石灰石-石膏濕法脫硫廢水處理系統分析

摘 要:石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝需要控制系統氯離子濃度、降低系統設備腐蝕、控制石膏品質等原因，因此需要外排廢水。根據脫硫工程實踐經驗分析了脫硫廢水的來源、廢水處理系統的工藝以及廢水處理系統的設備配置情況等。

關鍵詞:濕法煙氣脫硫 廢水處理 分析

中圖分類號:X5文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0036-02

Analysis of waste water treatment system for limestone-gypsum wet desulfuration

Author: Peng Wang

(INSIGMA ME ENGINEERING CO.LTD)

Abstract: The technology of limestone-gypsum wet desulfuration requires the control of the concentration of chloride ion， reduction of the system equipment corrosion， and control of the gypsum quality， etc. For these reasons， drainage of the waste water is needed. According to the practical experience of desulfuration construction， the source of the waste water， the process of waste water treatment， the equipment requirement for the waste water treatment system， etc. are analyzed.

Key words: wet desulfuration; waste water treatment; analysis

1 廢水的來源

由于煤質中含有氯離子，其燃燒后以HCl的形式存在于煙氣中，經FGD洗滌后，Cl-在漿液中不斷累積；而工藝水中也含有氯離子，高溫煙氣蒸發的水量需要工藝水來不斷補充。因此進入FGD系統的氯離子在工藝過程中逐漸累積起來。

吸收塔漿池中高濃度的氯化物會降低SO2的脫除效率。這是因為當氯離子濃度增加時，氯化物主要以CaCl2的形式溶解于漿液中。Ca2+濃度的增大，由于同離子效應，將抑制碳酸鈣的溶解，降低液相的堿度，從而降低SO2的脫除效率。

另外由于溶液中的氯離子濃度的增加，使與漿液接觸的設備的腐蝕加劇。一般來說當漿液中的氯離子濃度超過200mg/l時，就不能采用316L不銹鋼。當氯離子濃度高到10000mg/l時，則需采用1.4462或者1.4539。當氯離子濃度超過40000mg/l時，就需要采用1.4529這類高鎳基合金或采用襯覆有機防腐材料的碳鋼。

如果要求得到高品質的商用石膏，也必須要求控制漿池中的雜質成分以及氯離子的濃度。大量的氯離子使石膏品質變差，粘結能力差，不適合用于制作建筑材料。

基于以上原因，必須要維持FGD系統中氯離子的平衡，因此需要從系統中排放適量的廢水來控制系統中的氯離子濃度及其他雜質含量。常規的要求吸收塔內Cl-濃度控制在20000mg/l。

2 廢水的排放方式

對于FGD系統的廢水的排放可以有以下幾種排放方式:經廢水處理系統處理后達標排放；將廢水直接作為沖灰用水；將廢水噴入煙道蒸發；將廢水排入蒸發池中蒸發。

除了第一種排放方式外，其他幾種外排方式都無需對廢水進行處理。

對于達標排放的脫硫廢水，污染物有最高允許排放濃度限制的主要項目有:pH值、濁度、ss、氟化物、硫化物、COD(化學需氧量，BOD(生物需氧量、重金屬等。可溶性重金屬包括Hg、Cd、As、Cr、Cu、Pb、Ni、Ag、Be、Zn、Mn。脫硫廢水處理系統將根據國家、電力或當地環保法規的要求將脫硫廢水處理達標后排放。現行的國家標準:《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)，電力行業的標準:《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》(DL/T997-2006)。通常環保法規中對于廢水中的氯離子濃度都沒有規定。

由于脫硫廢水水量不穩定，水質很差，無法回用，所以只能單獨處理，通過調整廢水pH值，除去懸浮液和重金屬物質后達標排放。

3 廢水處理的工藝

脫硫廢水工藝的選擇取決于要除去的污染物的類型。如果環保法規中對于廢水中的氯離子濃度沒有規定，因此只需要調整廢水的pH值，除去懸浮物和有排放濃度限制的可溶性金屬即可。可以用來處理FGD廢水的方法有:沉淀金屬離子；活性炭處理；生物處理；物理蒸發和膜分離技術。這些處理方法最終都會產生一殘余物，例如污泥、或近乎飽和的含鹽水。膜分離技術可以有效去除廢水中的氯離子。以下為典型的脫硫廢水處理工藝:

如圖1所示。

脫硫廢水處理工藝包括以下三個部分:脫硫裝置廢水處理反應系統、化學加藥系統和污泥脫水系統。

3.1 脫硫裝置廢水處理反應系統

脫硫裝置產生的廢水呈酸性，含有一些固體物。經化學—物理處理后，廢水中的懸浮物雜質、重金屬等得到了去除，廢水得到了沉清，處理過得水達標后進行外排。脫硫裝置的廢水連續排至廢水處理系統，通過以下處理步驟單流程連續處理:

