高效無機(jī)絮凝劑在脫硫廢水處理中的應(yīng)用

廖國權(quán)，陳宏林，李 皎

(天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司，天津 300380)

1 概述

華能楊柳青熱電廠現(xiàn)役機(jī)組為4×300MW燃煤發(fā)電供熱機(jī)組，三期5、6號(hào)機(jī)組于1998年和1999年分別投產(chǎn)，四期7、8號(hào)機(jī)組于2006年和2007年分別投入商業(yè)運(yùn)行。四期機(jī)組同步配套建設(shè)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)，三期機(jī)組于2006年進(jìn)行增設(shè)石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)改造。根據(jù)國家《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》的要求，華能楊柳青熱電廠三、四期機(jī)組脫硫系統(tǒng)于2016年上半年完成超低排放改造。為保障脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和控制石膏品質(zhì)，脫硫系統(tǒng)需要排出一部分廢水。燃煤電廠是水資源消耗和廢水排放大戶[1]，而脫硫廢水的處理和排放一直電力行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)[2-7]，目前華能楊柳青熱電廠采用三聯(lián)箱+澄清池工藝處理脫硫廢水。

長期以來，華能楊柳青熱電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)由于加藥設(shè)備復(fù)雜、老化，離心式脫水機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)大、頻繁堵塞等故障無法正常運(yùn)行。華能楊柳青熱電廠作為華能環(huán)首都電廠，且目前國家“水十條”和《天津市水污染防治條例》均已正式施行，脫硫廢水治理減排壓力凸顯。本文研究在充分利舊、降低投入基礎(chǔ)上，探索目前脫硫廢水處理的先進(jìn)工藝應(yīng)用，通過優(yōu)化改造實(shí)現(xiàn)脫硫廢水處理系統(tǒng)的安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T997-2006)要求。

2 脫硫廢水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 脫硫廢水處理工藝流程

華能楊柳青熱電廠原脫硫廢水處理系統(tǒng)為三聯(lián)箱+澄清池處理工藝，設(shè)計(jì)出力25m3/h，廢水通過廢水泵打進(jìn)三聯(lián)箱(包括：中和箱、反應(yīng)箱和絮凝箱)。在中和箱內(nèi)，通過添加Ca(OH)2，將廢水pH調(diào)整到7～9左右，使部分重金屬沉淀下來。然后進(jìn)入反應(yīng)箱，在反應(yīng)箱中加入助凝劑、有機(jī)硫(TMT15)，進(jìn)一步沉淀不能由氫氧化物沉淀下來的Hg2+、Cu2+、Pb2+等重金屬離子。然后在絮凝箱內(nèi)加入絮凝劑(FeClSO4)，生成絮凝物。廢水從三聯(lián)箱自流進(jìn)入澄清器，廢水中的絮凝物通過重力作用沉積在澄清器底部，濃縮成泥，由泥分離裝置清除。清水則通過環(huán)形三角溢流堰自流至清水箱。在清水箱加入鹽酸中和廢水，將pH調(diào)整到6～9之間，通過泵達(dá)標(biāo)排放。該系統(tǒng)已投運(yùn)多年，配套設(shè)備故障較多，經(jīng)常無法正常運(yùn)行。而脫硫廢水中的懸浮物、重金屬離子、氟離子、COD等含量均較高[8-10]，呈弱酸性、成分復(fù)雜、污染物質(zhì)多[11](華能楊柳青熱電廠主要水質(zhì)指標(biāo)見表1)，不能滿足環(huán)保排放要求，直接排放存在嚴(yán)重的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

表1 脫硫廢水主要水質(zhì)指標(biāo)

項(xiàng) 目數(shù) 值pH6.97電導(dǎo)率/μS·cm-121300Cl-/mg·L-16107.40SO42-/mg·L-17932.771/2Ca2+/mmol·L-134.56總硬度/mmol·L-1199.80總堿度/mmol·L-12.88總固/mg·L-123357.50溶解性總固體/mg·L-122806.25懸浮物/mg·L-1551.25COD/mg·L-1160

