混凝法對火力發電廠脫硫廢水懸浮物粒徑分布的影響研究

＊龐振東 高良敏 查甫更 陳曉晴

（1.安徽省淮南生態環境監測中心 安徽 232001 2.安徽理工大學地球與環境學院 安徽 232001）

引言

目前，火力發電廠的脫硫系統多采用石灰石（石灰）-石膏濕法煙氣脫硫技術，脫硫效率一般超過95%[1]，該方法具有低成本、高效率的特點。其工藝的吸收劑采用粉末狀的石灰石或石灰，與煙氣中的SO2反應生成CaSO3和CaSO4[2-4]。脫硫廢水來源主要包括石膏漿液溢流液、沖洗水和各種工藝水，脫硫廢水的水質較復雜，需要經過處理后才能夠達標排放或回用。

脫硫廢水的水質特點為：水質呈弱酸性，pH值為4.0～6.0；COD、氟化物、重金屬超標，如As、Hg、Pb等；鹽分含量較高，含大量SO42-、SO32-、Cl-、F-等離子，其中Cl-的質量分數約為4%，懸浮物主要來自燃煤煙氣中的雜質和吸收漿液中的難溶鹽沉淀物等。懸浮物的濃度較高，可達7000～20000mg/L[5-6]，因此處理難度很大。

針對脫硫廢水懸浮物含量高、沉降性能差等特點，本研究采用了不同種類的混凝劑（混凝劑聚丙烯酰胺（PAM）、聚合硫酸鐵（SPFS）和助凝劑硅藻土、活性炭）組合、采用不同混凝劑濃度梯度進行一系列實驗，以確定混凝工藝處理燃煤電廠脫硫廢水懸浮物的混凝劑、助凝劑的最佳組合，并探究其對脫硫廢水處理過程中懸浮物粒徑分布的影響。通過研究處理后脫硫廢水懸浮物粒徑分布的變化特征，探討混凝劑種類和濃度梯度等因素對燃煤電廠脫硫廢水中懸浮物的去除效果。

1.實驗材料與方法

(1)采樣與預處理

2019年1月11日，在脫硫廢水沉降性能差的天津盤山電廠采集了初沉池進水，采集前，脫硫廢水懸浮物沉降性能差，經電廠脫硫廢水工藝處理后，水質無法達到相關要求。經前期調研，主要原因是由于燃煤電廠脫硫廢水中懸浮物粒徑微小，通過常規混凝法處理有一定難度。

圖1 原水靜置60min后

預處理：將采集回來的水樣攪勻后，倒入實驗室模擬初沉池，靜置60min后，將上清液轉移到水箱中備用。

(2)實驗

實驗所用儀器與設備見表1。

表1 實驗所用儀器表

①混凝劑種類及濃度對懸浮物粒徑分布實驗

用5個1L燒杯分別裝入1L預處理后的燃煤電廠脫硫廢水，用HCl或NaOH調節pH至9.0，再分別加入不同濃度的PAM或SPFS，以及40mg/L的硅藻土3mL，混凝劑PAM濃度分別為1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L，混凝劑SPFS濃度分別為20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L；設置好程控混凝攪拌儀的運行程序，以快速（250r/min）攪拌1min、慢速（50r/min）攪拌6min；攪拌結束后，沉淀30min，取沉淀后的底泥用激光粒度分析儀（RISE-2006）進行粒度分析。

②助凝劑對懸浮物粒徑分布實驗

圖2 實驗過程圖

用5個1000mL的PVC燒杯、分別裝入1000mL預處理后脫硫廢水，加HCl或NaOH調節pH至9.0，向5個儀器的加藥管中分別加入不同濃度的助凝劑硅藻土或活性炭和40mg/L的SPFS，硅藻土濃度分別為20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L，活性炭濃度分別為10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L；設置好程控混凝攪拌儀的運行程序，以快速（250r/min）攪拌1min、慢速（50r/min）攪拌6min；攪拌結束后，沉淀30min，取沉淀后的底泥進行粒度分析。

2.結果分析

根據粒徑分布中的D10、D50、D90、Dav等參數表示對脫硫廢水中懸浮物的沉降效果（D10為粒度分布中占10%對應的粒徑；D50為粒度分布中占50%對應的粒徑，又稱中位徑；D90為粒度分布中占90%對應的粒徑；Dav為平均粒徑）。

