子暂时未做限制;3)多种重金属超标;4)还原性含硫物质是COD的重要组成;5)受烟气成分变动、吸收液用水的水质差异、脱硫系统管理难控制等限制，脱硫废水的水质和水量波动显著，对处理工艺的适应性提出了更高要求。脱硫废水处理过程的主要难点在于:1)采用传统方法难以实现悬浮物的高效去除，固液分离时间长;2)设备和管路的结垢腐蚀严重;3)化学污泥具有毒性和高污染性;4)水质水量变动对处理工艺冲击大。因此，脱硫废水的处理一直是电厂亟需解决的关键问题，特别是在废水排放标准逐渐严格的条件下，传统的三联箱工艺已经无法满足水处理的要求。2脱硫废水传统处理工艺及其进展传统脱硫废水处理技术包括重力沉降、化学沉淀、微生物法和湿地等技术，其中化学沉淀应用最广泛。脱硫废水首先需要解决的问题是去除悬浮物和重金属。重力沉降法在初期得到应用，但因其沉降速率慢、占地大、溶解性污染物去除效果低，逐渐被其他工艺替代。化学沉淀法通过投加化学试剂与重金属、F和S等形成盐沉淀，是目前主要的重金属控制策略。三联箱工艺是我国脱硫废水处理应用最为广泛的技术，将混凝与化学沉淀工艺结合实现悬浮物和重金属的去除。但该工艺投药量大、固液分离速率慢、分离效果差、污泥量大，且由于脱硫废水的水质波动大，导致经常出现出水不达标和系统崩溃。同时，三联箱工艺处理过程产生的高盐废水仍然无法达标排放，成为火电厂亟需解决的关键问题。因此，三联箱工艺的改进工艺和方法的开发得到大量研究，首先是反应器的设计与优化。Tian等采用二联箱代替传统三联箱，利用计算流体力学模拟优化反应器结构，并采用固态药剂的投加方式，结合澄清与过滤，去除悬浮物和重金属。新型药剂研发与应用也是简化三联箱工艺、降低运行成本的重要手段。华能杨柳青电厂改造后采用干粉投加的方式仅通过一种高效无机混凝剂就可实现脱硫废水的达标排放，大唐某电厂采