濕法煙氣脫硫漿液TDS調控實驗研究

孟維亮 華繼洲 王慧興

摘 要：某廠利用工業廢水作為濕法煙氣脫硫漿液TDS調控原料廢水，為了解決的濾液水TDS濃度過高、脫硫廢水處理難度增大的問題，開展實驗研究。對該廠脫硫濾液水成分進行測定，設計實驗對濾液水中TDS進行沉淀，設計濾液水回用工藝，并結合現有技術提出脫硫廢水零排放技術方案。結果表明，濾液水中TDS主要成分為SO42-、Cl-、Na+、Mg2+、K+、Ca2+等，這六種物質占漿液中可溶性固體總量的92.8%;用Ca（OH）2對滲濾液中的SO42-進行沉淀測試，確定了SO42-沉淀的最佳反應條件，沉淀試驗結果表明，在試驗溫度為20℃，反應時間50min，投料比1.6：1時，Ca（OH）2對滲濾液中的SO42-沉淀效率效果最好，沉淀效率高達85%。利用本文提出的工藝方法，該廠增設沉淀池可以對濾液水進行回用，實現對工廠滲濾液廢水達標排放。

關鍵詞：脫硫漿液;TDS調控;SO42-;沉淀實驗;廢水零排放

0 引言

火力發電行業石灰石--石膏濕法煙氣脫硫（FGD，Flue Gas Desulfurization）產生的廢水成分復雜，處理難度較高[1]，產生的廢水呈弱酸性，懸浮物和可溶解性固體總量較高，且重金屬超標，對處理技術要求較高[2]，處理費用較高，受到廣泛關注[3]。尤其對于火電廠中水系統回用脫硫塔、白泥/電石渣/鋼渣濕法煙氣脫硫、含堿工業廢水脫硫的FGD系統，其廢水水質更為復雜。

本文對脫硫漿液成分進行測定，改進工藝對脫硫漿液進行處理，對處理后的漿液進行回用，通過當前市場上常見的對脫硫廢水處理工藝進行分析，提出脫硫廢水的處理方法。

1 脫硫漿液成分測定

真空皮帶機脫除處理后濾液水中總懸浮固體（Total suspended solid，TSS）質量濃度為11 932mg/L，在正常范圍內，但溶解性總固體（TDS）質量濃度可達90 340mg/L，遠高于常規脫硫廢水的濃度。

脫硫漿液TDS主要的污染成分是硫酸根離子（SO42-）、氯離子（Cl-）、鈉離子（Na+）、鎂離子（Mg2+）、鉀離子（K+）、鈣離子（Ca2+）等，且占比高達92.8%，其中以硫酸根離子的占比最高，約為TDS總量的69%。

真空皮帶機脫除處理后濾液水中氯離子濃度為3000mg/L，

遠遠低于石灰石--石膏濕法煙氣脫硫技術對氯離子的排放限值。

考慮對廢水中硫酸鹽進行脫除，實現滲濾水的再生利用，并通過廢水處理后用于制漿工藝，在塔外沉淀硫酸鹽，完成塔外脫硫過程，排出的廢水經過試驗設計的脫硫蒸發技術，實現對該工廠的硫酸根離子的沉淀去除。

2 實驗原理

當前對工業廢水中的硫酸根（SO42-）進行脫除時通常會選用BaCl2溶液，但BaCl2在脫除SO42-的同時會給廢水中引入Cl-，難以使污染成分全部去除。且BaCl2費用較高，脫硫廢水產生量較大，處理費用也會大大提高，且Ba屬于重金屬，容易帶來重金屬二次污染，也使后續脫硫廢水治理成本提高。經觀察，該工廠生產廢水Mg2+較多，可以借助

Ca（OH）2對廢水中的Mg2+實現沉淀脫除，且還能沉淀部分Na+、K+。

溶度積是指難溶解的電解質在一定溫度下會達成溶解平衡，通常用飽和溶液中的離子濃度的冪乘積表達，通常用KSP表示溶度積，用其表示電解質在溶劑中的溶解能力。在25℃時，Ca（OH）2溶液KSP①/KSP②=0.102，KSP①/KSP③=4.18×105時，達到溶解平衡，此時溶液中大部分為Ca（OH）2。

