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美国燃煤电厂脱硫废水环保法规和处理技术

2017-04-17 16:46
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3.4.3 ZVI BLUE技术

ZVIBlue技术是由美国LibertyHydro公司研发的一项零价铁还原处理技术。该技术仍然是依靠零价铁的强大还原能力去除脱硫废水中的溶解性重金属离子。它的特点是把细小的零价铁颗粒用胶粘附在弹性有机纤维海绵体上,该海绵体放入一个桶中形成一个反应单元。在该反应单元内零价铁和铁氧化物对重金属离子产生还原,吸附等作用。一个完整的反应器可以包含多个反应单元。

该技术已经进行了几个中试,在某些水质情况下取得了比较好的效果。但对于大范围的脱硫废水是否适用仍然有待试验和观察。

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图8 ZVIBLUE技术中试(佐治亚州某电厂)

3.5 零排放技术

美国环保局脱硫废水的排放标准规定新建电厂必须采用零排放。另外,美国环保局鼓励现有电厂优先采用零排放技术。下面着重描述目前在美国使用和测试的零排放技术。

3.5.1 脱硫废水循环使用

美国很多电厂的脱硫系统不支持脱硫废水的循环使用,原因一般有两种:1.建设脱硫系统时没有设计循环使用的管道; 2.脱硫装置的内衬耐盐度比较低,没有办法承受循环使用脱硫废水产生的高氯离子浓度。这些电厂很难实现依靠水循环达到零排放的目的。

然而另外一些电厂在脱硫系统中循环使用脱硫废水。一般方式是:脱硫废水排入人工水池或物化法处理设施,固体沉淀后的上清液被水泵送回脱硫装置补给水的水罐里,然后再补充到脱硫装置中。

在美国很多电厂脱硫装置产生的石膏没有进入市场,而是就地填埋。这些填埋的石膏可以带走脱硫废水,以及其中的氯离子。

在脱硫废水循环使用和填埋石膏的前提下,如果管理得当,石膏可以把脱硫系统产生的废水完全吸附,通过填埋的方式达到脱硫废水的零排放。

通过这种方式实现零排放的限制条件有:1.煤的氯含量不能过高;2.脱硫系统内衬对氯离子的耐受程度要高。3.运行脱硫装置时氯离子浓度一般比较高。4.石膏需要填埋

如:“MountStorm”电厂的湿式脱硫装置中氯浓度常年运行在40,000ppm。石膏的含水率在20-25%之间。石膏填埋对石膏中的氯含量没有要求。多年实践表明脱硫废水可以稳定地被石膏带入填埋场,达到了零排放的要求。

3.5.2 蒸发塘

在美国西南干旱少雨的地区,有三家电厂利用蒸发塘自然蒸发脱硫废水。由于当地温暖干旱的气候,电厂建起一个或多个水塘进行自然蒸发。由于水塘的净蒸发量(蒸发量-降雨量)大于或等于脱硫废水的水量,这三个电厂都达到了零排放的目标。

如果自然蒸发的能力达不到零排放的目标,也可考虑设立喷洒式蒸发器增加蒸发速率。

3.5.3 灰搅拌法

美国燃煤电厂产生的飞灰大约50%进入市场重新利用,另外还有50%的灰需要填埋。在飞灰运输和填埋的过程中,需要加水来控制扬尘,并且使飞灰容易运输和处理。美国至少有一家电厂通过把脱硫废水和灰搅拌,然后填埋的方式达到脱硫废水零排放的目的。

如果脱硫废水水量比较多,也可以通过蒸发器浓缩脱硫废水,降低脱硫废水水量,然后再用灰搅拌法达到零排放。

3.5.4 蒸发结晶法

蒸发结晶法是实现脱硫废水零排放的一个主要方法。该方法可以达到水的清洁回用,结晶的固体在一些地方可以用作工业原料。如果晶体无法循环利用,则要进行填埋。

蒸发结晶技术整个过程主要包括预处理,软化过程,蒸发器,结晶器等组成部分,此外还有晶体脱水装置,冷却系统等部分。

预处理过程(Pre-treatment):预处理过程在这里一般是指脱硫废水通过物理化学沉淀系统,使脱硫废水中的悬浮性固体得到沉淀,过饱和的硫酸钙得到脱饱和而析出沉淀,溶解性重金属离子大部分被去除,易导致蒸发结晶器结垢的硫酸根,氟离子也被去除。