首先是氧化工序，將空氣鼓入廢水中，使亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽。由于石灰石-石膏濕法脫硫采用強制氧化工藝，氧化比較徹底，可以不需要此工序。由于對排放的廢水有化學需氧量限制，如果廢水中亞硫酸鹽濃度超過100mg/L，為了降低COD，氧化罐中應有足夠的停留時間，使得所有的亞硫酸氧化。有些廢水處理工藝在此步驟中，通過加鹽酸和次氯酸鈉分解廢水中的有機物和氧化亞硫酸鹽。

第二步是提升廢水pH值和降低石膏飽和度。排放的廢水通常是石膏的過飽和溶液，為了防止在下面的設備中結構，在除去金屬物質前必須使溶解的石膏沉淀析出。從澄清池底部將一部分泥漿返回到中和箱，一方面用作石膏結晶的晶種，另一方面可以降低溶液的飽和度。同時在中和箱中，廢水的pH值采用投加石灰乳的方式進行調節，使廢水呈堿性(pH控制在9.0～10)，此過程中大部分重金屬形成微溶的氫氧化物從廢水中沉淀出來，生石灰中的Ca2+還能與廢水中的部分氟離子反應，生成難溶的CaF2，可以將廢水中的氟化物含量降低到達標排放要求。

第三步是沉淀重金屬離子。在中和箱中不能以氫氧化物沉淀的重金屬，在反應箱中通過投加有機硫藥液，使殘余的重金屬與有機硫化物形成微溶的化合物，以固體的形式沉淀出來。在這里也可以用硫化物代替有機硫，如Na2S、或NaHS。但是這些硫化物都是有毒的，因此使用時必須非常小心。目前常用的仍然是有機硫，它通過硫族與重金屬離子穩定結合并發生化學反應，生成穩定的有機金屬化合物，不易溶解，在水溶液中形成固體沉淀。然后再加入絮凝劑使水中的懸浮物、沉淀物形成易于沉降的大顆粒絮凝物。一般絮凝劑采用三氯化鐵，它的作用是使廢水中細小、分散的顆粒物和膠體物凝聚成大顆粒，加速沉淀物的沉降。在絮凝箱中，通過投加助凝劑，加速、加快懸浮物、沉淀物絮凝，提高絮凝效果。助凝劑一般采用聚丙烯酰胺(PAM)，它的作用原理是:有效的降低流體的摩擦阻力；中和顆粒表面的電荷，使動電荷降低而凝聚；PAM的分子鏈固定在不同顆粒表面上，各顆粒之間形成了聚合物的“橋”，使顆粒形成聚集體而沉降；PAM分子鏈上的極性基團對顆粒的各種吸附； PAM分子鏈與分散相通過各種機械、物理、化學等作用，將分散相牽連一起，形成網狀結構，從而起增強網捕作用。

第四步是澄清沉淀。在澄清沉淀池中，絮凝物和水得到分離，絮凝物沉降在池底部，在重力作用下形成濃縮污泥，排向池中心集泥筒；污泥通過污泥輸送泵抽走，澄清水由池周邊溢水槽溢出池體，自流下一級出水箱。

從沉淀池上部集水槽中出來的澄清水流入出水箱中，連續檢測排放水的pH值，當pH值偏高時，向廢水中投入鹽酸，調節pH值達到標準要求后外排，如果處理后的凈水pH值大于9或者濁度不符合外排條件，凈化后的水將返回中和箱重新處理。

3.2 化學加藥系統

廢水處理化學反應過程中投加的藥劑均通過化學加藥系統進行投加，加藥系統包括石灰乳加藥系統、有機硫加藥系統、凝聚劑加藥系統、助凝劑加藥系統及鹽酸加藥系統。

(1)石灰乳加藥系統

整個系統包括石灰乳液制備箱、石灰漿循環泵、石灰乳液貯箱、石灰乳泵及其管路、閥門、儀表、控制柜等組成，CaO人工卸入石灰乳制備箱，也可以通過粉罐車卸入生石灰倉內，通過生石灰倉卸入石灰乳制備箱。由于生石灰易吸潮，容易和空氣中的水分化學反應生成Ca(OH)2，造成下料困難，因此采用生石灰倉儲存時必須考慮防潮，防堵設計，且生石灰的儲存天數不宜過多。由于脫硫系統產生的廢水量并不大，推薦采用人工卸料的方式配置石灰乳。石灰漿乳液制備箱中設有攪拌器連續工作防止產生沉淀(固相濃度為20%～25%)。

由石灰漿循環泵將石灰漿液打入石灰乳液貯箱中，通過加水調配稀釋石灰漿，配制成5%～10%石灰乳，再用石灰乳泵送入中和箱，通常石灰乳加藥泵為變頻控制，根據中和箱中的PH值來調節石灰乳的加藥量。

