3.1.2 MVR
MVR是將蒸發(fā)器排出的二次蒸汽通過壓縮機(jī)經(jīng)絕熱壓縮后送入蒸發(fā)器的加熱室;二次蒸汽經(jīng)壓縮后溫度升高，在加熱室內(nèi)冷凝釋放熱量，而料液吸收熱量后沸騰汽化再產(chǎn)生二次蒸汽經(jīng)分離后進(jìn)入壓縮機(jī)，循環(huán)往復(fù)，蒸汽得到充分利用。MVR濃縮液總懸浮固體(TDS)可達(dá)250g/L，電耗高達(dá)20-46.34kWh/m3廢水。
MVR相較于MED，具有占地面積小、運(yùn)行成本較低、效率高的優(yōu)勢，更適用于零排放蒸發(fā)器。但若物料沸點(diǎn)超過蒸氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)要求，MVR便不適于該物料蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的要求，須選MED或二者聯(lián)用。廣東省佛山市某電廠的2x600MW機(jī)組脫硫廢水零排放處理采用了“兩級(jí)臥式MVR蒸發(fā)器+兩效臥式MED+結(jié)晶+鹽干燥系統(tǒng)”，處理量為20m3/h;為避免濃鹽水腐蝕設(shè)備，MVR和MED需使用特殊不銹鋼或欽材料，投資成本高昂，蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)投資4600萬元(不含土建、安裝費(fèi)用)。
3.2 膜濃縮
目前，膜分離技術(shù)廣泛用于火電廠脫硫廢水的濃縮研究，以減少蒸發(fā)固化的處理量，而使零排放技術(shù)更經(jīng)濟(jì)可行。用于脫硫廢水膜濃縮的膜分離技術(shù)有：反滲透(RO)、正滲透(FO)、電滲析(ED)和膜蒸餾(MD)。
3.2.1 RO
RO過程能耗較低、適用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，已廣泛用于脫硫廢水處理。然而，RO易發(fā)生膜污染與結(jié)垢。為防止RO膜污染與結(jié)垢，可采用超頻震蕩膜技術(shù)或高效RO工藝，但這需更強(qiáng)的預(yù)處理和更高PH，會(huì)提高運(yùn)行成本;此外，即使采用震蕩膜技術(shù)，經(jīng)RO濃縮的濃水TDS只能達(dá)到90g/L，其TDS質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于可實(shí)現(xiàn)結(jié)晶固化的250g/L水平，故單憑RO不能將鹽水濃縮至可結(jié)晶固化水平。
3.2.2 ED
ED因耐受鈣鎂結(jié)垢能力較低，工程應(yīng)用常用采用倒電極的方法減少ED的膜污染，該工藝稱為倒極式電滲析(EDR)。與RO相比，ED和EDR所需預(yù)處理較少，且對(duì)含硅廢水的耐受性較強(qiáng)。此外，ED和EDR能將鹽水濃縮至120g/L以上，甚至達(dá)到200g/L的水平，通常電耗介于7-15kWh/m3廢水。為避免濃差極化，如LOGANATHAN等報(bào)道EDR的淡水ρ(TDS)>10g/L，或使直接回用受限，但ED和EDR所產(chǎn)的淡水可以禍合其它方法加以回用。
3.2.3 FO
FO屬自發(fā)過程，但是汲取液的再生需額外能量。浙江長興某電廠2x600MW機(jī)組是首個(gè)采用正滲透方法處理脫硫廢水的工程案例，系統(tǒng)處理水量為22m3/h，其中脫硫廢水18m3/h，經(jīng)FO濃縮后的TDS可高達(dá)220 g/L以上;同時(shí)，將FO產(chǎn)水與汲取液回收系統(tǒng)相結(jié)合，再經(jīng)RO進(jìn)一步除鹽后，最終產(chǎn)水可回用于鍋爐補(bǔ)給水。但是，汲取液的再生復(fù)雜，整個(gè)工藝路線長，系統(tǒng)復(fù)雜，投資成本高。
3.2.4 MD