软化过程(Softening Process):脱硫废水的硫酸根大部分被去除后,废水中大部分的溶解性固体是氯化钙和氯化镁。传统的蒸发结晶技术中,需要利用软化过程去除钙镁离子。主要原因有:1.水中存在钙镁离子对后续的蒸发结晶过程很容易引发结垢问题,引起电厂设备维护的复杂化。2.氯化钙和氯化镁的结晶温度比较高,而氯化钠的结晶温度比较低。因此软化过程会降低蒸发结晶的能量消耗。3.氯化钠的结晶体比氯化钙和氯化镁的结晶体在脱水方面容易处理的多。因此,目前的蒸发结晶法处理脱硫废水一般采用投加碳酸钠/碳酸氢钠把废水中的钙镁离子沉淀。这个过程就是脱硫废水的软化过程。

由于一些脱硫废水中钙镁离子含量很高,软化过程中所需的药剂需求量巨大,成本极高。有的美国公司开始研发在进行部分软化(只去除镁离子保留钙离子)和不进行软化的情况下如何做到蒸发结晶的稳定性和经济性。

蒸发器(Evaporator):也叫溶液浓缩器(BrineConcentrator)。蒸发器就是利用蒸汽或机械蒸汽再压缩(MechanicalVaporRecompression-MVR)的方式,将经过预处理过的脱硫废水加热至沸腾,使部分水汽化并通过冷却系统移除,从而达到脱硫废水的浓缩。目前欧美应用于脱硫废水的蒸发器主要是立管降膜式蒸发器(Falling-film evaporator),立管采用很薄的抗腐蚀能力很强的钛合金制作。蒸发器有单效和多效强制循环蒸汽蒸发器,强制循环机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器等。蒸发器蒸发单位废水所消耗的能量要远小于单效结晶器。

对一些含盐量比较少的脱硫废水,也可以在软化过程后面和蒸发器前端加装反渗透膜或正渗透膜来提高待处理废水的浓度。这样的选择是基于膜浓缩废水的成本低于蒸发器浓缩废水的成本。如果脱硫废水本身的TDS浓度就很高(>50,000ppm)的话,膜处理的成本就会大幅提高,运行的稳定性也不会有保障。

结晶器(Crystallizer):经过蒸发器浓缩后的溶液进入结晶器。结晶器利用蒸汽或机械蒸汽再压缩(MVR)的方式,继续加热浓缩液并产生结晶。含有晶体的浓缩液经过脱水装置将晶体分离出来,浓缩液回到结晶器继续参与结晶过程。

由于欧美很多已建成电厂的蒸汽循环系统已经处于平衡或接近平衡状态,加装脱硫废水蒸发结晶装置可能得不到足够的蒸汽供应,因此大部分欧美电厂采用强制循环机械蒸汽再压缩技术驱动蒸发器和结晶器。

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图9 脱硫废水的蒸发器,结晶器,脱水装置(意大利ENEL Brindisi电厂)

根据预处理过程,蒸发器和结晶器的组成又可以细分为以下几种方式:

1. 物化法预处理加蒸发器;

2. 物化法预处理+软化+蒸发器+结晶器;

3. 物化法预处理+部分软化+蒸发器+结晶器;

4. 物化法预处理+蒸发器+结晶器;

5. 物化法预处理+软化+多效结晶器。

目前应用在燃煤电厂脱硫废水处理的蒸发结晶装置主要分布在意大利,美国,中国,南非和日本。在德国,荷兰有一些垃圾焚烧电厂采用多效(一般为三效)蒸发结晶装置处理脱硫废水。在美国为脱硫废水提供蒸发结晶技术的主要厂家有Aquatech、HPD、GE和GEA。

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