据统计，2014年前我国80%以上的火电厂采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术^[1]，而之后新建的燃煤电厂大多也采用了石灰石湿法烟气脱硫技术^[2]。石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术是使用石灰石浆液与烟气直接接触从而吸收烟气中的SO₂，该过程中烟气里的粉尘、氯等污染物也会被转移至浆液中^[3]。烟气脱硫废水来源于石膏脱水系统旋流器溢流液、真空皮带机的滤液以及冲洗水^[4,5]，水质水量主要受原煤成分、石灰石品质、工艺水水质、脱硫系统的运行工况等影响^[5]。燃煤电厂湿法脱硫废水为高浓度悬浮物、高氯根、高浓度重金属、高含盐废水，对环境污染性极强，处理难度也很大，是火力发电厂实现废水零排放的最大难点^[6]。目前国内主要采用化学沉淀法处理脱硫废水，处理出水含盐量较高，直接排放后容易造成二次污染^[7]。2015年4月16日，国务院发布《水污染行动计划》（“水十条”），2017年环境保护部又发布了《火电厂污染防治技术政策》，作为用水大户的火电厂对脱硫废水进行深度处理，实现“零排放”已成为新的趋势。但零排放技术的投资和运行成本较高，实际案例的报道很少。刘秋生^[8]报道了“二级预处理+多效蒸发结晶”和“两级卧式MVC+两效MED工艺”2种零排工艺分别在河源电厂和恒益电厂的运行情况。研究表明，脱硫废水预处理后直接蒸发结晶，导致整体投资和运行费用都很高。基于此，介绍河北某热电2×350MW超临界空冷燃煤供热机组引入一种结合浓盐水减量化和分盐结晶的工艺技术对脱硫废水进行零排放处理案例。

脱硫废水零排放系统设计废水处理量为21m³/h，主要由两部分组成，一是从脱硫岛排出的脱硫废水，水量为19m³/h；二是凝结水精处理再生系统的酸碱再生液，间断排放，平均约2 m³/h。设计废水水质见表1和表2。

经脱硫废水零排放系统处理后，产水回用于化学水系统，水质要求不低于下列标准：pH 9～10,TDS≤1 000mg/L，氯根离子（Cl^-）≤350mg/L，硫酸根离子（SO₄^2-）≤5 mg/L，钠离子（Na⁺）≤221mg/L。

系统产品盐的质量不低于《工业盐标准》（GB/T 5462-2016）中的一级精制工业盐标准且满足如下指标要求：氯化钠（NaCl）≥98.51%，硫酸根离子<0.5%，钙、镁离子<0.4%。

工艺流程图如图1所示。

本工程主要包括预处理系统、膜浓缩系统、结晶系统和污泥脱水系统四大部分。

(1）预沉调节池。主要作用是调节水质、水量以及去除脱硫废水中大部分悬浮物质。其中，预沉池2座，碳钢衬胶材质，单座尺寸6.5m×5.5m。每座预沉池配套中心传动刮泥机1台和排泥泵1台；调节池有效容积500m³，配套罗茨风机和提升泵。

(2）高效澄清系统。主要去除废水中的钙离子、镁离子、悬浮物、重金属、氟离子、有机物等，包括一级澄清系统和二级澄清系统。单级澄清系统包括混合池3座，澄清沉淀池1座，混合池配套搅拌机，澄清沉淀池配套中心传动刮泥机。一级澄清池清水区的上升流速不高于0.4 mm/s，二级澄清池清水区的上升流速不高于2mm/s。

黄冬梅等^[9]专门针对常规脱硫废水加药处理系统进行过优化研究，而本研究在常规处理系统基础上考虑后续工艺稳定性设计预处理系统。在澄清系统中，投加石灰乳使废水中的SO₄^2-和Mg²⁺离子形成难溶性物质沉淀，投加纯碱使废水中的Ca²⁺形成CaCO₃沉淀，最后在各级澄清系统分别投加聚铁和PAM使难溶性物质絮凝形成大分子的絮状沉淀，实现泥水分离。系统主要加药量如下：NaClO(10%)120mg/L,Ca(OH)₂(85%)3.70g/L，聚铁（19%)50 mg/L,Na₂CO₃(99%)4.50g/L,NaOH(31%)40mg/L,PAM（总耗量）6mg/L。经两级澄清系统处理后，Ca²⁺去除率为96%～98%,Mg²⁺去除率达到99%左右。

