脱硫废水

燃煤电厂在生产过程中会产生大量含SO2的烟气，一般情况下采用湿法脱硫来处理，湿法脱硫需从烟气脱硫系统中外排部分废水以保证FGD(FlueGasDesulfurization)的安全性和可靠性。由于脱硫废水属于燃煤电厂的末端废水，具有高含盐量、高腐蚀性等特性，对其进行安全、稳定处理十分必要。

以脱硫废水和酸碱再生废水为代表的火电厂高盐末端废水的处理回用是火电厂废水综合治理工作的核心和难点，本项目针对火电厂高盐末端废水的浓缩减量、低成本零排放的环保需求和技术需求，首先开发了“高效混凝-精密过滤-管式膜除浊”的高效预处理工艺。通过高效混凝反应可有效去除废水中各种重金属离子、COD等污染物，形成的紫体致密易沉，降低处理设施的占地面积。精密过滤装置将废水中的紫体过滤去除，产生的清水进入管式膜系统进一步除浊处理，降低管式膜除独系统的运行压力。具有系统简单，运行维护工作量小的优点，并可以对“三联箱”系统进行利旧改造，降低系统投资成本。 本项目研究成果已成功应用于华电集团内哈发电厂、土右电厂、潍坊电厂#3机组等多个脱硫废水“零排放”处理改造项目，废水处理量总计超过13万m/年。采用烟道雾化蒸发处理工艺，相比其它蒸发结晶工艺吨水处理成本降低约55元/m，年节约处理费用715万元/年。本项目有效实现了低成本的高盐末端废水浓缩减量及“零排放”处理，为电力行业高盐末端废水的处理回用提供了强有力的技术支撑，也为其它行业（煤化工、钢铁等）高盐废水的处理回用提供了借鉴，具有显著的经济和社会效益。

本项目旨在探索和开发出成本低、可靠性高、实用性强的脱硫废水零排放技术方案为燃煤电厂零排放系统选择和设计提供技术指导，推动废水零排放行业的技术进步。本项目结合理论分析、系统模型建立、试验与工程应用，历时近4年的研究探索，提出了多项零排放处理新工艺，并研发了系列处理装置。本项目提出了脱硫废水主烟道喷雾蒸发处理工艺，建立了完整的废水烟道喷雾蒸发模型，提出了利用低温烟气余热蒸发脱硫废水的新工艺，研制了以浓缩塔为核心的低温旁路烟气余热蒸发成套装置，提出脱硫废水间冷塔自然蒸发处理新工艺，提出了酸性脱硫废水-碱性炉渣废热中和蒸发处理技术，对脱硫废水零排放不同工艺方案加以集成和组合，可为不同条件下的工程应用提世指导。本项目研发成果可对电力行业清洁生产、水利用效率提高、污染物排放控制、环境风险降低等发挥积极促进作用，社会效益和环境效益显著。另一方面研发成果不仅可大幅降低零排放设备投资和运行成本，还可同步实现节约占地面积、降低土建工程量、方便运行检修的目的，可满足电厂“建得起、用得起、还好用”的愿望，实现脱硫废水的“低成本零排放”，经济效益明显。

本科研项目主要解决火力发电厂循环水排污水深度处理过程中反渗透浓水、树脂再生废水和脱硫废水的混合废水，废水水质特点：（1）硬度高；2）含盐量高；为实现高盐废水的资源化利用进行研究并推广应用。资源化目标：产品水水质：优于《GB∕T 50050-2017 工业循环冷却水处理设计规范》6.1.3 再生水用于间冷开式循环冷却水系统补充水的水质指标 ；产品工业盐氯化钠品质达到《工业盐》GB/T5462-2015精制工业盐一级标准。 本项目采用一级三段+段间增压方式的纳滤分盐装置，回收率达85%；多段式反渗透采用35mil宽流道节能型超高压反渗透装置，回收率达85%；电力行业首次采用160bar碟管式反渗透技术浓缩高盐废水，减少后续工艺段的废水量。采用强制循环结晶工艺，得到高纯度99.46%氯化钠；产品NaCl盐采用高浓度次氯酸钠电解装置产出高浓度（8~10%）次氯酸钠产品，拓展了结晶盐的应用途径。通过试验研究确定了最优的药剂选型及加药量，选用孔径为0.05微米管式微滤装置，高效截留高盐废水中悬浮物和沉淀无机盐。 本项目的实施可以实现国家环境保护总局对火电机组新建工程进行竣工环境保护验收时，要求“各类废水经处理后全部回收利用”的目标。同时积极完成政府要求废水排放至黄河支流的各企业确保废水零排放工作要求，对于企业的可持续发展，及至彰显“华电品牌”具有积极的推动作用。 国家对于高盐废水零排放处理应该有积极的鼓励政策，对于火力发电厂，鼓励有“零排放电价”，与对待烟气超低排放的政策类似。这样，企业的积极性大大提高，很大程度上保护整体生态环境有良好的效应。

