火電廠脫硫廢水有機(jī)物去除及軟化處理

劉海洋　徐小生

摘 要：本研究采用絮凝工藝對(duì)火電廠脫硫廢水進(jìn)行了去除COD及軟化試驗(yàn)。結(jié)果表明，采用NaOH、聚合硫酸鐵（PFS）作為絮凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑的絮凝工藝可以在去除脫硫廢水COD的同時(shí)去除過飽和鈣離子，實(shí)現(xiàn)軟化。絮凝前投加入NaOH，可以顯著提高COD及鈣、鎂離子去除，并有效地節(jié)約絮凝劑使用量。當(dāng)聚硫酸鐵投加量為50 mg/L，聚丙烯酰胺投加量為10 mg/L時(shí)，脫硫廢水COD可降至20 mg/L，鈣離子降至1500 mg/L。最佳沉降時(shí)間為45分鐘。該方法的提出為實(shí)現(xiàn)火電廠脫硫廢水零排放奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；COD；軟化；絮凝

隨我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，火電廠作為我國電力系統(tǒng)的重要組成部分也取得了迅速的發(fā)展。由于煤炭中含有大量硫，其在燃燒過程中多種硫化物會(huì)隨煙氣及灰塵散逸至大氣中，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此電廠燃煤煙氣在排放前必須經(jīng)過脫硫處理以除去煙氣中的硫化物。而石灰石——石膏濕法煙氣脫硫工藝由于其工藝成熟、運(yùn)行可靠、成本較低，成為目前我國燃煤電廠常用的煙氣脫硫工藝。在濕法煙氣脫硫工藝中，脫硫料液吸收煙氣中的氟離子和氯離子，導(dǎo)致脫硫料液中兩種離子含量逐漸升高，影響脫硫效率，因此必須定期排出一部分脫硫料液，排出的脫硫料液即是脫硫廢水。

脫硫廢水中含有高濃度鈣鎂離子和硫酸根離子。而硫酸鈣微溶于水，脫硫廢水中常常存在過飽和的硫酸鈣。過飽和的硫酸鈣常以膠體形式存在于脫硫廢水中而形成穩(wěn)定的狀態(tài)，較難從水體中分離。向水中添加陰離子型絮凝劑，引入與鈣離子帶相反電荷的離子，可以使膠體脫離穩(wěn)態(tài)而沉淀去除，同時(shí)鈣離子也能被絮凝劑吸附并去除。

本研究采用絮凝工藝，以聚硫酸鐵（PFS）為絮凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）作為助凝劑，去除水中COD和硫酸鈣。并在絮凝前投加NaOH，調(diào)節(jié)pH，去除Mg2+離子。考察工藝對(duì)COD及鈣離子的去除效果。

1試驗(yàn)步驟與方法

采用某電廠脫硫廢水三連箱工藝澄清池出水作為試驗(yàn)用水。采用燒杯試驗(yàn)，在試驗(yàn)水樣中投加NaOH4 g/L，磁力攪拌20分鐘。再分別投加PFS 10， 30， 50， 100， 200 mg/L。PAM投加量均為10 mg/L。機(jī)械攪拌5個(gè)水樣：第一階段為快速攪拌，轉(zhuǎn)速350r/min，持續(xù)30秒；第二階段為中速攪拌，轉(zhuǎn)速150 r/min，持續(xù)7分鐘；第三階段為慢速攪拌，轉(zhuǎn)速50r/min，持續(xù)15分鐘。絮凝結(jié)束后，將水樣靜置，每隔相應(yīng)時(shí)間，用注射器取10 ml上清液，用0.45 μm水系濾膜過濾，用滴定法分析鈣鎂離子含量。在取樣同時(shí)，檢測(cè)水樣pH、電導(dǎo)率及沉降高度。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1試驗(yàn)水質(zhì)分析

試驗(yàn)取某電廠脫硫廢水三連箱工藝澄清池出水作為實(shí)驗(yàn)用水。其主要水質(zhì)參數(shù)情況見表1。

從表中可知，該水樣鈣鎂離子濃度很高，而硫酸鈣在20℃時(shí)溶解度僅為1.95 g/L，因此實(shí)驗(yàn)水樣中有大量過飽和狀態(tài)的硫酸鈣存在。

2.2 NaOH及絮凝劑用量對(duì)COD去除效果影響

本研究采用直接絮凝和添加NaOH后絮凝兩種方案進(jìn)行處理，對(duì)比水樣COD去除效果，見圖1。可以發(fā)現(xiàn)添加NaOH后絮凝工藝對(duì)COD的去除效果好于原水直接添加絮凝劑。原因可能是：（1） NaOH的添加使得水樣中大量鎂離子以Mg（OH）2 形式析出。析出的Mg（OH）2 晶體在絮凝中起到卷掃的作用，促進(jìn)了絮凝，從而有利于COD的去除。（2） NaOH的添加使得溶液的pH值調(diào)至11.5以上，而PFS是堿式Fe2（SO4）3的聚合物，高pH更有利于PFS的水解，進(jìn)而更有利于COD的去除。

