新型石灰石濕法煙氣脫硫廢水處理工藝

郭志文,劉軍軍,高志佳,李樹(shù)華,賈永會(huì)

(京能(錫林郭勒)發(fā)電有限公司,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

0 引 言

石灰石-石膏濕式煙氣脫硫(FGD)是目前火電廠技術(shù)成熟、脫硫率高、應(yīng)用最廣的技術(shù)工藝[1-3]。其中脫硫廢水因成分復(fù)雜、污染物種類(lèi)多，成為燃煤電廠最難處理的廢水之一。劉海洋等[4]介紹了脫硫廢水的來(lái)源及組成特性，對(duì)常規(guī)濕法脫硫廢水處理技術(shù)原理和利弊進(jìn)行分析。祁利明等[5]通過(guò)分析脫硫廢水水質(zhì)，提出采用納濾膜進(jìn)行脫硫廢水鹽分的分離濃縮，可有效分離廢水中一價(jià)離子和二價(jià)離子，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的資源化回收。禾志強(qiáng)等[6]提出將火力發(fā)電廠產(chǎn)生的高鹽度脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶處理，將產(chǎn)生的高純度蒸餾水回用于火電廠，同時(shí)處理后得到的固體鹽可進(jìn)行銷(xiāo)售或填埋，以實(shí)現(xiàn)廢水的零排放，提升火力發(fā)電廠廢水利用率。馬雙忱等[7]采用物化法對(duì)脫硫廢水進(jìn)行處理，介紹了中和、沉淀、混凝以及污泥脫水等步驟，但該工藝Cl-脫除能力有限。目前脫硫廢水主要采用物化沉淀法處理[8-10]，但該工藝存在藥品種類(lèi)多、部分水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)困難、處理出水含鹽量高、直接排放易造成二次污染等缺點(diǎn)。

京能(錫林郭勒)發(fā)電有限公司一期2×660 MW機(jī)組選用石灰石-石膏濕式煙氣脫硫(FGD)工藝，在減輕大氣污染的同時(shí)也產(chǎn)生一定量的脫硫廢水，本文闡述了傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝中存在的問(wèn)題和不足，采用添加石灰石漿(Ca(OH)2)調(diào)節(jié)pH值后，僅加入高效絮凝劑(GX)即可實(shí)現(xiàn)高效的絮凝沉淀。同時(shí)通過(guò)改良廢水處理設(shè)備的三聯(lián)箱(中和箱、沉降箱、絮凝箱)，優(yōu)化處理工藝條件，提高脫硫廢水的處理效果，完全滿足廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，為火電廠脫硫廢水處理提供了工藝和數(shù)據(jù)參考。

1 脫硫廢水處理

1.1 常規(guī)石灰石濕法脫硫廢水處理工藝

中和—沉降—絮凝—澄清法是目前眾多燃煤火電機(jī)組處理脫硫廢水的主要工藝方法，該法的工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝流程Fig.1 Treatment of traditional desulfurization wastewater

煙氣脫硫(FGD)廢水經(jīng)廢水旋流器進(jìn)入廢水處理“三聯(lián)箱”(中和箱、沉降箱、絮凝箱)，通過(guò)在不同的處理箱內(nèi)依次加入石灰乳、有機(jī)硫、混凝劑助凝劑等，完成廢水的pH值調(diào)節(jié)、飽和硫酸鈣結(jié)晶和析出、絮凝反應(yīng)等。廢水經(jīng)出口管道自流至澄清/濃縮池中，大分子絮凝體逐漸沉淀于澄清/濃縮池，經(jīng)底部回流的部分泥渣進(jìn)入三聯(lián)箱后，加快反應(yīng)沉淀速率[10-12]，多余的污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，清水上升至頂部通過(guò)環(huán)形三角溢流堰自流至清水池。廢水從三聯(lián)箱自流出時(shí)為進(jìn)一步促進(jìn)絮凝和沉降，在三聯(lián)箱出水中加入助凝劑，通過(guò)管道混合器混合，達(dá)到更好的處理效果。

