氧化鎂濕法脫硫廢水處理技術研究

劉維平

（長沙環境保護職業技術學院，長沙 410004）

現階段，我國環境污染形勢依然十分嚴峻，而工業廢水是我國水環境的重要污染源之一。新時期，隨著國家對環境保護的不斷重視、環保執法力度加強以及污水處理技術的不斷成熟，我國工業廢水排放量逐年減少，從2011年的230.9億t減至2016年的186.4億t。但是，工業廢水排放量依然龐大，其危害也遠高于生活污水，我國在廢水處理方面依然面臨嚴峻的挑戰。如何科學地處理工業廢水成為水污染防治的關鍵，因此本文重點對氧化鎂濕法脫硫廢水處理技術進行研究。

1 氧化鎂濕法脫硫技術的發展

氧化鎂濕法脫硫技術主要利用氧化鎂的漿液即氫氧化鎂吸收工業企業排放的煙氣中的二氧化硫。利用該工藝進行廢水處理的方法主要包括化學凈化、生物凈化以及物理凈化3種。其中，物理凈化是指污染物被排入水體后，經過水流的擴散作用被混合和稀釋，隨后通過沉淀和揮發降低其在水體中的濃度，這種凈化方法利用污染物的沉淀和揮發性質，因此凈化效果不完全；化學凈化是利用污染物與水中溶解氧可能發生的化合反應、分解反應、中和反應以及氧化還原反應等使其絡合、凝聚、吸附，降低污染物排入水中后的毒性和濃度；生物凈化是利用水中原有的微生物在各種自身分泌的酶的催化下，與污染物發生生物化學反應，從而將污染物轉化為難溶解物或無毒無污染的物質，這種水體自凈過程極大地減輕了人工凈化廢水的負擔。使用生物凈化方法處理廢水的判斷指標，如表1所示。

表1 生物處理廢水判斷指標

濕法脫硫技術中，氧化鎂法是僅次鈣法的一種主要脫硫方法。據調查，20世紀70年代美國的開米科公司最先開發出利用氧化鎂進行濕法脫硫的工藝。隨后，United & Constructor與費城電力公司共同合作完成了再生法氧化鎂脫硫技術的研究。在使用3臺機組試運行幾千小時后進行了完整的2個氧化鎂及FCD系統全規模再生系統建設，并成功在20世紀80年代投入運行，該系統運行到現在，效果良好。1992年以后，美國直接將該系統的反應產物——硫酸鎂進行對外銷售，停止運行硫酸制造廠。中國臺灣和韓國的氧化鎂濕法脫硫技術也逐漸開始發展，據統計，中國臺灣使用氧化鎂法脫硫的電站已經達到95%。

國內的氧化鎂濕法脫硫較國外起步較晚。目前，國內應用氧化鎂濕法脫硫規模較大的主要有太鋼發電廠、中石化儀征化纖熱電廠、魯北化工發電廠等燒結機廠和電廠。鎂法濕式脫硫技術工藝又包括硫酸鎂/氧化鎂拋棄法、亞硫酸鎂法/氧化鎂、氧化鎂/硫酸鎂回收法等多種方法。本文主要介紹的是應用規模較大、前景較為廣闊的氧化鎂/亞硫酸鎂工藝中的廢水處理工藝。

2 脫硫廢水處理技術概況

2.1 工業廢水的特點

工業廢水主要指的是企業在生產過程中產生的具有污染性質的廢液和廢水，主要包括含有工業生產副產品、生產用料、中間產物以及后續產生污染物的生產污水以及生產廢水。由于工業生產的迅猛發展，目前工業廢水的數量以及種類都不斷增加，對水環境的污染也日趨嚴重和廣泛，嚴重威脅人體健康。

相對于城市中的生活污水，工業廢水的處理更為重要，它的性質和污染物成分具有以下特點：不同行業所產生的工業廢水性質及成分差異較大，研究起來極為復雜；污染物濃度分布范圍較廣，濃度低的只有幾毫克每升，濃度高的能達到幾十萬毫克每升，波動幅度較大；其中含有較高濃度的難降解物質，種類繁多，處理手段不同；由于各個地區、各個行業的水質標準差別較大，處理目標即處理出水去向均不一致。

2.2 脫硫廢水處理技術

當前，雖然很多工廠都配備有脫硫廢水處理系統，但是國內對于廢水脫硫處理工藝的研究才剛剛起步，主要利用石灰石/石膏法進行脫硫廢水處理，對于鎂法脫硫廢水處理的研究還很少，理論并不成熟。因此，現在鎂法脫硫廢水處理的流程大都借鑒石灰石/石膏法的處理經驗。

在工業生產中，為了保證脫硫裝置中可溶物及副產品濃度不超過安全規定，維持漿液循環系統的物質平衡，要排出一定廢水。因此，沒有進行預處理的脫硫廢水都來自裝置吸收塔中的排水。其中，脫硫廢水的質量取決于裝置吸收塔漿液中的SO42-及Cl-的質量濃度、煙氣中的HF和HCl的濃度以及漿液用水的水質等因素。當進入裝置吸收塔中的煙氣固定時，系統排放的廢水量由下述條件決定。

（1）煙氣中的HF和HCl的濃度是決定系統排放的廢水量的因素之一。其主要來源于機械組燃燒的煤。煤中含有的F-和Cl-離子越多，煙氣中含有的HF和HCL分子質量濃度就越高，系統排放的廢水量也就越大。

