電石渣法脫硫廢水處理系統(tǒng)的技術(shù)革新

楊家軍　王大健　呂紅云

摘 要：隨著電石渣脫硫工藝的逐步推廣，其產(chǎn)生的脫硫廢水處理面臨著很大的困難與挑戰(zhàn)，尤其是電石渣脫硫廢水的懸浮物SS、COD和重金屬含量都非常地高，傳統(tǒng)的脫硫廢水處理工藝已經(jīng)很難滿足處理要求，需要進行技術(shù)革新。經(jīng)優(yōu)化升級后的處理工藝，在傳統(tǒng)技術(shù)工藝路線的基礎(chǔ)上，增加了電絮凝系統(tǒng)和活性炭吸附系統(tǒng)，能夠有效地降低SS、COD、重金屬等各項指標(biāo)，其中COD和重金屬去除效率都在90%以上，完全能夠滿足當(dāng)下日益嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，值得推廣。

關(guān)鍵詞：革新 電絮凝系統(tǒng) 活性炭吸附系統(tǒng) 效率

中圖分類號：X77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0089-03

電石渣是化工廠生產(chǎn)乙炔時排出的廢渣，主要成分是氫氧化鈣，質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常都能達(dá)到80%。目前關(guān)于電石渣濕法脫硫已經(jīng)作為一種成熟煙氣脫硫工藝逐步推廣。電石渣-石膏濕法脫硫較之于傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法脫硫，擁有較多的優(yōu)點，但由于電石渣中雜質(zhì)成分復(fù)雜，除常規(guī)的硅、鐵、鋁、鎂、硫、磷的氧化物或氫化物外，還存在焦炭、有機物酚類和重金屬等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)將在脫硫漿液中累積，最終進入脫硫石膏中，影響脫硫石膏品質(zhì)。為此，系統(tǒng)須及時排出適量的廢水，保證系統(tǒng)的正常運行，其產(chǎn)生的脫硫廢水也有別于傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法脫硫，主要特點是懸浮物SS（15 000～23 000mg/L）、COD（500～700 mg/L）和重金屬（其中Pb、Cr、As達(dá)到20 mg/L，Hg最高達(dá)到40 mg/L）含量極高，因此必須對常規(guī)的脫硫廢水處理工藝進行有針對性的技術(shù)革新，否則水質(zhì)很難達(dá)標(biāo)排放。

1 傳統(tǒng)技術(shù)路線的弊端

傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝包括以下3個部分：曝氣系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)和污泥脫水系統(tǒng)（見圖1）。由于脫硫廢水在進入廢水處理系統(tǒng)之前，已經(jīng)在塔內(nèi)漿池內(nèi)經(jīng)過充的氧化，此時的氧硫比通常高達(dá)2.5，易氧化的還原性物質(zhì)已基本氧化殆盡，剩余的成分已經(jīng)很難再被繼續(xù)氧化，因此后續(xù)的曝氣系統(tǒng)對COD的降低基本沒有任何作用。

其次，在化學(xué)加藥系統(tǒng)中，雖然次氯酸鈉的氧化能力比較高，優(yōu)于曝氣系統(tǒng)對還原性物質(zhì)的氧化，對COD的降低有一定的貢獻(xiàn)作用。然而次氯酸鈉本身極不穩(wěn)定，常溫下極易分解，因此持續(xù)的氧化時間很有限。另外，次氯酸鈉分解產(chǎn)生大量的氯離子，對廢水系統(tǒng)而言，又帶來了新的污染性物質(zhì)，反而得不償失。

最后，在脫水系統(tǒng)中，單單依靠澄清池進行簡單的泥水重力沉降分離，作用比較有限，根本無法滿足SS小于70 mg/L的排放要求，尤其當(dāng)斜板填料出現(xiàn)破損時，超標(biāo)情況更為嚴(yán)重，目前在很多工程實際運行案例中已經(jīng)凸顯出來了。