3 實驗藥品與方法

3.1 實驗藥品與裝置

實驗廢水置于500mL燒杯作為反應裝置;

磁力攪拌器型號為DF-101S（集熱恒溫加熱設備，溫度調控范圍在20-80℃）;

抽濾裝置采用0.45μm的水相微孔濾膜;

慢速定量濾紙;

實驗用水用實驗所用水為超純水，采用高純水制備機制備;

實驗藥劑氫氧化鈣（Ca（OH）2）的純度為95%，無水硫酸鈉（Na2SO4）、硫酸鎂（MgSO4）、硫酸鉀（K2SO4）純度均≥99.0%。

3.2 實驗方法

按照溶液配制方法分別配制250mL 0.5mol/L的硫酸鈉（Na2SO4）溶液、硫酸鎂（MgSO4）溶液和硫酸鉀（K2SO4）溶液，并分別置于500mL燒杯的反應裝置中。通過磁力攪拌器設置不同的水浴溫度，并往反應裝置中加入一定量的Ca（OH）2，待反應一段時間后，采用氯化鋇對反應裝置上清液中的SO42-進行測定，確定反應后的溶液中硫酸根的量。

在試驗過程中根據試驗溫度、試驗時間以及投加的Ca（OH）2對硫酸根的沉淀率進行測定，并對實驗結束后的溶液pH值進行測定。實驗室測定結束后，取工廠脫硫滲濾液5份進行測試，設定不同溫度、不同反應時間、不同投料比下硫酸根離子的沉淀效果。

4 結果與討論

4.1 反應溫度

對磁力攪拌器攪拌速率進行固定，測定反應時間為30min，投料比為1：1時的硫酸根沉淀效率，反應過程中測定20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃時Ca（OH）2對硫酸鈉溶液、硫酸鎂溶液和硫酸鉀溶液的沉淀的沉淀效果。

經測定，在20℃時，硫酸根的沉淀效率最高，Na2SO4、

MgSO4、K2SO4的沉淀率分別為30.5%，2.6%，95.1%。因此，在工廠生產時可以設立獨立的滲濾液沉淀池，通過引入自然降溫方式，降低廢水溫度至20℃后，再加入Ca（OH）2，去除鎂離子，再采用溢流方式，使沉淀結束后的上清液進入脫硫系統實現廢水回用。

4.2 投料比

對磁力攪拌器攪拌速率進行固定，固定反應時間為30min，反應溫度為20℃，投料比進行變化，實驗中Ca（OH）2

投料比為1：1、1.2：1、1.4：1、1.6：1、1.8：1、2：1，測定Ca（OH）2

對硫酸鈉溶液、硫酸鎂溶液和硫酸鉀溶液的沉淀效果。

隨投料比的增大，Ca（OH）2對Na2SO4、MgSO4、K2SO4沉淀效果逐漸提升，當投料比為1.2：1時，鎂離子完全沉淀，沉淀率達99.6%;硫酸鈣（CaSO4）是微溶物，隨著Ca（OH）2投料量不斷增加，Na2SO4和K2SO4的沉淀效率也得到快速提高，當投料比1：1時，Na2SO4和K2SO4的沉淀率分別為30.5%和32.6%，投料比為1.6：1時，Na2SO4和K2SO4的沉淀率分別為41.5%和45.6%。

雖然投加量增加，沉淀效率也相應提升，但提升效果并不明顯，因此投料比過高并不適用，需要控制在1.6：1較為適宜。

4.3 反應時間

對磁力攪拌器攪拌速率進行固定，反應溫度為20℃，投料比1：6，改變反應時間分別為10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min，測定Ca（OH）2對對硫酸鈉溶液、硫酸鎂溶液和硫酸鉀溶液的沉淀效果。

