探析蒸发结晶工艺在火电厂脱硫废水零排放中的应用

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　　摘要：水资源危机是当今世界面临的重要问题，水资源的严重匮乏已经成为制约我国国民经济发展的一个重要因素。近几年国家环保要求越来越严格，部分地区环保法要求火力发电厂实现废水零排放，并且新建电厂将不再预留排污口。火电厂废水零排放要求利用先进的水处理技术，实施废水处理后回用，真正实现火电厂废水零排放，这将是发电企业节约水资源、降低环境污染、实现可持续发展的重要课题。
　　关键词：蒸发结晶工艺;火电厂;脱硫废水
　　1、蒸发结晶工艺概述
　　蒸发结晶工艺是化学生产中常见的单元操作，其主要用于化肥生产、火力发电等方面的废水处理，从原理上来看，随着温度的升高，不饱和溶液中的溶剂会不断挥发，而不饱和溶液在溶剂挥发的过程中则会逐渐转变为饱和溶液，之后再变为过饱和溶液，在这一阶段，溶质就会从过饱和溶液中析出。蒸发结晶工艺正是利用这一原理，将废水中含有的有害溶质析出，从而实现废水的有效处理，降低废水的危害。蒸发结晶工艺一般可分为多效蒸发技术与机械热压缩技术两种，其中多效蒸发技术是将多个蒸发器串联起来运行，使其在进行蒸发操作时能够利用更多的蒸汽热能，进而提高水溶液的处理效果，具有着操作简单、分离效果好、残留浓缩液少、溶质容易处理、使用灵活等多种特点。而机械热压缩技术则是通过压缩机对蒸发器中的二次蒸汽进行压缩处理，使压力、温度得到进一步提高，之后再将二次蒸汽作为加热蒸汽进行利用，以保证料液能够始终保持在沸腾状态下，同样能够起到提高热效率与蒸汽利用率的效果。此外，这一技术还具有着能耗低、污染少、占地面积小、稳定性高等特点。从目前来看，应用于火电厂脱硫废水处理的蒸发结晶工艺主要以多效蒸发技术为主。
　　2、火电厂脱硫废水的水质与危害
　　对于火力发电所产生的脱硫废水来说，脱硫装置、煤炭种类、脱硫装置运行条件等因素都会对其水质造成不同的影响，因而不同火电厂的脱硫废水水质往往存在着一定的差异。但从总体上来看，火电厂脱硫废水中一般会含有钾、钠、钙、铅、汞、锌、铜、铁、非活性硅、氯化物、氟化物等污染物，这里以某电厂脱硫废水的水质分析结果为例。对该电厂的脱硫废水进行水质分析后发现，脱硫废水中悬浮物≤70mg/L、化学需氧量≤100mg/L、氨氮在15～30mg/L左右、硫化物≤1.0mg/L、氟化物≤15mg/L、氯根离子约15000mg/L、硫酸根离子在1000～2000mg/L、钙离子与钠离子均大于1000mg/L，而铜、铁、锌、铅、铝、镁、汞等金属元素的含量则相对较少，大多在0.1～2.0mg/L。在这些污染物的影响下，脱硫废水的危害也是非常之大的，一旦未能对其进行有效的处理，那么在排放后就会对环境造成极大的危害，例如脱硫废水中的溶解性盐会使地表水的含盐量增高，从而造成土地盐碱化，并导致水生生物大量死亡，甚至是造成区域内生物种群消失，破坏区域生态平衡。
　　3、脱硫废水零排放处理方案
　　通常，脱硫废水处理系统采用中和+絮凝+沉淀+澄清等常规处理工艺，以降低脱硫废水的浊度、重金属和部分硬度，但废水的含盐量没有明显降低，处理后无法回用，排放后对生态环境影响较大。针对以上问题，我们采用脱硫废水零排放系统主要包括4个处理单元，即脱硫废水预处理单元、盐水浓缩单元、蒸发结晶单元和固体废弃物处置单元，工艺流程如下：
　　脱硫废水→高密度沉淀池→管式微濾→反渗透装置→MVC蒸发器→干燥器→固体盐反渗透、蒸发器的产品水回收。