(3）超滤系统。主要功能是去除水中的胶体、悬浮物等，保护后续的NF和RO系统。超滤膜前设置精度100μm的自清洗过滤器进行保护，采用GE公司的压力式中空纤维超滤膜，设计通量为32L/（m²·h），回收率≥90%。反洗频率为30min，化学加强反洗（CEB）酸洗频率为72h,CEB碱洗频率为10h,CIP反洗频率为30d。经超滤后出水质量控制指标为：浊度≤1NTU；淤泥密度指数SDI15≤3。

(4）离子交换单元。为去除废水中残留的Ca²⁺、Mg²⁺离子，本单元设置顺流弱酸阳床2台（1用1备），尺寸1 600mm，阳离子交换树脂装填高度为1 500mm，再生周期30d。配套1台1m³再生计量箱、2台再生水泵、1台盐酸喷射器、1台盐酸储罐、酸雾吸收器、硬度计等。

(1）纳滤（NF）。NF系统具有截留二价离子透过一价离子的特点，通过NF实现废水中二价离子和一价离子的分离，其中SO₄^2-等二价离子集中在浓水侧，回流至预沉调节池，经过澄清系统加药进一步沉淀去除。NF产水侧主要为Na⁺、Cl^—等一价离子，送RO系统进一步浓缩。

NF装置分2套，每套为4段设计，NF装置的回收率不低于90%，设备出力为26.2～32.3 m³/（h·套）。产水流入纳滤水箱，浓水回流至调节池。为了便于平衡各段膜的进水流量和压力，第二～四段进水各设置1台增压泵。NF装置化学清洗周期为2～3个月，化学清洗废水进调节池。

NF系统运行参数：回收率≥90%;SO₄^2-去除率≥95%(T=25℃）；Ca²⁺去除率≥95%(T=25℃）；Mg²⁺去除率≥95%(T=25℃）。

(2）反渗透（RO）。RO分2套，每套为3段设计。RO装置的回收率不低于75%，设备出力为21.22～27.25m³/（h·套）。RO产水流入回用水箱供回用，浓水去结晶器进料罐。由于系统进水含盐量较高并且水质水量波动幅度较大，为了便于平衡各段膜的进水流量和压力，第二、三段进水各设置1台增压泵。一段采用GE公司AG8040F400型号的反渗透膜，二段和三段均采用GE公司AE-40034型号的海水淡化反渗透膜。反渗透装置化学清洗周期为2～3个月，化学清洗废水进调节池。阻垢剂选用MDC706型，加药量为3mg/L左右。

RO系统运行参数：回收率≥75%；脱盐率≥95%(T=25℃）。在进水的TDS为20 500mg/L左右时，一段产浓水的TDS约为37 580 mg/L，二段产浓水的TDS约为54 730mg/L，三段产浓水的TDS约为79 860 mg/L。各段产淡水混合水的TDS约为630mg/L。

RO浓水在结晶器内经蒸发浓缩和脱水后生成含水率低于3%的氯化钠结晶盐，经干燥脱水后产生满足质量要求的结晶盐产品，结晶器蒸发产生的工艺冷凝水与反渗透产水混合后作为产品水回用，结晶盐产品经打包系统包装后外送。

(1）结晶器。系统采用带热压机的强制循环结晶器（TVR），热压机按2×50%配置，系统额定处理水量5m³/h。RO浓水进入结晶器进料罐，经换热器升温和除氧器脱气后送至结晶器浓盐水循环管，经闪蒸罐送至卧式两管程换热器进行热交换。结晶器进水与系统内循环的浓盐浆混合，经加热器加热后，再次进入到闪蒸罐，发生闪蒸，不断析出盐分结晶。在加热和闪蒸的过程中，水以蒸汽的形式被分离出来，浓盐浆变成过饱和状态，随之盐的晶体从溶液中析出。部分浓盐浆从循环管道上直接排至离心机进行液固分离。离心母液收集在母液罐内返回结晶器。

在进料罐经除氧器脱气的主要目的是增加结晶器的传热效果并防止产生腐蚀及结垢。卧式两管程列管式换热器可以控制浓盐浆较低的温升以及合理的管内流速，减缓管内的结垢和污堵以降低清洗频率。卧式两管程换热器出来的浓盐浆从闪蒸罐中部切线进入，产生涡流，有助于形成更大的液体闪蒸表面。闪蒸罐的几何尺寸设计确保了合理的气液上升流速以保证最佳的气液分离效果。结晶器还需定期清理，一般采用产品水进行加热清洗。这些设计和操作保证了结晶器的稳定连续运行。