2 革新后的技術(shù)路線

2.1 工藝優(yōu)化設(shè)計說明

從改進后的工藝流程中，很明顯能夠看出，增加了電絮凝系統(tǒng)和活性炭吸附系統(tǒng)，減少了曝氣系統(tǒng)和次氯酸鈉加藥系統(tǒng)（見圖2）。在此，由于大部分子系統(tǒng)都是非常成熟的工藝，該文將重點闡述技術(shù)革新的系統(tǒng)部分：電絮凝系統(tǒng)、活性炭吸附系統(tǒng)。

脫硫裝置產(chǎn)生的廢水呈弱酸性，含固量約為1%～1.5%。在經(jīng)一系列處理后，廢水中的懸浮物雜質(zhì)、重金屬等得到了去除，廢水得到了澄清，處理過的水達(dá)標(biāo)（一級排放標(biāo)準(zhǔn)）后進行外排。脫硫裝置的廢水連續(xù)排至廢水處理系統(tǒng)，通過以下處理步驟單流程連續(xù)處理。

從FGD系統(tǒng)廢水旋流器溢流出的廢水進入廢水處理系統(tǒng)中，首先匯集到廢水緩沖池內(nèi)，通過該池的緩沖作用，使系統(tǒng)能以穩(wěn)定的流量運行。

然后廢水經(jīng)由廢水提升泵，進入電絮凝系統(tǒng)。在直流電的作用下，鋁或鐵陽極板被溶蝕，產(chǎn)生大量的Al、Fe等離子，再經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以及氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離。同時，帶電的污染物顆粒在電場中泳動，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)聚沉。

在電凝聚系統(tǒng)中，水被電解，生成初生態(tài)的氧和氫，初生態(tài)的氧具有極強的氧化性，可有效降低廢水中的COD，效率一般在90%以上。同時，經(jīng)電絮凝法處理后的廢水可以達(dá)到以下的處理效果：Cr<0.001，去除率最大可達(dá)100%； Ni<0.005，去除率最大也可達(dá)100%；Zn<0.062，去除率可達(dá)57%，其余的重金屬離子也有不同程度的去除效率。

經(jīng)電絮凝法處理后的廢水，依次進入中和箱、反應(yīng)箱、絮凝箱。在中和箱中，廢水的pH值采用投加石灰乳的方式進一步調(diào)節(jié)至9.0～9.5之間，此過程中大部分剩余的重金屬形成微溶的氫氧化物從廢水中沉淀出來。

在中和箱中不能以氫氧化物沉淀重金屬，在反應(yīng)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。

在絮凝箱中，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。

在澄清池中，絮凝物和水得到分離，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，使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；污泥通過污泥循環(huán)泵和污泥輸送泵抽走，澄清水由池周邊溢水槽溢出池體，由泵加壓后，進入活性炭過濾器，再進入下一級pH調(diào)節(jié)箱。

活性炭過濾器，是一種內(nèi)部裝填粗石英砂墊層及優(yōu)質(zhì)活性炭的壓力容器。它的工作是通過炭床來完成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微孔和巨大的比表面積，具有超強的物理吸附能力。當(dāng)廢水通過炭床時，水中的污染物被活性炭有效地吸附。此外活性炭表面非結(jié)晶部分上還有一些含氧管能團，可使通過炭床的水中污染物進一步被吸附，從而更進一步深度去除廢水中的異色，異味，SS和汞，鉛，鎘，鋅，鐵，錳，鉻等重金屬物質(zhì)，還可去除廢水中的砷，硫化物，余氯等高分子化合物。

最后，從活性炭過濾器中出來的澄清水，流入pH調(diào)節(jié)箱中，連續(xù)檢測排放水的pH值，當(dāng)pH值偏高時，向廢水中投入鹽酸，調(diào)節(jié)pH值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后排至清水池貯存待排。