当前燃煤发电在整个发电行业内占比超过了70%，绝大多数的燃煤电厂采用“石灰石-石膏湿法脱硫工艺”对烟气进行脱硫。在环保政策驱使下，湿法脱硫废水成为治理重点。然而，目前脱硫废水零排放技术流派多，且均处于试点、技术验证阶段，解决结垢堵塞、能耗高、腐蚀、成本高等难题是当下行业研究焦点。 本项目适用于大型燃煤锅炉湿法脱硫工艺中脱硫废水零排放处置。本技术采用“低温烟气余热浓缩减量+消石灰调质+热风干燥固化”的工艺流程，利用燃煤锅炉烟气余热将脱硫废水浓缩减量，并用情性流化床技术，耗用少量热风将废水蒸干，所形成的固体颗粒物直接由锅炉烟气除尘单元捕集，从而实现废水零排放。

项目通过对“火电厂水资源综合利用技术研究及应用”立项研究内容的理论和实验研究、电厂现场模拟试验、装置研发、中型试验、系统调试、系统优化及生产应用实践。建立了火电厂水质梯次高效利用系统，节水效益显著。解决了城市污水处理厂尾水难降解有机污染物、氨氮和细菌等有效去除的关键技术问题，开发了臭氧-牡蛳壳生物固定床-MBR深度处理集成技术对COD、氨氮、总磷和细菌的去除率分别达到81%、99%、65%和99%，形成城市污水处理厂尾水深度处理全面回用于火电厂工业用水的集成技术；研发了沸石分子筛、氧化石墨烯膜和淀粉改性重金属整合捕集剂等新型材料，突破了火电厂脱硫废水重金属离子高效去除的技术瓶颈，对废水中重金属离子和浊度的去除率可达95%以上；研发适用于火电厂终端废水处理的电化学装置，攻克电厂终端废水处理技术难题，实现废水中多种污染物的高效去除，实现了废水减排及零排放示范应用。随着国家各项环境保护政策、法规的逐步实施，对各新电源项目水源的取水限制越来越严。提高水的重复利用率和废水资源化程度，既符合国家节能减排、发展循环经济、建设资源节约型社会的宗旨，又促进了污水资源化与健康可持续发展，更重要的是为火电行业的可持续发展拓展了空间：对企业周边社会的稳定产生了积极作用，为地方经济的发展腾出了环境空间。

本项目属于工程热物理与能源利用学、大气污染防治、大气污染控制工程等领域。在国家和省部级科研项目的持续支持下，华能集团、华中科技大学、安徽紫朔环境工程技术有限公司、山东永耀琦泉环保科技有限公司等单位经过近十年的研发，系统研究了SO2、SO3、烟尘、NOx、Hg等污染物的高效脱除规律及一体化脱除规律，掌握了对各种工业过程具有普遍适用性的多污染物一体化干法脱除技术，主要科技内容如下：（一）搭建了计算机仿真模型、机理性试验台架与中间试验台架，计算机仿真和试验相结合，研究了大浓度范围内的污染物（SO2、SO3、烟尘、NOx、Hg等）脱除机理，掌握了污染物脱除效率的最大化规律和多污染物脱除的相互影响机制，筛选获得了高效、价廉的吸附剂/添加剂/催化剂，阐明了陶瓷催化过滤管的反吹再生机制。（二）借助催化剂理论计算、表征测试、性能评价等，分析了各组分赋存形态与催化剂性能之间的关系，掌握了催化剂抗中毒机理，成功开发了高效的低温脱硝催化剂配方；掌握了催化剂均布负载技术，摸清了烟尘捕集效率高、脱硝活性强的陶瓷催化过滤管的制备方法，在国内首次实现高效陶瓷催化过滤管的量产，通过精准调控脱硝催化剂的配方，可定制生产满足不同行业需求的陶瓷催化过滤管。（三）研发并建成了国内首台全尺寸陶瓷催化过滤管脱除多污染物的测试平台，为工程建设前评估陶瓷催化过滤管的性能提供了有效手段；开展了不同行业的一体化脱除工程的设计与放大研究，在国内首次将自主研发的陶瓷催化过滤管一体化脱除技术应用到生物质电厂、焦化行业，改造后硫、尘、硝均达到超低排放水平。项目取得授权发明专利18项、实用新型专利11项、软件著作权1项；出版专著1部，发表中文核心期刊论文20篇，SCI论文20篇。 本技术在60余家单位成功工程应用，稳定地实现了硫、尘、硝的超低排放，而且没有脱硫废水、烟囱防腐、白色烟羽等相关问题，具有较好的推广应用前景。该技术被列入了《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》（2017年版、2020年版），分别由中国电机工程学会和中国炼焦行业协会组织的成果鉴定认为该技术可广泛应用于生物质电厂、焦化、钢铁、水泥、燃煤电厂等行业的烟气治理，具有较好的应用和推广价值。

