作者：刘迁伟，吴火强，王 璟，王正江，毛 进，张 雯，丁嘉毅 （西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054）

［摘 要］为解决现有脱硫废水零排放工艺投资运行费用高、结晶固体盐难以处置等问题，本文提出了 “预处理-膜浓缩-旁路烟气蒸发”零排放处理系统，在山东某火力发电厂完成了系统的工程 设计和建设，并进行了调试运行和试验。结果表明：“一体式软化澄清-机械过滤-超滤”预 处理工艺保证了高压反渗透的正常运行，澄清器出水 ρ(Ca2+)<50 mg/L，ρ(Mg2+)<100 mg/L， 过滤器产水浊度为 0.2～0.4 NTU，超滤产水浊度平均为 0.05 NTU；高压反渗透在回收率为 40% 工况条件下，脱盐率约为 99%，运行压力、压差无明显上升，产水电导率为 0.40~0.55 mS/cm； 旋转和两相流雾化蒸发器合计平均喷水量约为 4.0 m3 /h，烟气流通正常，脱硫废水雾滴完 全蒸干，自动化程度高；该零排放处理系统可实现单台 350 MW 机组脱硫废水零排放，应 用前景良好。

［关 键 词］脱硫废水；零排放；预处理；反渗透；旁路烟气蒸发

随着国民经济的快速发展，水资源短缺已成为 经济社会可持续发展的突出瓶颈。为此，我国相继 出台了相关政策法规，2015 年国务院发布《水污染 防治行动计划》提出了最严格的源头保护和生态修 复制度。燃煤电厂是工业用水大户[1-2]，为解决燃煤 电厂的环保问题，2017 年国家生态环境部颁布了 《火电厂污染防治可行技术指南》，指出脱硫废水 的处置是电厂废水零排放的关键。为提升电厂整体 环保水平，开发高效低成本脱硫废水零排放处理系 统是燃煤电厂水污染控制技术的发展趋势。 脱硫废水的水质复杂且波动幅度大，处理回用 难度大，污染物成分及含量与煤种、脱硫工艺与运 行方式、烟尘量、石灰石品质、石膏脱水效果、SCR 系统氨逃逸率等多种因素有关[3-6]。目前，国内脱硫 废水零排放组合工艺应用较多，可针对膜蒸馏和正 渗透等膜浓缩技术经济方面的不足，解决多效蒸发 结晶和机械压缩式蒸发结晶等工艺投资和运行费 用高、需额外提供大量热能、结晶固体盐难以处置 等难题，针对主烟道蒸发技术面临的烟道易堵塞的 问题，本文提出了“预处理-膜浓缩-旁路烟气蒸发” 的零排放处理系统，并在山东某火力发电厂完成了 示范工程设计、建设、调试运行和试验。

1 项目概况 山东某火力发电厂脱硫废水零排放改造项目，于 2018 年 9 月开工，于 2019 年 3 月完成调试及试验， 设计脱硫废水处理耗水量为 10 m3 /h，通过预处理-膜 浓缩系统耗水量减至 4~6 m3 /h，再通过旁路烟气蒸 发器干燥最终实现零排放。该预处理-膜浓缩-旁路 烟气蒸发零排放处理系统工艺流程如图 1 所示。 2 设计参数 根据该厂全厂废水综合治理可行性研究报告、 脱硫废水实际运行水量数据、总平面布置图等图纸 资料，参考《石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理设 计导则》及《发电厂化学设计规范》等相关设计规 范，确定预处理-膜浓缩-旁路烟气蒸发零排放处理 系统中各子系统设计参数及流程如下。