(2)有機硫加藥系統

有機硫加藥系統由有機硫加藥單元組成，加藥單元設備安裝在一個整體框架上，安裝在框架上的設備包括計量箱、計量泵、平臺扶梯、就地控制柜及相應的管路等配件。有機硫化物由人工加入計量箱，再由調節計量泵投加到反應箱中。投加的有機硫為液體溶液，呈堿性，pH值在12～14左右。有機硫可直接投加，或加水稀釋后投加。

(3)凝聚劑(聚鐵)加藥系統

凝聚劑加藥系統類似于有機硫加藥系統，加藥單元設備也是安裝在一個整體框架上。凝聚劑由人工加入計量箱，再由調節計量泵投加到反應箱中。投加的聚鐵為液體溶液，呈酸性，pH值在2.5～4。聚鐵也可直接投加，或加水稀釋后投加。

(4)助凝劑加藥系統

助凝劑加藥系統的加藥單元設備也是安裝在一個整體框架上。助凝劑人工加入計量箱，再由調節計量泵，分別投加到絮凝箱及污泥脫水系統。投加的聚丙烯酰胺為粉末狀固體，需在計量箱中攪拌溶解，配置成的溶液含固量一般為0.2%～0.5%。

(5)鹽酸加藥系統

鹽酸加藥系統包括鹽酸計量槽、酸霧吸收器、計量泵及就地控制柜及相應的管路。考慮至鹽酸系統的使用安全性，在系統旁設有安全淋浴器，以備人員接觸鹽酸后進行沖洗。

系統的投藥根據出水箱pH值進行變頻調節計量泵加藥量，自動加藥。

3.3 污泥脫水系統

沉淀池中積累污泥厚度由設置在池體上的超聲波泥位計測定，當泥位超過設定值時系統自動開啟電動蝶閥，污泥一小部分通過污泥循環泵返回中和箱，大部分通過污泥輸送泵送到板框壓濾機或離心脫水機，污泥經過擠壓或者離心脫水制成泥餅，泥餅的含水率約為40%，卸料至安裝在壓濾機下方的污泥斗中。當污泥需外運時，開啟污泥斗下部的電動刀閘閥，將污泥卸到卡車內外運作填埋處理。

由壓濾機脫水出來的濾液水排至廢水池，由泵送回中和箱后進行再處理。

4 主要設備的選型原則

由于脫硫廢水的腐蝕性較強，在設備選型的時候必須要考慮防腐，尤其是要考慮耐受氯離子的腐蝕。另外還需考慮廢水反應箱有足夠的停留時間，確保廢水能充分反應，以保證出水的水質要求。以下為脫硫廢水處理系統中關鍵設備的選型原則:

4.1 中和箱

設計的水力停留時間不小于30分鐘，設置機械攪拌器。設備材質可采用碳鋼涂鱗或襯膠，也可以直接用FRP制作。箱體上設置pH計。

4.2 反應箱

設計的水力停留時間不小于30min，設置機械攪拌器。設備材質可采用碳鋼涂鱗或襯膠，也可以直接用FRP制作。

4.3 絮凝箱

設計的水力停留時間不小于30min，設置機械攪拌器。設備材質可采用碳鋼涂鱗或襯膠，也可以直接用FRP制作。

4.4 濃縮澄清池

設計的水力停留時間不小于6h，有效水深大于4m，清水區水的上升流速為1.0m/s～1.5m/s。設備材質可采用碳鋼涂鱗或襯膠，也可以采用混凝土襯FRP。濃縮澄清池可以考慮采用斜板填料或者刮板。

4.5 污泥脫水機

污泥脫水機一般選用板框壓濾機或者離心脫水機。從目前實際應用來看，國產的板框壓濾機由于運行穩定、脫水效果較好、造價較低而被廣泛采用。脫水機在選型時應按日污泥處理量發生的小時平均值設計，脫水機的過流部件選用耐高氯離子的材料。

4.6 加藥泵

廢水處理系統的加藥泵均為隔膜式計量泵，計量帶有人功調節沖程，泵頭材質采用PVC，每條計量線上裝有轉子流量計。

4.7 管道系統

加藥系統的管道可采用UPVC、PP、ABS，廢水管道可采用碳鋼襯膠、碳鋼襯塑或者FRP。

5 結語

石灰石-石膏濕法脫硫項目屬于環保工程，但是其工藝本身仍會產生廢水，因此需要所有電廠重視對脫硫廢水的處理及使用，以免其造成二次污染，使得脫硫工程成為真正的環保工程。

參考文獻

[1]污水綜合排放標準(GB8978-1996).

[2]火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標(DL/T997-2006).

[3]廢水治理設計技術規程(DL/T5046-2006).

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文