非揮發(fā)溶質(zhì)水溶液的MD，僅水蒸汽能透過膜。MD可以利用火力發(fā)電廠豐富的低品質(zhì)廢熱，且能近100%地截留非揮發(fā)性溶質(zhì)。溶質(zhì)若易結(jié)晶，則能被濃縮至過飽和而產(chǎn)生結(jié)晶。MD能耗與操作方式息息相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中，直接接觸式膜蒸餾海水淡化的能耗可達(dá)40-45kWh/m3產(chǎn)水。但是，由于火力發(fā)電廠豐富的低品質(zhì)熱源，熱驅(qū)動(dòng)的MD不能與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)直接比較能耗。此外，目前尚缺少性能可靠，能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的商業(yè)化蒸餾膜。
上述4種膜濃縮技術(shù)對(duì)比如表1所示。其中，普通RO濃縮能夠達(dá)到的含鹽量有限，需要與FO、ED 、MD進(jìn)一步組合或增設(shè)蒸發(fā)器進(jìn)行再濃縮;FO雖有工程實(shí)例，但工藝路線復(fù)雜，成本高;ED技術(shù)在其他領(lǐng)域應(yīng)用相對(duì)成熟，但目前還未見報(bào)道用于脫硫廢水處理的工程實(shí)例;MD因其具有可利用火電廠低品廢熱優(yōu)點(diǎn)，在脫硫廢水零排放領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景，但仍缺少適于工業(yè)化穩(wěn)定運(yùn)行的蒸餾膜材料。4種膜濃縮技術(shù)都需要軟化，抗污染能力一般MD>FO>ED>RO。
表1 膜濃縮技術(shù)對(duì)比

4 脫硫廢水的蒸發(fā)固化
蒸發(fā)固化可通過蒸發(fā)塘、結(jié)晶器和煙道處理法等技術(shù)蒸發(fā)濃縮后的脫硫廢水，使廢水中的水分汽化，廢水中的雜質(zhì)固化成結(jié)晶鹽后外排處置，從而達(dá)到廢水零排放的目的，是脫硫廢水零排放的核心。
4.1 蒸發(fā)塘
蒸發(fā)塘(EP)屬自然蒸發(fā)。目前EP多采用機(jī)械霧化蒸發(fā)器，可大幅度增加蒸發(fā)的速度，相同的水塘面積。霧化蒸發(fā)的速度是普通蒸發(fā)塘的14倍以上，極大地降低蒸發(fā)面積。EP一霧化蒸發(fā)技術(shù)處理廢水電耗約為4 kWh/m3廢水。由于EP蒸發(fā)速度偏慢，且運(yùn)行不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染，因此相關(guān)法規(guī)禁止沒有設(shè)置前端污水處理的蒸發(fā)塘。
4.2 結(jié)晶器
脫硫廢水處理中，結(jié)晶過程即溶液過飽和形成晶核，晶核長成晶體與母液分離。結(jié)晶系統(tǒng)常包括結(jié)晶器、強(qiáng)制循環(huán)泵、離心機(jī)、干燥器、打包機(jī)等。實(shí)際工程中，結(jié)晶常與蒸發(fā)聯(lián)用，涉及的技術(shù)也主要是MVR和MED。其中，MVR系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛的結(jié)晶工藝，工藝成熟，耗電量約為50-80kWh/m3廢水。廣東河源某電廠脫硫廢水經(jīng)四效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶罐產(chǎn)生能達(dá)到工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)晶鹽，但其占地面積大、基建費(fèi)用高昂、運(yùn)行能耗高。結(jié)晶方式分為加晶種和不加晶種。一般，結(jié)晶設(shè)備產(chǎn)生的結(jié)晶鹽大多屬雜鹽，無法回用。不過，可據(jù)Na2SO4和NaCI的溶解度隨溫度的變化不同，控制結(jié)晶器不同效的條件而實(shí)現(xiàn)NaCl和Na2SO4的分離。
4.3 煙道蒸發(fā)
煙道蒸發(fā)按其蒸發(fā)位置的不同，可分為直噴煙道余熱蒸發(fā)和高溫旁路煙氣蒸發(fā)。