2.1 预处理子系统设计参数 脱硫废水预处理：脱硫废水首先进入缓冲池完 成废水的缓冲储存与水质调节，再采用一体化澄清 器对废水进行软化澄清处理；一体化澄清器出水经 加盐酸调低 pH 值后送至过滤单元，过滤单元包括 机械过滤器和超滤装置。 一体化澄清器对废水进行软化澄清处理的软 药剂采用 NaOH、Na2CO3，并配有相应的自动加药 系统，采用钢制结构内衬玻璃钢防腐。一体化澄清 器设计处理水量 10 m3 /h，水力停留时间为 9 h。一 体化澄清器定期排泥至污泥缓冲罐并最终送至原 有脱硫废水处理系统板框压滤机进行脱水处理。机 械过滤器设计处理水量为 12 m3 /h，一用一备，主要 用于截留澄清器出水中的细小悬浮物颗粒。机械过 滤器 24 h 自动反洗 1 次，设计流速为 8 m/h，反洗 水经地沟收集至回收水池。 为进一步去除进水中的微小悬浮物和胶体颗 粒等物质，保证后续反渗透系统的正常稳定运行， 过滤器后设置 1 套超滤装置。超滤装置超滤膜组件 共设计 7 件，膜采用立式中空纤维膜，材质采用 PVDF，为整体框架结构，设计处理水量 10 m³/h， 悬浮物、胶体去除率 99%，淤泥密度指数 SDI<3。


2.2 膜浓缩子系统设计参数 膜浓缩子系统采用膜法进行浓缩处理，可大幅 减少后续固化处理系统的处理水量，同时实现废水 的回收利用。目前，脱硫废水膜浓缩技术主要有反 渗透（RO）、正渗透（FO）、电驱动膜技术和膜蒸馏 （MD）[7-15]。RO 是应用最广泛的高盐废水膜脱盐 工艺，可分为苦咸水反渗透、海水反渗透、管网式 反渗透、碟管式反渗透、高压反渗透和超频震荡反 渗透等[16-18]。高压反渗透工艺具有工艺成熟、投资成本较低和节约能耗等优势，因此本项目膜浓缩子 系统选择高压反渗透工艺。膜浓缩子系统超滤产水 由给水泵驱动经保安过滤器过滤后分为两路：一路 直接经高压泵加压进入膜壳；另一路经 PX 能量回 收装置与反渗透浓水交换能量后再经增压泵增压 进入膜壳。在膜壳中，超滤产水在高压下透过反渗 透膜产出淡水，浓缩后的浓水经 PX 装置回收能量 后，一部分直接排放至后续喷雾水箱，另一部分返 回至高压反渗透装置前循环处理。为了保证膜浓缩 子系统长期稳定运行，还配备有完善的阻垢剂加药 和化学清洗系统。反渗透装置设计 2 个膜壳，每个 膜壳安装 6 件膜组件，采用进口抗污染 SWRO 膜， 系统设计回收率为 40%~50%，设计浓水流量为 5~ 6 m³/h，匹配后续的旁路烟气蒸发系统的处理能力。 膜浓缩子系统工艺流程如图 2 所示。 2.3 旁路烟气蒸发系统设计参数 旁路烟气蒸发技术是利用锅炉烟气余热，把处 理后的脱硫废水喷入热烟气蒸发器中，使水分迅速 蒸发，将盐分干燥成粉末状或颗粒状最终进入除尘 系统[19-22]。本项目旁路烟气蒸发系统按一机双塔布 置，A/B 侧设置 2 台不同类型的蒸发器，A 侧蒸发器 为旋转雾化蒸发器，B 侧蒸发器为双相流雾化蒸发 器。机组 75%负荷下，每台蒸发器的设计喷雾蒸发 能力均为 2 m3 /h；机组满负荷下，单台蒸发器设计喷 雾蒸发能力均为 3 m3 /h。为及时输送蒸发器锥斗底部 的积灰，每台蒸发器均配套设计有气力输灰装置。

