隨著我國工業經濟的高速發展和日益增長，作為主要電源供應的燃煤發電廠也不斷增加數量和擴大規模。目前，燃煤發電廠依然擔負著中國70%以上的電力供應，燃煤機組的SO2排放量很大，在經歷過大規模煙氣脫硫脫硝技術改造以后，大量的脫硫廢水生成，脫硫廢水的處理又成了新出現的棘手問題，國家要求電廠進行脫硫廢水處理主要是為了降低酸性水對土壤和水體環境的破壞。
石灰石-石膏法濕式脫硫工藝在燃煤發電廠煙氣脫硫中應用較為廣泛。該工藝產生的脫硫廢水水質雜質極其復雜，與電廠其他系統產生的廢水相比差異較大，是燃煤電廠水系統內水質最復雜、污染最嚴重的水體，其典型特點是高濁度、高懸浮物、高鹽高硬、含重金屬、高氯離子等，污染性很強，難以一次性處理，目前煙氣脫硫廢水處理一般采用化學方法或機械方法分離出重金屬和其他可沉淀的物質。但是經中和、沉降、絮凝三聯箱處理后的廢水，仍達不到《地表水環境質量標準》V類水體標準，直接外排會造成環境的地下水污染，所以系統產生的脫硫廢水必須單獨進行處理，以達到實現無污染、零排放的目的。
目前燃煤電廠煙氣脫硫廢水零排放工藝技術有：
（1）軟化處理+傳統蒸發結晶+煙道蒸發工藝。通過投加燒堿、純堿等藥劑，降低Ca2+、Mg2+等易結垢離子的含量，再由多效蒸發器進行蒸發結晶，冷凝水回用，濃縮后的廢水采用煙道蒸發工藝處理。該技術成熟可靠，但投資費用高、運行成本高。
（2）預處理+膜濃縮+傳統蒸發結晶（MVR）。通過投加生石灰、碳酸鈉、絮凝劑等預處理后，除去鎂離子、硫酸根離子、鈣離子；采用各種膜技術進行濃縮減量化，淡水回用，濃水進入后續傳統蒸發結晶系統，結晶鹽另行處理。該工藝中采用膜濃縮減量，末端廢水量可減少80%以上，相應的蒸發水量也減少，因此投資費用相對較低，但系統流程長，運行費用高，加藥量和污泥量大，對水質波動適應性差，膜的壽命短。
（3）煙氣余熱濃縮蒸發。這是一種相對簡潔的處理脫硫廢水的技術，利用鍋爐排煙余熱直接蒸發的方式將廢水濃縮10倍以上，采取引入熱二次風將濃縮液在惰性載體干燥流化床徹底干燥，再通過鍋爐除塵器捕集顆粒物。該技術對單位投資較低，但是影響鍋爐熱效率，并會對煙氣管道造成一定量的腐蝕。
以上辦法各有利弊，無法實現社會效益與經濟效益的共贏。
本工藝技術采用“七孔超濾預處理+離子解析濃縮技術+濃水煙道直噴蒸發工藝”，該工藝利用超濾膜除去廢水中的懸浮物，利用離子解析技術進行濃縮，淡水回用，濃水進煙道蒸發，其具有能耗低、自動化程度高、運行彈性大、濃縮倍率高、占地面積小等優勢，可以使鍋爐煙氣脫硫廢水真正實現零排放。
1、工藝介紹
1.1 工藝目標
該工藝技術對燃煤鍋爐煙氣脫硫過程中產生的高鹽高硬度廢水進行回收處理，實現無污染零排放，大大降低了環境污染破壞；同時，將離子解析處理過程中產生的淡水進行回收利用，提高了鈣離子，硫酸根離子的回收利用率，增加了石膏產量，增加了企業收益的同時降低了企業的環保風險，最大程度地降低環境保護損失，杜絕了環境污染事故的發生，使得環境風險防控工作規范化、科學化，實現企業的可持續高質量穩定發展。
1.2 工藝流程介紹
本項目主工藝系統主要工藝流程如圖1所示，煙氣脫硫廢水濾液水箱出水經沉淀+上清液進七孔超濾預處理（除懸浮物）+離子解析濃縮技術，淡水輸送至脫硫吸收塔制漿，濃水進煙道低溫直噴蒸發。
