电厂脱硫浓盐水处理系统零排放(蒸发结晶工艺)
第一章 废水处理工艺设计
2.1 脱硫废水零排放现状概述
水资源紧缺和水环境污染已成为制约我国社会经济持续发展的重要因素。据世界银行测算，近年来中国每年因干旱、缺水造成的损失约为350亿美元。其中城市、工业年缺水约60亿m3，每年直接造成工业产值损失约270亿美元。用水效率不高和用水严重浪费的现象普遍存在。
我国的用水总量和美国相当，但GDP仅为美国的1／8。目前我国工业万元产值用水量约为130m3，是发达国家的5一lO倍。低效率的用水导致大量的废污水排放，目前全国年废污水排放总量已达620亿mj，大部分未经处理直接排入江、河、湖、库，使我国江河流域普遍受到污染，且呈发展趋势。我国每年因水污染造成的经济损失占到GDP的1．5％一3．0％。节约用水、清洁生产，对于我国的经济的持续发展具有重要的战略意义。
火力发电行业的用水量位列五个高用水行业(火力发电、纺织、造纸、钢铁和石油化工)之首，其用水量占全国工业用水总量的50％以上。根据原国家经贸委主持制定的《工业节水“十五”规划》，到2005年，要求做到直流冷却取水量零增长，其它部分取水量年均下降3．3％，单位发电量取水量下降到(扣除直流冷却水后)29．9 m3／万千瓦时(折合发电耗水指标为0．833 m3／(Gw．s))。由于我国的水资源空间分布和时间分布均极不均衡，水资源总量的8I％集中分布于长江及其以南地区，全年60％一80％的降水量集中在汛期4个月，其结果是我国北方地区尤其是黄、淮、海三流域9省市的广大地区严重缺水。因此，在严重缺水地区的火电厂必然被要求按比全国平均水平更低的发电耗水指标控制用水量，部分电厂被要求做到废水“零排放”。
废水零排放(Zero Liquid Discharge，简称ZLD)，是自1970年代以来首先由经济发达国家提出、研究和应用的，目前仍在不断进步着的一项综合性应用技术。ZLD一般是指工厂的用水除蒸发、风吹等自然损失以外，全部(通过各种处理)在厂内循环使用，不向外排放任何废水，水循环系统中积累的盐类通过蒸发、结晶以固体形式排出。因为火电厂耗水量大，且有大量的余(废)热可供利用，因而ZLD的主要应用领域是火力发电厂。我国电力行业自“九五”(1995—2000)开始。在水资源紧缺和水污染形势的日益严重的形势迫使下开始投入力量进行ZLD的试验研究，并开始在火电厂中实际应用。到目前为止，已有十余家火电厂实施了不同方式的ZLD，基本上都是以处理和回用循环水排水为主要内容。从已经投入运行的ZLD系统的运行效果来看．均能取得较好的节水效果，有的电厂确能因此而做到不排放任何废水。然而，和国际先进水平相比，我国现有的和在建的ZLD系统在设计合理性、运行稳定性、运行效果等方面均存在较大的差距。同时也还存在一些有待改进的问题。
目前火电厂的高含盐废水主要有树脂再生酸、碱废水和脱硫废水，最常用的做法是将高含盐废水用于灰库搅拌和煤场喷淋，但这又会影响灰渣的回用质量和煤场及输煤系统的喷淋运行。事实上该种回用方式并未从根本上解决高含盐废水的回用问题，只是转嫁给其他系统。广东某电厂采用“预处理+蒸发系统+结晶系统”废水零排放技术，不仅解决了废水外排的问题，同时蒸干系统的凝结水用作电厂工业用水，有效节约了淡水资源。
2.2 电厂脱硫废水特点及处理工艺概述
电厂脱硫废水处理工艺必须综合考虑如下污染物的去除效率和程度：
1）pH值；
2）浮物固体；
3）石膏过饱和度；
4）重金属和COD含量。
对于电厂脱硫废水，一般呈酸性（pH4～6），悬浮物在 9000～12700mg/L，一般含汞、铅、镍、锌等重金属以及砷、氟等非金属污染物。由于脱硫废水属弱酸性，故许多重金属离子有良好的溶解性。所以，脱硫废水的处理主要是以化学、机械方法分离重金属和其它可沉淀的物质，如氟化物、亚硫酸盐和硫酸盐。
国内现行的典型脱硫废水处理方法均是基于脱硫除尘废水的排放特征衍生而来，针对不同种类的污染物，其各自的去除机理如下：
1）酸碱度调节去除机理
先在废水中加入石灰乳或其它碱性化学试剂（如：NaOH等），将pH值调至6～7，为后续处理工艺环节创造良好的技术条件，同时在该环节可以有效去除氟化物（生成CaF2沉淀）和部分重金属。然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂，将pH升至8～9，使重金属以氢氧化物和硫化物的形式沉淀。
2）汞、铜等重金属的去除
沉淀分离是一种常用的金属分离法，除活泼金属外，许多金属的氢氧化物的溶解度较小。故脱硫废水一般采用加入可溶性氢氧化物，如氢氧化钠（NaOH），产生氢氧化物沉淀来分离重金属离子。值得一提的是，由于在不同的pH值下，金属氢氧化物的溶度积相差较大，故反应时应严格控制其pH值。