3 调试运行结果

3.1 预处理系统试验 预处理系统采用“一体式软化澄清-机械过滤超滤”工艺，168 h 试验运行期间脱硫废水进水水质 见表 1。 预处理系统采用一体化澄清器对废水进行软 化澄清处理。一体化澄清器主要由一级反应区、二 级反应区及电动搅拌装置、中心反应及提升浆液区 以及斜管澄清区组成。脱硫废水经提升泵由缓冲池 打至一级反应区，在一级反应区投加 NaOH 并进行 搅拌，将控制 pH 值在 10.8~11.5；出水继续进入二 级反应区，并投加 Na2CO3进行搅拌（为保证反应分 离效果，一、二级反应区均为下部进水，上部出水）； 二级反应结束后废水进入中心反应区进一步反应， 以形成更大的颗粒物，提高沉降性能。反应完全后废 水在澄清区进行固液分离：上清液经三角堰溢流至 pH 值调整水箱；底部污泥由污泥泵定期打入污泥缓 冲罐，并最终送入板框压滤机进行脱水处理。 一体化澄清器出水的 ρ(Ca2+)<50 mg/L，ρ(Mg2+)< 100 mg/L，通过合理控制排泥，一体化澄清器出水 浊度可稳定在 5 NTU 以下。一体化澄清器出水加入 盐酸调低 pH 值后送至过滤单元。过滤单元中机械 过滤器出水碱度在 3 mmol/L 以下，由于 pH 值调整 需加入一定量的盐酸，过滤器产水 Cl–含量和 TDS 较澄清器出水略有提高，SO4 2–含量则基本保持不变，产水浊度基本可稳定维持在 0.2～0.4 NTU 之 间。由于超滤膜孔径仅为 0.05 m，对离子基本没 有截留作用，超滤产水与过滤器产水离子组分基本 一致，产水浊度可稳定维持在 0.1 NTU 以下，平均 浊度约为 0.05 NTU，能够保证后续膜浓缩系统的正 常稳定运行。

3.2 膜浓缩系统试验 168 h 试验运行期间，膜浓缩系统在 40%回收率 工况条件下运行，其进水、产水、浓水水质见表 2。 由表 2 可知，40%回收率条件下，膜浓缩系统产水 较进水 pH 值有明显的下降。这是由于进水侧的 HCO3 –基本被截留在浓水中，CO2则可透过膜进入产 水中，从而使产水中的 pH 值降低。进水平均含盐量 为 29 365 mg/L 时，产水平均含盐量约为 337 mg/L， 膜浓缩系统平均脱盐率为 99%左右，膜浓缩浓水 平均含盐量约为 47 100 mg/L，浓水含盐量较进水 浓缩约 1.6 倍。 168 h 试验运行期间，膜浓缩系统进水压力监 测情况、段间压差、产水电导率监测情况如图 3— 图 5 所示。

由图 3—图 5 可见：进水压力约稳定在 2.35 MPa， 段间压差则基本稳定在 0.03 MPa，无明显上升趋势； 膜浓缩系统产水电导率在 0.40~0.55 mS/cm 范围内 波动，未出现膜污堵或结垢现象。168 h 试验结果表 明，40%回收率工况条件下，反渗透工艺脱盐率约 为 99%，运行压力、压差等无明显上升，系统运行 基本平稳。

3.3 旁路烟气蒸发系统试验

3.3.1 蒸发器运行压差分析 168 h 试验运行期间，为保证从机组抽取的主 烟道烟气正常流经蒸发器，需要保证空气预热器 （空预器）前后的压差大于旁路烟气蒸发系统阻 力。对空预器两侧压差和蒸发器压差进行监测，结 果如图 6 所示。


由图 6 可以看出，A/B 侧蒸发器进出口压差始 终低于主烟道空预器两侧的压差，保证了热烟气稳 定顺利地进入蒸发器，满足烟气流通的条件。A 侧 蒸发器进出口压差基本都在 500 Pa 以上；B 侧蒸发 器进出口压差波动较大，但差值始终处于合理的 范围内。

3.3.2 蒸发器内部温度分布 由于脱硫废水水质复杂，具有较强的腐蚀性， 如果废水在蒸发器内部未蒸发完全，与壁面发生接 触，会对蒸发器造成冲击腐蚀，可通过监测蒸发器 的温度间接考察废水蒸发情况。为了验证脱硫废水 喷入两侧蒸发器的蒸发情况，试验期间在蒸发器内 部壁面从上至下分别设置 8 层温度测点，每层等间 距设置 3 个温度测点。蒸发器中心及壁面温度分布 的情况如图 7 所示。