2.2 電絮凝系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)化電絮凝設(shè)備通常由流量調(diào)節(jié)裝置、電解反應(yīng)器、分離裝置、供電電源和控制系統(tǒng)構(gòu)成。其中流量調(diào)節(jié)裝置用以計量和調(diào)節(jié)進入電絮凝裝置的廢水流量；電解反應(yīng)器由一組金屬電極板組成，在通電的情況下電解生成金屬氫氧化物絮體和氫氣，從而產(chǎn)生絮凝氣浮作用；分離裝置則為廢水中污染物通過絮凝氣浮作用進行分離提供了場所，其本質(zhì)是一個氣浮沉淀池，含有撇渣和刮泥裝置，以實現(xiàn)渣（泥）水分離；供電電源是電解反應(yīng)的供電裝置，為電絮凝過程提供直流電流，以完成電解反應(yīng)；控制裝置的主要功能是實現(xiàn)整套電絮凝裝置協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、自動運行。

電絮凝技術(shù)產(chǎn)生初生態(tài)的氧和氫，對COD去除率一般在90%左右，足以保證處理后的脫硫廢水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996一級排放標(biāo)準(zhǔn)中要求的COD≤100的限值，而傳統(tǒng)采用預(yù)曝氣和次氯酸鈉加藥系統(tǒng)的組合工藝，去除效率僅有30%，根本無法達(dá)標(biāo)排放。

電絮凝技術(shù)因其高效的絮凝作用，對于水中的膠體顆粒和各種雜質(zhì)顆粒均可實現(xiàn)非常好的吸附絮凝作用，形成的絮團比投加絮凝劑形成的絮團更大、更密實，從而利于沉降截留從水中分離。電絮凝技術(shù)對于濁度、懸浮物的去除率可達(dá)到90%以上。尤其對于電石渣脫硫廢水中的高達(dá)15 000～23 000 mg/L濃度的懸浮物SS，處理后僅有200 mg/L左右，再配以后續(xù)的加藥絮凝和澄清池沉淀，還可以進一步降低SS指標(biāo)。

2.3 活性炭吸附過濾系統(tǒng)

傳統(tǒng)廢水處理工藝，廢水經(jīng)澄清池沉淀過濾后，調(diào)節(jié)pH值后，便直接排放，其中懸浮物SS經(jīng)常超標(biāo)，根本無法達(dá)到70 mg/L的排放限值要求。此時活性炭吸附器便可作為最后一道屏障，由于活性炭其高效的吸附效率，甚至能遠(yuǎn)低于70 mg/L的排放限值。

活性炭吸附系統(tǒng)由吸附單元組成，包括1臺活性炭吸附器、2臺給水泵、反沖洗單元及就地控制柜及相應(yīng)的管路（含壓力表、脈動阻尼器）、管件、閥門、電纜管、電纜等配件。

3 運行評價

由浙大網(wǎng)新承建的國外某脫硫項目，采用了此廢水處理工藝，該脫硫裝置自2010年6月通過168 h試運行至今已經(jīng)運行近6年之久，在此期間，系統(tǒng)運行良好，各項性能指標(biāo)均滿足且優(yōu)于設(shè)計值，COD≤100，SS≤70 mg/L，重金屬含量也滿足排放限值要求。

4 結(jié)語

隨著我國對環(huán)境保護的日益重視，脫硫廢水排放指標(biāo)也越來越嚴(yán)格，處理后的脫硫廢水水質(zhì)一般都必須達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8978-1996一級排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的廢水處理工藝已經(jīng)不能滿足要求，尤其是對于電石渣法脫硫產(chǎn)生的廢水更是如此。技術(shù)革新后的廢水處理工藝，在針對高濃度懸浮物SS、高濃度COD、高濃度重金屬上有其獨特的理念和優(yōu)勢，而且目前在國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有成功運行的案例，值得國內(nèi)推廣。

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