隨反應時間的增長，沉淀率明顯增加。實驗數據顯示，反應時間為10min時，Na2SO4、MgSO4、K2SO4的硫酸根沉淀率分別為21.2%、90.1%和22.1%;反應時間為30min時，MgSO4100%完全沉淀;反應時間為50min時，Na2SO4、K2SO4的沉淀率分別為53.9%、55.3%;隨著反應時間增加，后續的沉淀率增加效果不明顯。因此，最佳反應時間應為50～60min為宜。

4.4脫硫濾液水SO42-沉淀

對磁力攪拌器攪拌速率進行固定，反應溫度為20℃，投料比1：6，反應時間50min，測定Ca（OH）2對該工廠的脫硫濾液水中SO42-的沉淀效果，實驗測定了5份濾液水，其硫酸根濃度分別為0.64～0.85mol/L，經測定對脫硫濾液水的硫酸根去除率高達85%。

當廢水中鎂離子的濃度高時，硫酸根去除率較高;而當鉀離子和鈉離子濃度較高時，硫酸根去除率較低，大概為50%-60%。

因此，在該廠鎂離子濃度較高的前提下，考慮采用廢水煙道蒸發工藝能夠在實現脫離廢水零排放的基礎下更高效降低處理成本。

5 脫硫廢水煙道蒸發

該廠空預器后煙氣溫度為140～160℃，可以借助空預器溫度對廢水蒸發處理，引入廢水泵把廢水經噴嘴噴入空預器煙道，實現廢水蒸發。

首先，將Ca（OH）2投入沉淀池去除硫酸根，并對廢水中的鎂離子、鈉離子和鉀離子進行沉淀，如廢水中鈉和鉀含量高時，則利用含堿工藝廢水調節pH，直至蒸發干。調節蒸發區pH到9，利用廢水泵把混合廢水通過氣液兩相流噴嘴泵入空預器的煙道，調節pH值的目的是降低Cl、F等離子蒸發過程中的揮發量，避免煙道腐蝕，同時吸收煙氣中的部分SO3。

6 結論

本文對某廠脫硫廢水中TDS沉淀和廢水蒸發進行調控試驗，并最終實現該廠脫硫廢水的再生利用，并利用煙道蒸發技術達到脫硫廢水零排放，該實驗得出以下結論：

①投料比增加，則Na2SO4和K2SO4的沉淀率也隨之提升，當投料比為1.6：1時，沉淀率最優;在投料比為1：2時，MgSO4基本完全沉淀;

②反應時間越長，Na2SO4和K2SO4的沉淀率也不斷提高，但在反應時間50min后增加效果不明顯;在反應時間30min時，MgSO4完全沉淀;

③用Ca（OH）2對脫硫濾液水進行沉淀，反應溫度為20℃，反應時間為50min，投料比1.6：1時，SO42-沉淀效率可達85%以上。

參考文獻：

[1]劉海洋，江澄宇，谷小兵，等.燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理技術進展[J].環境工，2016（04）：33-36.

[2]胡石，丁紹峰，樊兆世.燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝研究[J].潔凈煤技術，2015，21（02）：129-133.

[3]楊躍傘，苑志華，張凈瑞，等.燃煤電廠脫硫廢水零排放技術研究進展[J].水處理技術，2017，43（06）：29-33.

作者簡介：

孟維亮（1984- ），男，河北邯鄲人，理學碩士，邯鄲市環境保護研究所工程師，研究方向：環保。

華繼洲（1992- ），男，河北邯鄲人，工程碩士，邯鄲市環境督查中心工程師，研究方向：大氣、水污染控制。

王慧興（1984- ），男，河北邯鄲人，工學碩士，大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司工程師，研究方向：鍋爐。基金項目：

邯鄲市科學技術研究與發展項目“基于遙感影像和環境監測數據的可視化治霾監測技術研究”（項目編號：1521109072-8）。

邯鄲市科學技術研究與發展項目“邯鄲市揚塵污染時空分布特征及污染熱點研究”（項目編號：1723209003ZC）的研究成果。