（2）裝置吸收塔漿液中的SO42-及Cl-的質量濃度是決定系統的廢水排放量的關鍵。綜合過往的處理經驗，脫硫廢水中的Cl-離子最佳質量濃度應該控制在15～25 g/L。因為Cl-離子質量濃度過高，會導致亞硫酸鎂的質量下降，使得系統脫硫效率降低，導致系統的抗腐蝕要求提高，增加經濟成本；相反，如果Cl-離子質量濃度過低，會導致廢水的排放量加大，處理需要的時間和成本加大。

（3）與系統排放的廢水量的其他相關因素主要還有裝置吸收塔漿液中的SO42-及Cl-的質量濃度。其中，SO42-離子的質量濃度過高同上述Cl-離子質量濃度過高相同，都會影響系統的脫硫效率；過低則會加速SO2-離子的氧化反應，使其更多地轉化為SO2-34離子，降低亞硫酸鎂的產量。而由于采用常規的工業生產工藝，水中Cl-離子濃度一般不超過0.2 g/L，遠遠低于排放的脫硫廢水中的Cl-離子濃度，所以影響較小，可以不予考慮[1-3]。

3 氧化鎂濕法脫硫廢水處理技術

氧化鎂濕法脫硫工藝的原理是利用氧化鎂的溶液作為系統吸收劑與排放煙氣中的SO2發生反應的過程。按照反應最終產生的產物不同，這種工藝可以分為2種類型：第一類的最終產物是MgSO4，反應原理是通過氧化鎂的熟化反應，產生一定質量濃度的Mg(OH)2與漿液進行中和吸收，在系統的吸收塔中與二氧化硫發生化學反應產生MgSO3，最后強制氧化為硫酸鎂；第二類的最終產物仍然是MgO，反應原理是氧化鎂的再生技術，抑制MgSO3在氫氧化鈉與二氧化硫的反應過程中的氧化，阻止或減緩MgSO3氧化為MgSO4，而是變為包括3-6結晶水的亞硫酸鎂結晶，然后經過分離、干燥和加熱，還原為氧化鎂和二氧化硫。最終產物可以被脫硫系統重新利用，或者加工成硫磺、硫酸等工業產品。目前，國內對亞硫酸鎂結晶的研究還不完善，所以企業一般采用第一類氧化鎂濕式脫硫工藝。氧化鎂濕法脫硫技術流程如圖1所示[4]。

圖1 氧化鎂濕法脫硫技術流程

氧化鎂濕法脫硫技術中存在嚴重的廢水處理問題，并且各個行業各類生產工序排出的廢水情況及處理方法各有不同，主要的處理措施包括以下幾種。

3.1 中和反應

中和反應是一種復分解反應，原理是酸性物質與堿性物質相互交換組成成分，最后生成水和鹽。反應期間會釋放一定的熱量。在廢水處理問題中應用中和反應，首先要向廢水處理系統的脫硫箱中加入呈現堿性的試劑溶液，使得進行脫硫處理的廢液pH值升高，保持在8.6～9.3，中和廢液中原有的酸性物質，并把廢液中含有的大部分金屬離子（如Zn2+、Fe2+、Cu2+）除去。從成本上考慮，通常加入的堿性試劑溶液選用石灰石、碳酸鈣等。

3.2 沉淀

沉淀是指在化學反應中產生不能溶于反應物所在溶劑的產物。廢水處理時，人們可以利用FeS、Na2S、H2S等硫化劑與不能通過氫氧化物形式沉淀的如Hg+、Cd+的重金屬離子發生反應，使這些重金屬離子沉淀。目前，國內工業生產中最常用的硫化劑為TMT-15有機硫化劑，使用量按照1 m3的廢水處理加入20%的30～60 mL的有機硫化劑溶液的比例進行添加。為了維持系統反應池中的pH值，可以在沉淀箱中安裝在線監測pH儀，實時監測其pH值[5]。

3.3 泥漿脫水處理

在系統中增加泥漿監測裝置，監測池底的污泥，當池底的污泥高度超過對其設定的標準范圍后，超出部分流到緩沖箱，經過加壓送到壓濾板框機進行脫水處理，最后進行裝車運出。

3.4 混凝

混凝主要指的是微型粒子的凝結現象，分為絮凝和凝聚兩種.凝聚指的是利用溶解鹽類使水中的膠體物質和細小的懸浮物相互吸附，然后結合成較大的顆粒，最終沉淀。因為需要處理的脫硫廢液中含有較多的可懸浮物質，為了除去這些物質，化學反應沉淀期間必須同時進行混凝反應處理?；炷^程中產生的絮體不只可以除去懸浮物也可以吸附金屬離子。目前，常用的混凝劑為聚丙烯酰胺或者鐵鹽等高分子物質。

3.5 最終中和

在上述反應進行完畢后，在廢水處理系統的澄清池里，水和固體懸浮物被分開。水中的pH值可能超過9，大于污水排放限值，因此要加入酸性試劑溶液進行中和，將廢液pH值中和到7～8的規定范圍以內，一般使用的酸性試劑為工業鹽酸。

4 結論

當前，我國積極開展水污染控制和治理，這為我國工業廢水處理技術的發展帶來了前所未有的挑戰和機遇，也對工業廢水的治理提出了更高的要求。本文深入研究了氧化鎂濕法脫硫技術及廢水處理技術的原理，分析了其目前的發展狀況。研究結果表明，氧化鎂濕法脫硫廢水處理技術目前在防治水污染和凈化水質方面發揮出巨大的作用，運行成本顯著降低，其值得廣泛推廣。但是，該技術也有許多不足，需要繼續完善，例如，現在的系統需要利用大量的藥劑和能源，雖然該系統可以有效處理廢水中的污染物，但其可能轉化為更難處理的污泥。因此，人們仍需要按照正確的廢水處理思路，不斷完善相關技術，從而更加科學有效地進行廢水處理。