　　3.1脱硫废水预处理单元
　　在脱硫废水中，含有大量的致垢成分（钙、镁、硅等），这些物质与水中相应的阴离子如碳酸根、硫酸根等结合，在反渗透膜表面或蒸发器表面形成沉淀，从而影响设备的连续运行。因此，为了保障后续回用核心设备的良好运行，就需要针对致垢成分进行处理，采用高密度沉淀池+化学加药软化+管式微滤膜装置+软化器处理工艺，在实现常规处理的目标的同时，最大限度的去除水中的Ca2+、Mg2+、锶、硅等结垢因子和重金属，出水水质基本消除了结垢倾向。为了降低无效化学药剂的投加量，在管式过滤膜之前设置高密度沉淀池，以去除水中大量的悬浮物、部分胶体等物质。在管式微滤膜装置产水中还残留有少量的钙、镁等物质，直接进入后续的设备经过高倍率浓缩之后，还是会在水中生成沉淀物质，微滤之后还需设置钠离子交换器，以避免上述的情况产生。钠离子交换器产生的再生废水进入前段系统进行处理，从而实现废水的循环利用。
　　3.2盐水浓缩单元
　　脱硫废水经过脱硫废水预处理单元的处理，水中悬浮物、胶体、Ca2+、Mg2+、锶、硅等结垢因子和重金属含量已经降至后续设备安全运行的控制范围内。但是此时脱硫废水的TDS含量还是维持在29450mg/L左右，如果此时的脱硫废水直接进入MVC蒸发器装置进行处理，处理水量很大，MVC蒸发器装置的设备投资比较高。TDS含量在29450mg/L左右的水质，完全可以利用反渗透装置进行再浓缩。这样不但节省能耗而且可以节省设备投资。我们选用反渗透装置作为盐水浓缩单元的主要设备。反渗透装置的产品水TDS含量在1000mg/L以下，可以作为电厂循环冷却水补水使用。反渗透装置的浓水TDS含量在73750mg/L左右，这样的水质进入MVC蒸发器进行处理比较经济可行。
　　3.3蒸发结晶单元
　　经过反渗透装置浓缩的废水进入蒸发结晶单元进行蒸发浓缩，产生的二次蒸汽经过压缩后进入蒸发器循环利用，浓缩液进入结晶装置进行蒸发结晶，同时将结晶后的浓缩液和晶体颗粒进行固液分离，分离后的母液返回蒸发器继续结晶，分离后的晶体再进入离心干燥包装系统进行称量包装，同时该工艺热效率高，能耗低以及节省能源，能够有效的降低废水处理成本，且在废水处理过程中温差相对较小，不易产生结垢和腐蚀，有效的保障了设备的使用寿命。在废水蒸发浓缩处理工艺中，蒸发结晶系统能够使废水中80%左右的水得以蒸发，换热效率相对较高，同时蒸发过程中能耗相对较低，蒸发器占地面积相对较小。
　　3.4固体废弃物处置单元
　　固体废弃物主要包括来自废水预处理系统的污泥和结晶单元产生的结晶盐。预处理系统的污泥处置可以抛弃到灰场或送至垃圾填埋场处置。采用充分软化的深度预处理，结晶盐为白色，品质较好，可作为工业盐销售。
　　4、结论
　　经济的发展对于电能的需求量也会逐渐的增大，燃煤电厂在经济的发展过程中发挥着巨大的作用。但是燃煤电厂在运行过程中产生大量脱硫废水，若不妥善处理，会严重影响了我们的环境。本文介绍的采用高密度沉淀池+化学加药软化+管式微滤膜装置+软化器工艺已在某火电厂成功应用，系统运行稳定，实现了脱硫废水处理的零排放。随着科学技术的不断发展和进步，为我国各项工程建设的发展带来了极大的推动作用。目前，各种脱硫废水零排放工艺百花齐放，百家争鸣，我们相信真正意义上的脱硫废水零排放工艺越来越受到相关环保部门的重视。
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