直噴煙道余熱蒸發(fā)原理為：在鍋爐尾部空氣預(yù)熱器與除塵器之間的煙道內(nèi)設(shè)置噴嘴，將預(yù)處理濃縮后的廢水霧化;霧化液滴在高溫?zé)煔庾饔孟驴焖僬舭l(fā)，隨煙氣排出，而廢水中的雜質(zhì)則進(jìn)入除塵系統(tǒng)隨粉煤灰一起外排，從而達(dá)到零排放的目的四。河南焦作某電廠初期采用該法，運(yùn)行情況表明，該工藝投資和運(yùn)行成本較低。然而，低低溫電除塵技術(shù)的普及，使得直噴煙道余熱蒸發(fā)可利用的有效煙道長度減小，狹窄的空間限制了蒸發(fā)的水量。
高溫旁路煙氣蒸發(fā)原理為：在高溫旁路煙氣蒸發(fā)器內(nèi)，預(yù)處理濃縮后的脫硫廢水被輸送至高效霧化噴頭，經(jīng)霧化生成的微小液滴被從主煙道(SCR后，空預(yù)器前)引入的高溫?zé)煔馑舭l(fā);霧化液滴中所含有的鹽類物質(zhì)在蒸發(fā)過程中持續(xù)析出，并附著在煙氣中的粉塵顆粒上經(jīng)旁路煙道出口進(jìn)入除塵器，被除塵器捕集;蒸發(fā)后的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔被冷凝后間接補(bǔ)充脫硫工藝用水，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。該方法已經(jīng)成功用于焦作萬方電廠。脫硫廢水高溫旁路煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，煙氣流量流速可以控制，保障了液滴的完全高效蒸發(fā);相關(guān)設(shè)備還可單獨(dú)隔離與拆卸，建設(shè)簡單，且利于系統(tǒng)后續(xù)的運(yùn)行維護(hù)，對(duì)主煙道的影響較小。
綜上所述，各種蒸發(fā)固化技術(shù)中，蒸發(fā)塘占地廣、存在潛在污染等問題，難以推廣應(yīng)用;結(jié)晶器成本昂貴、運(yùn)行復(fù)雜，尤其不適用于中小型電廠;直噴煙道余熱蒸發(fā)受限于煙道結(jié)構(gòu)，直煙道長度及煙氣溫度，在電廠新形態(tài)下應(yīng)用受限;旁路煙氣蒸發(fā)設(shè)備簡單，自動(dòng)化程度高，可利用煙氣溫度高，能保障廢水的高效蒸發(fā)，對(duì)電廠其他設(shè)備影響較小，在脫硫廢水零排放中優(yōu)勢顯著，適合廣泛推廣。
5 脫硫廢水零排放其他技術(shù)
除以上技術(shù)外，新的零排放技術(shù)和方法不斷被研發(fā)，如SONG等在pH為6條件下，通過厭氧一缺氧工藝處理脫硫廢水，硫酸鹽去除率可達(dá)89%，且約76%的硫酸鹽被轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫;QIAN等將脫硫廢水作為廉價(jià)硫源，通MD-SAN揮工藝實(shí)現(xiàn)脫硫廢水與淡污水的互利共處理;為開拓脫硫廢水以廢治廢及資源化應(yīng)用提供了新的思路。
6 結(jié)語與展望
綜上所述，需根據(jù)原水水質(zhì)和后續(xù)處理工藝進(jìn)水要求，確定預(yù)處理工藝與運(yùn)行參數(shù)，是脫硫廢水零排放處理的基礎(chǔ)。濃縮減量可有效降低蒸發(fā)固化段處理負(fù)荷，保證后續(xù)系統(tǒng)的高效蒸發(fā)，是實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的關(guān)鍵;相較于熱法濃縮，膜法濃縮設(shè)備簡單，占地面積小，能耗較低;尤其，電滲析濃縮和膜蒸餾濃縮頗具潛在應(yīng)用前景。蒸發(fā)固化將脫硫廢水中的雜質(zhì)以鹽形式固化下來，最終實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放，是零排放處理的核心;高溫旁路煙氣蒸發(fā)無需額外熱源、效率高、占地少、簡單易于自動(dòng)化控制，對(duì)電廠其他設(shè)備影響小，極具推廣前景。
目前，我國脫硫廢水零排放技術(shù)仍處于廣泛研究與初步應(yīng)用探索階段。現(xiàn)有零排放技術(shù)的投資成本普遍較高且運(yùn)行費(fèi)用較大。如何組合現(xiàn)有工藝，揚(yáng)長避短，實(shí)現(xiàn)低成本脫硫廢水零排放，提高廢水和礦物鹽的綜合利用率，將是今后脫硫廢水零排放研究的重點(diǎn)。