(1)混凝劑對懸浮物粒徑分布的影響

以PAM為混凝劑，當廢水中PAM濃度在1～4mg/L時，PAM通過壓縮雙電層、吸附架橋、網捕的共同作用下，破壞顆粒物膠體的穩定性，使顆粒物聚集在一起，廢水中的懸浮物粒徑呈現先減小后增大的趨勢。當廢水中PAM濃度大于4mg/L時，顆粒物膠體的穩定性已經完全破壞，顆粒物已經完全聚集在一起，廢水中的懸浮物粒徑呈現穩定趨勢。因此，PAM濃度在4mg/L時，廢水中的懸浮物的沉降性能達到最佳。

以SPFS為混凝劑，當廢水中SPFS濃度在20～60mg/L時，SPFS通過壓縮雙電層、吸附架橋、網捕的共同作用下，破壞顆粒物膠體的穩定性，使顆粒物聚集在一起，廢水中的懸浮物粒徑呈現先增大后減小的趨勢。當廢水中SPFS濃度大于60mg/L時，顆粒物膠體的穩定性已經完全破壞，顆粒物已經完全聚集在一起，廢水中的懸浮物粒徑呈現穩定趨勢。因此，SPFS濃度在60mg/L時，廢水中的懸浮物的沉降性能最佳。

圖3中兩張圖結合來看脫硫廢水的懸浮物去除效果比較，以混凝劑SPFS處理后的粒徑分布為基準1，經PAM處理后的粒徑分布與SPFS處理后的粒徑分布的比值分別為12.637（D10）、36.245（D50）、36.092（D90）、30.278（Dav），說明PAM與SPFS的處理效果存在顯著性差異。混凝劑用量少時，電中和、架橋及網捕等作用較弱，產生的絮體體積較小；混凝劑用量較多時，會造成水中正負電荷量不平衡，過多相同電荷間會產生排斥作用。

圖3 混凝劑處理后的懸浮物粒徑分布圖

(2)助凝劑對懸浮物粒徑分布的影響

由圖4可知，不同的助凝劑對懸浮物粒徑分布影響呈現出不同的變化。以硅藻土為助凝劑，當廢水中硅藻土濃度在20～40mg/L時，硅藻土細小顆粒的多孔結構吸附廢水中的細小懸浮顆粒，小顆粒變成大顆粒，廢水中的懸浮物粒徑呈現顯著增大趨勢。當廢水中硅藻土濃度大于40mg/L時，廢水中的細小懸浮顆粒已經被完全吸附在活性炭顆粒上，剩余的硅藻土顆粒對廢水中懸浮物的粒徑分布沒有顯著影響，廢水中的懸浮物粒徑呈現穩定趨勢。因此，硅藻土濃度在40mg/L時，廢水中的懸浮物的沉降性能最佳。

圖4 助凝劑處理后的懸浮物粒徑分布圖

以活性炭為助凝劑，當廢水中活性炭濃度在10～30mg/L時，活性炭細小顆粒的多孔結構吸附廢水中的細小懸浮顆粒，小顆粒變成大顆粒，廢水中的懸浮物粒徑呈現顯著增大趨勢。當活性炭濃度大于30mg/L時，吸附達到飽和，廢水中的細小懸浮顆粒已經被完全吸附在活性炭顆粒上，剩余的活性炭細小顆粒影響廢水中懸浮物的粒徑分布。廢水中的懸浮物粒徑呈現減小趨勢。因此，活性炭濃度在30mg/L時，廢水中的懸浮物的沉降性能最佳。

以助凝劑活性炭處理后的粒徑分布為基準1，經硅藻土處理后的粒徑分布與活性炭處理后的粒徑分布的比值分別為1.297（D10）、23.368（D50）、22.522（D90）、17.122（Dav），說明硅藻土與活性炭的處理效果存在顯著性差異。硅藻土對濁度的去除效果最好，形成的絮體較大。

3.結論

（1）混凝法處理燃煤電廠脫硫廢水，混凝劑的最佳濃度分別是：PAM最佳濃度4mg/L，SPFS最佳濃度60mg/L；助凝劑的最佳濃度分別為：硅藻土最佳濃度40mg/L，活性炭最佳濃度30mg/L。

（2）混凝法處理燃煤電廠脫硫廢水懸浮物的最佳組合為：PAM（4mg/L）+硅藻土（40mg/L）。