絮凝劑投加量對(duì)COD去除影響較大。無論是直接添加絮凝劑還是先投加NaOH再添加絮凝劑，COD去除均有最小值。當(dāng)PFS添加量超過此值時(shí)，COD反而會(huì)上升。這是由于絮凝劑添加量在一定范圍內(nèi)時(shí)可以促進(jìn)膠體脫離穩(wěn)態(tài)，而絮凝劑添加量超過此范圍時(shí)，溶液中會(huì)重新形成新膠體，阻礙了COD的去除。可以發(fā)現(xiàn)，原水直接絮凝可以在PFS添加量為10 mg/L將水樣COD降低至最小200 mg/L左右。而添加NaOH后可以在聚硫酸鐵添加量為50 mg/L將水樣COD降低至最小20 mg/L，去除率達(dá)98 %左右?，F(xiàn)有對(duì)脫硫廢水COD降解的研究中，通過活性污泥法降解COD，其COD去除率為88.7 %。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，絮凝法可有效經(jīng)濟(jì)的去除脫硫廢水COD。

2.3 NaOH及絮凝劑用量對(duì)鈣離子去除效果影響

NaOH投加對(duì)鈣離子去除效果影響見圖2。絮凝劑的投加量對(duì)鈣離子的去除效果沒有影響，投加NaOH反應(yīng)后再絮凝則對(duì)鈣離子去除效果明顯。直接絮凝與添加NaOH反應(yīng)后再絮凝對(duì)鈣離子去除效果的巨大差異原因可能有二，一是NaOH的添加使得水樣中大量鎂離子以Mg（OH）2形式析出。析出的Mg（OH）2晶體在絮凝中起到卷掃的作用，促進(jìn)了絮凝，從而有利于鈣離子的去除。同時(shí)，NaOH的添加使得溶液的pH值顯著上升，水樣的原pH值為8.21，而添加NaOH后 pH 上升至13.61，而高pH更有利于PFS的絮凝反應(yīng)，進(jìn)而更有利于鈣離子的去除。

直接投加絮凝劑進(jìn)行絮凝對(duì)鈣離子無明顯去除效果，當(dāng)NaOH 投加量為2.1 g/L，PFS投加量為50 mg/L，PAM投加量為10mg/L時(shí)，可將水樣中鈣離子去除至1500 mg/L左右。與雙堿法處理脫硫廢水需要投加大量碳酸鈉相比，絮凝去除脫硫廢水中鈣離子只需投加少量的 PFS （50 mg/L）。

2.4沉降效果

圖3與圖4分別為添加NaOH與不同劑量絮凝劑后水樣的沉淀體積與上清液體積沉降比，以及絮體的沉降速度。不同絮凝劑投加量對(duì)絮體的沉降效果影響不大，這與來勇等人的研究類似。而不同絮凝劑投加量水樣中的絮體均在45-90分鐘內(nèi)沉降比趨于穩(wěn)定，沉降速度接近零，說明基本沉淀完全。此時(shí)含水污泥體積占總水樣體積約35-40 %。由于45分鐘后，沉降較為緩慢，考慮到工廠實(shí)際運(yùn)行時(shí)水力停留時(shí)間越短，設(shè)施及運(yùn)行成本越低。因此，水樣的最佳沉降時(shí)間為45分鐘。

3結(jié)論

采用NaOH、聚合硫酸鐵與聚丙烯酰胺結(jié)合的絮凝工藝可以在去除脫硫廢水COD的同時(shí)有效軟化脫硫廢水，去除脫硫廢水中過飽和鈣離子。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，采用先加入NaOH去除溶液中鎂離子再進(jìn)行絮凝反應(yīng)時(shí)，對(duì)COD及鈣離子去除均明顯優(yōu)于原水直接絮凝。PFS投加量對(duì)COD有影響，對(duì)Ca2+沒影響。最佳投加量為：NaOH為2.1 g/L，PFS為50 mg/L， PAM為10 mg/L，實(shí)驗(yàn)用脫硫廢水COD可降至20 mg/L左右，Ca2+可降至1500 mg/L左右，過飽和部分的鈣離子可基本除去。結(jié)合工程實(shí)際情況，最佳沉降時(shí)間為45分鐘。該方法為脫硫廢水零排放奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉秋生. 煙氣脫硫廢水“零排放”技術(shù)應(yīng)用 [J]. 熱力發(fā)電，2014，43（12）：114 - 117.

[2]劉海洋，夏懷祥，江澄宇等. 燃煤電廠濕法脫硫廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展 [J]. 環(huán)境工程，2016， 34（1）： 31-35.

[3]莫華，吳來貴，周加桂. 燃煤電廠廢水零排放系統(tǒng)開發(fā)與工程應(yīng)用 [J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2013.36（11）： 1368-1372.

[4]康梅強(qiáng)，鄧佳佳，陳德奇等.脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放處理的可行性分析 [J]. 土木建筑與環(huán)境工程，2013， 35： 238-240.