1.2 新型石灰石濕法脫硫廢水處理工藝

與較傳統(tǒng)脫硫廢水處理相似，F(xiàn)GD脫硫廢水收集在廢水調(diào)節(jié)池后，通過(guò)廢水提升泵輸送至帶攪拌器的三聯(lián)箱內(nèi)的中和室，同時(shí)從加藥系統(tǒng)中抽取熟石灰漿液(Ca(OH)2)，按pH值和流量比例加入中和室進(jìn)行堿化處理，通過(guò)設(shè)定最優(yōu)的pH值范圍，使部分重金屬以氫氧化物的形式沉淀出來(lái)，但鎘和汞等重金屬離子不能以氫氧化物的形式完全沉淀出來(lái)[13-14]。因此中和箱的第2個(gè)隔間內(nèi)，根據(jù)廢水流量適當(dāng)添加高效絮凝劑(GX)，使鎘和汞等重金屬以微溶的化合物沉淀出來(lái)，形成易于沉降的大粒子絮凝物[15]。三聯(lián)箱中反應(yīng)后的廢液進(jìn)入澄清/濃縮池完成沉淀分離，分離后的上層凈化水，溢流進(jìn)入清水箱，底層濃縮污泥通過(guò)污泥輸送泵加壓進(jìn)入廂式壓濾機(jī)或離心脫水機(jī)機(jī)械脫水，然后裝車(chē)外運(yùn)灰場(chǎng)，濾液送回廢水緩沖池進(jìn)行重新處理[12]。新型脫硫廢水的處理工藝如圖2所示。三聯(lián)箱的中和箱分成2個(gè)小反應(yīng)室，第1個(gè)反應(yīng)室中加入石灰漿液(Ca(OH)2)對(duì)廢水進(jìn)行堿化處理，第2個(gè)反應(yīng)室中加入高效絮凝劑(GX)后通過(guò)高速攪拌產(chǎn)生渦旋向心力與待處理污水充分混合，降至低轉(zhuǎn)速至礬花迅速長(zhǎng)大，最終實(shí)現(xiàn)迅速沉淀。

圖2 新型廢水處理的工藝流程Fig.2 Treatment of new desulfurization wastewater

2 運(yùn)行參數(shù)的確定與討論

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)及分析方法

2.1.1 脫硫廢水水質(zhì)及監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

濕式煙氣脫硫廢水取自京能(錫林郭勒)發(fā)電有限公司，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的水質(zhì)指標(biāo)，并與《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T 997—2006)的控制要求對(duì)比(表1)。

表1 脫硫廢水進(jìn)水水質(zhì)和控制標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Influent water quality and control standard of FGD wastewater

注:除pH值外，其他指標(biāo)單位均為 mg/L。

2.1.2 取樣及分析計(jì)算方法

在脫硫廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水口取樣，取樣在2 h內(nèi)釆集完畢并混合均勻，連續(xù)取樣或間隔取樣均可，間隔取樣至少等量選取5個(gè)樣品，且最小取樣間隔不得少于5 min。

懸浮物SS去除率計(jì)算公式為

(1)

式中，H為懸浮物SS去除率;S0為未加試劑前懸浮物SS含量;S1為添加試劑后懸浮物SS的含量。

2.2 運(yùn)行參數(shù)的確定

2.2.1 絮凝劑的選擇和用量

由于濕式煙氣脫硫廢水中的懸浮物(SS)含量很高(5 000～10 300 mg/L)，故絮凝劑以廢水中懸浮物的去除率為參照來(lái)選擇。本試驗(yàn)主要是在傳統(tǒng)廢水處理所使用的硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、聚合硫酸鋁鐵(PAFS)及聚丙烯酰胺(PAM)、“水夢(mèng)”高效絮凝劑(GX)之間選擇 SS 去除率較高的絮凝劑，同時(shí)考察不同試劑用量的絮凝劑對(duì)SS 去除率的影響。

在250 mL的燒杯中加入200 mL脫硫廢水，定位在六聯(lián)攪拌器上，邊攪拌邊加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的絮凝劑，控制轉(zhuǎn)速為200 r/min，絮凝靜置20 min后，觀察并測(cè)定上清液SS的含量，計(jì)算SS去除率，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同試劑對(duì)脫硫廢水中懸浮去除率的影響Fig.3 Effect of different reagents on removal rate of SS from desulfurization wastewater