在脱硫废水处理中，一般控制pH值8.5～9.0之间，在这一范围内可使一些重金属，如铁、铜、铅、镍和铬生成氢氧化物沉淀。对于汞、铜等重金属，一般采用加入可溶性硫化物如硫化钠（Na2S），以产生Hg2S、CuS等沉淀，这两种沉淀物质溶解度都很小，溶度积数量级在10-40～1050之间。
对于汞使用硫化钠，只要添加小于1mg/LS2-，就可对小于10μg/L浓度的汞产生作用。为了改善重金属析出过程，制备一种能良好沉淀的泥浆，一般可使用三价铁盐如FeCl3及一般为阴离子态的絮凝剂。通过以上两级处理，即可使重金属达标排放。
还有一些工艺，以Ca(OH)2代替NaOH，反应过程中同时产生CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物，以分离氟化物、亚硫酸盐、硫酸盐等盐类物质。采用Steinmullerj技术的波兰 RAFAKO公司认为，使用Ca(OH)2溶液，通过加絮凝剂、助凝剂还可沉淀CaCl2分离Cl-。另外，德国一些公司，使用同样有选择作用的TMT（Trimer～capto-trianzin）替代Na2S来沉淀汞，这种工艺相对操作简单。
随着环境保护工作的逐年加强，脱硫除尘废水的稳妥达标处理也日益得到高度关注，在消化、吸收和引进国外先进脱硫技术的基础上，结合国内电厂脱硫废水的实际情况：
1）湿法脱硫废水的主要特征是呈现弱酸性，pH值低于5.7；悬浮物高，但颗粒细小，主要成分为粉尘和脱硫产物（CaSO4和CaSO3）；
2）含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸盐等；还有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金属离子。
由此国内的处理技术基本基于如上废水的排放性质，采用物化法针对不同种类的污染物，分别创造合宜的理化反应条件，使之予以彻底去除，基本分为如下几个主要反应步骤：
1）先行加入碱液，调整废水pH值，在调整酸碱度的同时，为后续处理工艺环节创造适宜的反应条件；
2）加入有机硫化物、絮凝剂和适量的助凝剂，通过机械搅拌创造合适的反应梯度使废水中的大部分重金属形成沉淀物并沉降下来；
3）通过投加的絮凝剂和适宜的反应条件，使得废水中的大部分悬浮物沉淀下来，通过澄清池（斜板沉淀池）予以去除；
4）加入絮凝剂使沉淀浓缩成为污泥，污泥被送至灰场堆放。废水的pH值和悬浮物达标后直接外排。
综上所述，脱硫废水处理包括以下4个步骤：
1）废水中和
反应池由3个隔槽组成，每个隔槽充满后自流进入下个隔槽，在脱硫废水进入第1隔槽的同时加入一定量的石灰浆液，通过不断搅拌，其pH值可从5.5左右升至9.0以上。
2）重金属沉淀
Ca（OH）2的加入不但升高了废水的pH值，而且使Fe3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cr3+等重金属离子生成氢氧化物沉淀。一般情况下3价重金属离子比2价离子更容易沉淀，当pH值达到9.0～9.5时，大多数重金属离子均形成了难溶氢氧化物。同时石灰浆液中的Ca2+还能与废水中的部分F-反应，生成难溶的CaF2；与As3+络合生成Ca（AsO3）2等难溶物质。此时Pb2+、Hg2+仍以离子形态留在废水中，所以在第2隔槽中加入有机硫化物（TMT-15），使其与Pb2+、Hg2+反应形成难溶的硫化物沉积下来。
3）絮凝反应
经前2步化学沉淀反应后，废水中还含有许多细小而分散的颗粒和胶体物质，所以在第3隔槽中加入一定比例的絮凝剂FeClSO4，使它们凝聚成大颗粒而沉积下来，在废水反应池的出口加入阳离子高分子聚合电解质作为助凝剂，来降低颗粒的表面张力，强化颗粒的长大过程，进一步促进氢氧化物和硫化物的沉淀，使细小的絮凝物慢慢变成更大、更容易沉积的絮状物，同时脱硫废水中的悬浮物也沉降下来。
4）浓缩/澄清
絮凝后的废水从反应池溢流进入装有搅拌器的澄清/浓缩池中，絮凝物沉积在底步并通过中立浓缩成污泥，上部则为净水。大部分污泥经污泥泵排到灰浆池，小部分污泥作为接触污泥返回废水反应池，提供沉淀所需的晶核。上部净水通过澄清/浓缩池周边的溢流口自流到净水箱，净水箱设置了监测净水pH值和悬浮物的在线监测仪表，如果pH和悬浮物达到排水设计标准则通过净水泵外排，否则将其送回废水反应池继续处理，直到合格为止。
尽管国内各电厂脱硫水质各异，但总体看来具有以下特点：
1）呈弱酸性；
2）重金属含量高；
3）矿化度高，氯离子高，加速了腐蚀速度；
4）含有大量生垢离子，采出水中含有SO42-、 CO3- 、Ca2+、Mg2+、 Ba2+ 等易成垢离子； &