取現場濾液水箱排出的脫硫廢水經現有沉淀池預沉后，上清液進入中間水池后泵入七孔超濾膜，沉淀的污泥泵至板框壓濾機，取消現場原三聯箱PAC、PAM等加藥環節，保證在整個系統運行中不添加額外離子。沉淀池出水經過管式七孔超濾膜進行預處理，超濾濃水回至前端沉淀池，超濾出水保證濁度≤0.5NTU輸送至超濾水箱，再至淡水循環箱至設定液位，淡水循環泵提升進入離子解析器，廢水中氯離子、鎂離子等在電場作用下由離子解析器淡水側遷移至濃水側，使淡水側電導率不斷下降、濃水側電導率不斷上升，離子解析器排出的淡水及濃水分別回流至淡水循環箱和濃水循環箱，當淡水側電導率低于13000μS/cm時，啟動淡水外排至淡水緩沖箱，回用于脫硫系統，外排結束后淡水循環箱繼續補水，當濃水電導率高于150000μS/cm時，啟動濃水外排，濃水排至濃水緩沖箱，經泵送至煙道直噴蒸發系統，充分利用鍋爐煙氣余熱徹底干燥，再通過鍋爐除塵器捕集顆粒物。
所有處理回路均需安裝溫度、壓力、流量、電流、電度表等必備監控儀表，進水、濃水、淡水均需設置（pH值/電導率/溫度/ORP等）檢測水質指標的化學儀表，提供運行系統的監測及自控；控制系統結合上述監測點形成濃縮裝置處理能力的自我評估，并設置自動報警。
1.3 核心技術介紹
1.3.1 七孔管式膜單元系統（除SS）
七孔膜采用新型親水性材料，不剝落，永久性親水性，具有強大的抗污染能力，膜的化學清洗周期長，一般不低于3個月；七孔膜單只膜產水回收率75%，反洗間隔時間30~60min，反洗時間1min，單支膜單次反洗用水量0.2m3。七孔膜反洗用水為離子解析產的淡水，反洗完后廢水排入前端沉淀池。
1.3.2 離子解析系統
本技術是一種基于交變電場耦合選擇性離子交換劑強化分鹽效率的電驅動分鹽濃縮處理方案，該技術強化分鹽作用是基于離子交換劑對離子的選擇性交換吸附的特性，通過在電滲析的淡室中填充選擇性離子交換劑，結合驅動電場相關參數的優化和調整，實現溶液中多組分離子的選擇性分離與去除，示意圖見圖2。
陽離子在電場作用下定向遷移，淡水室水中陽離子透過陽膜、陰離子透過陰膜進入濃水側，填充在淡水室中的離子交換劑交換基團對特定離子的選擇性吸附能力，能加快特定離子如鎂、氯等離子的遷移速率，并減緩硫酸根、鈣離子的遷移速率，同時通過調整電場相關參數，進一步增大不同離子的遷移速率差距，從而實現目標污染物的快速分離。
在本方案中，離子解析技術用于實現脫硫廢水中對脫硫系統運行過程產生影響的氯離子和鎂離子的分離和高倍率濃縮，從而有效避免脫硫系統內氯離子和鎂離子的富集。由于離子解析技術主要是用來分離和濃縮對系統有害的離子組分，對脫硫系統無影響的硫酸根、鈣離子大部分保留在體系內，最終在吸收塔內轉化為硫酸鈣而排出體系，避免了常規濃縮工藝無選擇性地截留所有離子而帶來的固廢產量大的問題。
傳統石灰石-石膏濕法脫硫工藝中，脫硫廢水中主要以氯離子、硫酸根離子、鎂離子、鈣離子為主，并有少量的鈉離子、鉀離子、氟離子等。離子解析系統對脫硫廢水中的氯離子及鎂離子有很好的去除率。對鈣離子、鈉離子、鉀離子、氟離子也有部分去除，因為整個系統無藥劑投加進脫硫廢水中，所以不會增加多余離子的組分，回用于原脫硫系統，不用擔心增加其他離子，會對原脫硫系統產生更多影響。
氟離子本身在脫硫廢水中含量極低，一般30~50mg/L。離子解析系統對氟離子有少量去除，回塔的氟離子會與鈣離子結合形成氟化鈣，最終與石膏一同脫出。而鈉離子、鉀離子本身濃度不高，也不影響脫硫系統正常運行。
整體上來看，吸收塔每天因脫石膏排出大量漿液，從而會有大量新鮮水補入，而經過離子解析系統處理后，回吸收塔的脫硫廢水只占其中一小部分，從而進一步稀釋了回用脫硫廢水中主要離子的濃度。