5月16日，华电湖北发电有限公司黄石热电分公司“以空气为载体基于余热蒸发浓缩高盐废水及零排放技术”项目通过中国电力企业联合会科技成果鉴定。专家组一致认为，该成果整体达到国际领先水平，具有巨大的推广价值。

大力推行清洁生产、加强废水污染治理、降低生态环境风险是我国燃煤电厂实现转型发展和绿色发展的必由之路。石灰石湿法烟气脱硫工艺因具有脱硫效率高、适用性广等特点，被我国燃煤电厂普遍采用。这种脱硫工艺虽促进了燃煤电厂烟气近零排放目标的实现，但却带来了将烟气中的酸性气体和石灰石中的硬度成分及杂质转移至脱硫系统液相侧的问题，导致排出的脱硫废水具有高含盐、高氯离子、高硬度等特征。目前脱硫废水通常采用絮凝、沉淀、过滤等处理工艺，但处理后依然为强腐蚀性的高含盐废水，对其进一步科学化的深度处理成为燃煤电厂废水零排放亟待解决的技术难题。 为了解决脱硫废水的安全处置问题，国内部分电厂采用机械蒸发-结晶工艺或膜浓缩-结晶等工艺建设了脱硫废水零排放系统，但都存在投资成本高、运行维护成本高、工艺流程复杂，运行控制难度大及混盐难处置等问题。对此，项目依托中国电力工程顾问集团公司、行业设计单位、高等院校和制造企业的资源优势，基于“零排放、低成本、高可靠性”的脱硫废水处理理念，充分利用电厂已有设施，重点围绕脱硫废水处理中“烟道喷雾蒸发、旁路烟气余热蒸发、间冷塔自然蒸发、炉渣废热利用”等路线，从理论、工艺、设备、规范等方面进行了系统研究和工程实践，在脱硫废水深度处理工艺方案上取得了重要突破。主要创新如下：①提出了脱硫废水烟道喷雾蒸发处理工艺，建立了废水烟道喷雾蒸发模型，研发了脱硫废水烟道蒸发处理关键设备及其自动化控制装置；②提出了利用低温烟气余热蒸发高含盐脱硫废水的新工艺，研制了以浓缩塔为核心的旁路烟气余热蒸发成套处理装置；③提出了脱硫废水间冷塔自然蒸发处理新工艺，建立了相关模型，研发了间冷塔内蒸发塘的配套处理设备；④提出了利用酸性脱硫废水-碱性炉渣废热中和蒸发脱硫废水的零排放技术，并在此基础上研发了一种新型的捞渣机炉底结构。 项目申请专利权30余项，已获授权26项（其中，发明专利5项），脱硫废水零排放工艺编入电力行业废水处理设计标准中（DL/T 5046-2018）。项目成果在华电土右电厂、国华锦界电厂、粤电靖海电厂、鄂州电厂三期等多个工程中成功应用。实践验证了项目成果在降低脱硫废水零排放设备投资、运行成本、提高可靠性等方面的优势，为新建电厂废水零排放工艺选择、现有电厂废水零排放改造做出了技术引领和典型示范，为电力行业进行科学化脱硫废水零排放处理提供了标准化的整套解决方案，在推动国家《水污染防治行动计划》的贯彻落实发挥了积极作用。