由圖3可以得出，靜置20 min后，聚合硫酸鋁鐵(PAFS)及聚丙烯酰胺(PAM)加入量較少時(shí)，較難形成有效的絮凝體，對(duì)廢水中的重金屬、懸浮物等大分子吸附效果較差;當(dāng)聚合硫酸鋁鐵(PAFS)添加量為3%，聚丙烯酰胺(PAM)添加量為2%時(shí)，在廢水中形成高分子，具有良好的絮凝作用，有效降低了液體間的摩擦阻力，具有較好的去除懸浮物效果[13-15]。硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)加入量均為10%時(shí)絮凝效果較好。但這些試劑的懸浮物去除率均低于高效絮凝劑(GX)，這是由于GX自身具有較好的水溶性，在廢水中溶解后能形成較多的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)大分子鏈間機(jī)械的纏結(jié)和氫鍵共同作用形成較多的網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)，對(duì)水中懸浮物進(jìn)行“網(wǎng)捕”，極大降低廢水的濁度，溶水后的大分子具有較高的極性，能吸附水中的帶電粒子，達(dá)到較好的凈水效果。因而最終選定高效絮凝劑(GX)為廢水絮凝劑，最佳添加量為11%。

2.2.2 GX處理脫硫廢水工藝

由于影響絮凝劑絮凝效果的因素較多，本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)的方法確定最佳因素，在眾多因素中選擇pH值、攪拌速度、靜置時(shí)間3個(gè)影響因子，以保證處理預(yù)期的效果(表2)。

表2 高效絮凝劑(GX)正交試驗(yàn)因素及水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experimentof GX

在250 mL的燒杯中加入 200 mL 的濕式煙氣脫硫廢水，用石灰漿液(Ca(OH)2)調(diào)節(jié)不同的pH值后，邊攪拌邊加入11%的高效絮凝劑(GX)，控制攪拌速度，靜置一定時(shí)間后，取其上清液，測(cè)定SS含量、硫化物含量、COD值，并計(jì)算SS去除率、硫化物去除率、COD去除率,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水的正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal experimental results of with GX desulfurization wastewater

注:T為硫離子去除率;M為COD去除率。

由表3可以得出，在pH值、攪拌速度、靜置時(shí)間3個(gè)因素中，主要的影響因素為pH值，各因素主次關(guān)系為:pH值>攪拌速度>靜置時(shí)間。分析原因主要是在pH=5時(shí)，促進(jìn)了高效絮凝劑GX在水中的溶解，形成大分子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)pH=5能促進(jìn)大分子間氫鍵的形成和作用，提高了分子的極性。大分子的絮凝劑分子與廢水中的膠體、懸浮物在極性電荷的作用下相互吸引，形成網(wǎng)狀支鏈，促使大分子網(wǎng)捕水中的懸浮物，絮凝體不斷增大，形成絮凝橋，降低廢水機(jī)械阻力的同時(shí)也對(duì)廢水起到過(guò)濾作用。較大的絮凝體在不同電荷的作用下，雙電層壓縮后凝聚沉淀，最終達(dá)到較好的處理效果。因而確定適宜的工藝條件為:加入石灰漿液調(diào)節(jié)pH=5后，加入11%高效絮凝劑GX，控制轉(zhuǎn)速200 r/min，絮凝后靜置10 min。處理后廢水中的硫離子含量小于 1.0 mg/L，同時(shí)COD也可滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 GX處理脫硫廢水后的排放檢測(cè)

根據(jù)2.2.2節(jié)確定的工藝條件，檢測(cè)處理后廢水中的pH值及氟化物(F-)、總鎘(Cd)、總鉛(Pb)、總鉻(Cr)的含量(表4)。

表4 高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水結(jié)果Table 4 Treatment results of desulfurizationwastewater with GX

由表4可以看出，處理后重金屬含量可滿足(DL/T 997—2006)的排放標(biāo)準(zhǔn)，由于重金屬離子在200 r/min的攪拌速度下切割、碰撞、反彈，與生成的絮凝體接觸，同時(shí)離心慣性效應(yīng)成倍放大，大幅度增加了顆粒碰撞次數(shù)，促進(jìn)了絮凝體增大，因而對(duì)重金屬離子的去除效果較好。

3 結(jié) 論

1)通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、聚合硫酸鋁鐵(PAFS)、聚丙烯酰胺(PAM)及高效絮凝劑(GX)對(duì)脫硫廢水懸浮物(SS)的去除率，添加量為11%的高效絮凝劑(GX)對(duì)脫硫廢水的懸浮物(SS)去除率效果較好。

2)正交試驗(yàn)確定高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水的適宜合成條件為:pH=5，GX的投加量為11%時(shí)，攪拌速度為200 r/min后，靜置時(shí)間10 min，可達(dá)到較好的去除SS、硫離子、COD的效果。

3)通過(guò)對(duì)處理后廢水中氟化物(F-)、總鎘(Cd)、總鉛(Pb)、總鉻(Cr)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，處理后的廢水滿足DL/T 997—2006的排放標(biāo)準(zhǔn)。