1.3.3 濃水煙道蒸發系統
煙道蒸發工藝系統是運用傳熱、傳質原理，針對電廠超低排放脫硫廢水特點，利用鍋爐爐后煙風余熱開發的新一代脫硫廢水零排放處理技術。煙道蒸發器入口位于鍋爐出口、除塵器前煙道，利用煙氣余熱保障液滴的高效蒸發。電導率不小于150000μS/m的高鹽廢水經管道輸送至煙道內的雙流體高效霧化噴頭，通過壓縮空氣調節氣液比控制霧化液滴粒徑在50μm以內。霧化液滴與高溫煙氣（130~150℃）在煙道內充分混合，在不斷地傳質、傳熱過程中實現液滴的高效蒸發。霧化液滴中所含有的鹽類物質在蒸發過程中持續析出，主要成分為氯化鎂及亞硫酸鈣、亞硫酸鎂等，并附著在煙氣中的粉塵顆粒上經煙道進入除塵器，被除塵器捕集，進入粉煤灰進行資源化利用；蒸發后的水蒸氣隨煙氣進入脫硫塔，在脫硫塔被冷凝后間接補充脫硫工藝用水，最終實現脫硫廢水零排放。
1.4 回用水設計水質
經七孔超濾預處理及離子解析濃縮技術處理后進淡水緩沖箱的產水回用至脫硫塔系統作為制漿用水補水，氯根離子（Cl-）應不高于3000mg/L，鎂離子（Mg2+）應不高于2500mg/L，且產水中不得含有對脫硫長期穩定運行存在影響的成分。
1.5 主要建設內容
本技術主要建設七孔超濾裝置、離子解析器、煙道直噴蒸發裝置、配套水泵、超濾清洗設備、在線電導率計、在線ORP計、遠傳液位計、各種流量計、溫度傳感器、液位開關、自動閥門、遠傳壓力計、磁翻板液位計、必備監控儀表、就地壓力表、壓濾機、濃水循環箱、淡水循環箱、濃水緩沖箱、淡水緩沖箱、PLC控制系統、電器柜及附屬管道等設備。
1.6 工藝優勢
離子解析技術是一種新型填充床電滲析技術與低頻電磁波阻垢技術有機結合的高效分鹽濃縮技術，運行可靠穩定，相比于其他處理工藝有以下明顯優勢：從運行費用考慮：本技術無需軟化預處理，故無大量軟化污泥產生；因對鹽分的選擇性高，故濃縮倍率高，排出濃液極少，可直接進行煙道直噴蒸發處理；系統僅添加少量的極液，并且不與處理水混合，在設備內循環利用，運行費用明顯低于其他工藝技術。從日常運行操作維護考慮：本工藝技術自動化程度高，可一鍵開關機，可將所有監控信號連接至總控室，因無藥劑加入，無需人員值守，運行維護方便；運行彈性大，可根據水質水量變化隨時調節進水量，無滯后性。從產水角度考慮：該工藝技術對將脫硫水中對脫硫系統主要影響的氯離子及鎂離子置換到濃水中排出系統，淡水回到制漿系統作為補給水，充分回用了廢水中硫酸根及鈣離子。
1.7 運行成本分析
運行成本見表1。
2、結論
本工藝通過七孔膜處理、離子解析和煙道直噴蒸發的方式實現了脫硫廢水的全部回收利用，解決了在燃煤鍋爐生產運行過程中產生的高鹽高硬、含重金屬的煙氣脫硫廢水處理難題，可實現脫硫廢水無污染零排放的目的，實現了環保本質達標，實現了脫硫廢水的減量化、再利用、資源化，提升了企業廢水處理的能力建設，為企業長久健康發展奠定了良好的基礎。在處理脫硫廢水的同時，對大部分鈣鎂氯離子進行回用制漿，最大限度地重復利用水資源，在減少企業成本投資和運行費用的同時，實現了企業的社會效益、環保效益和經濟效益的統一結合，完全對標國家可持續發展戰略的目標要求，真正實現企業的綠色健康發展。持續推進落實生態環境全過程管理，在工業生產的每一個環節都要堅定環境保護的理念，節能減排，推動企業實現可持續高質量發展，是企業進一步長久發展的基本方略，只有堅定不移地走綠色，低碳環保發展的路線，企業才有資格獲得永續發展的機會。（來源：利華益利津煉化有限公司）