(2）干燥系统。干燥系统采用震动流化床干燥机，干燥后结晶器的含水率<0.5%。在结晶干燥系统中，可充分利用锅炉烟气余热，连鹏等^[10]对利用锅炉烟气余热直接蒸发脱硫废水进行过研究报道。

(3）结晶盐打包包装码齐系统。物料由料斗通过闸板阀进入双螺旋给料器，经过大、小螺旋通过弧门进入给料装置（分粗、细二级），通过称重传感器向称重仪表发出重量变化信号，由称重仪表根据预定值控制大小螺旋的动作及弧门的二次动作。物料经过给料装置进入夹袋机构上的空袋中。完成装袋后的结晶盐通过不锈钢网式输送机输送。

预沉调节池、一级澄清系统、二级澄清系统产生的污泥通过泵排至污泥浓缩池，浓缩池的污泥（浓缩后污泥含水率约96%）经泵提升至污泥脱水系统进行泥水分离，滤液回流至预沉调节池，泥饼（含固率约35%，平均3m³/h）外运。由污泥浓缩池1座、污泥提升泵4台、板框压滤系统2套组成。污泥浓缩池尺寸：6m×5.5m，材质：碳钢衬胶。

针对脱硫废水水质特点，选择预处理-NF-RO-结晶器组合工艺，使浓盐水减量，并能分盐结晶，既降低了蒸发结晶的规模节省了投资成本，又减少了运行费用，而且还能生产一级精制工业盐。

废水的硬度会在膜浓缩过程中结垢，从而使膜失去浓缩能力^[11]。预处理采用预沉调节一、二级高效澄清-超滤-离子交换的工艺，确保对Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等离子的去除效果，保障后续NF系统和RO系统的稳定运行。预处理工艺路线较长，但考虑周全，确保了出水水质，同时可根据来水水质的具体情况进行灵活调整。

污泥处理采用气动刀闸阀排泥，排泥池就近设计，减短排泥管路，避免管道产生污堵，有效解决预沉池、高效澄清器污泥易污堵的现象，且气动闸阀均按照1用1备设计，方便阀门故障时进行检修。

NF膜能够实现一价离子与高价离子的分离，NF产水经RO膜浓缩减量化后结晶，产生的结晶盐可以满足高品质工业盐的要求，达到零排放的要求。在常规预处理-蒸发结晶的基础上增加膜浓缩工艺，既实现了浓盐水的减量，又达到了分质除盐的目的。

蒸发器采用环形布置的网型除雾器，提高蒸馏水的品质，且蒸发器中的盐水分布系统可以有效避免因分布不佳而出现的结垢。结晶器采用强制循环设计，结晶器加热器选用合理的传热系数和温升，最大限度提高两次清洗的时间间隔，清洗周期为6～8周，一次清洗历时8h；脱水系统采用在固态盐分脱水干燥实施领域应用广泛的离心脱水机，保证产品的含水率满足要求。

该工程于2017年12月调试完成并投产，单位水投资成本约100万元/m³（按日处理水量计），2年多以来运行状况良好，系统整体运行稳定，见表3（混合后原水为脱硫废水、酸碱再生液和NF浓水的混合废水）。产品盐品质达到《工业盐标准》中的一级精制工业盐标准：氯化钠（NaCl）≥98.51%，硫酸根离子<0.5%，钙镁离子<0.4%（如图2所示）。

该工艺直接运行费用主要包括电费、蒸汽费和药剂费，其中单位水电耗约为17.3kW·h/m³，以当地电价为0.4元/（kW·h），则折合成单位水费用为6.92元/m³；单位水蒸汽耗量为170kg/m³，以当地蒸汽价为80元/m³，则折合成单位水费用为13.33元/m³；石灰、碳酸钠、液碱、次氯酸钠、盐酸、反渗透阻垢剂、有机硫、PAM、聚铁等化学药剂费用合计约53.36元/m³废水，则直接运行费用为73.61元/m³废水。

加上设备折旧和人工等费用，综合费用约为96.41元/m³废水，对比文献[12]报道河源电厂的二级预处理+蒸发结晶工艺180元/m³废水的综合费用减少了近50%。

本工程采用的预处理-NF-RO-结晶工艺处理火电厂脱硫废水，达到零排放要求。该技术采用NF膜分离一价离子和二价离子进行分盐，并采用RO膜进行浓盐水减量化，极大降低了运行成本，提高了系统产品盐的品质，以期为国内同类项目提供参考。