2.2 脫硫廢水處理存在的突出問題

(1)脫硫廢水中懸浮物含量太高。原脫硫廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中，中和箱、反應(yīng)箱、絮凝箱經(jīng)常出現(xiàn)攪拌器過流、底部沉積污泥過多、底排管堵塞情況，主要原因是脫硫廢水懸浮物含量超系統(tǒng)設(shè)計(jì)值。一方面脫硫系統(tǒng)超低排放改造后，協(xié)同除塵使進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙塵含量增多，另一方面脫硫廢水懸浮物含量過多與石膏漿液旋流器、廢水旋流器的二級(jí)旋流效率有一定關(guān)系。

(2)加藥種類多，系統(tǒng)復(fù)雜，人工操作量大，運(yùn)行費(fèi)用較高。原脫硫廢水處理系統(tǒng)加藥種類多達(dá)5種，加藥設(shè)備涉及計(jì)量箱、計(jì)量泵及附屬管路系統(tǒng)，相對(duì)復(fù)雜。三聯(lián)箱未設(shè)置水質(zhì)檢測(cè)及藥量控制裝置，因此原有加藥方式加藥量與實(shí)際脫硫廢水濃度不匹配。且鹽酸、絮凝劑、助凝劑、有機(jī)酸計(jì)量泵及石灰乳輸送泵、計(jì)量泵由于介質(zhì)特殊，故障較多，備件采購成本及維護(hù)工作量較大。

(3)脫泥設(shè)備運(yùn)行缺陷多，污泥最終處置困難。原脫硫廢水處理系統(tǒng)澄清池排泥粘度大，原離心式脫水機(jī)對(duì)該污泥的適應(yīng)性較差，導(dǎo)致運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)大、頻繁堵塞等故障，設(shè)備可靠性較差。脫水后污泥作為固體廢棄物因F-、重金屬等污染物較多，無有效處置途徑。

(4)現(xiàn)有排放方式問題重重。華能楊柳青熱電廠曾對(duì)脫硫廢水排放進(jìn)行簡單資源化利用改造，自濾液水箱經(jīng)濾液水泵直排煤場(chǎng)西側(cè)沉煤池進(jìn)行分級(jí)沉淀后用于煤場(chǎng)噴淋和沖洗。排往煤場(chǎng)西側(cè)沉煤池脫硫廢水含固量太高，隨著出廢水量的增大，目前沉煤池清淤頻次為半個(gè)月一次。由于清理出來的石膏晾干后不具備銷售價(jià)值，采取燃煤摻配方式消納。但隨著環(huán)保指標(biāo)控制日趨嚴(yán)格，對(duì)進(jìn)爐煤含硫量穩(wěn)定控制要求較高，而為降低燃料成本，楊柳青電廠一定程度上提高了高硫煤采購比例，導(dǎo)致煤場(chǎng)本身摻配壓力較大，石膏摻配時(shí)機(jī)減少，石膏積壓一方面擠占煤場(chǎng)面積，另一方面為控制揚(yáng)塵還得專門苫蓋。另外，脫硫廢水呈酸性，在由于煤場(chǎng)噴淋抑塵、降溫過程中，對(duì)相關(guān)管路、噴淋裝置造成一定程度腐蝕，降低了設(shè)備可靠性，縮短了使用壽命。

3 脫硫廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造方案及效果

3.1 脫硫廢水排放路徑改造及反應(yīng)箱、絮凝箱攪拌器增容

為降低脫硫廢水含固量，減少三聯(lián)箱漿液沉積，對(duì)脫硫廢水排放路徑進(jìn)行改造，并對(duì)原反應(yīng)箱、絮凝箱攪拌器進(jìn)行增容。脫硫廢水處理系統(tǒng)來水自濾液水箱引出，目前濾液水箱漿液來源主要有三部分：一是石膏旋流器頂流可直接進(jìn)入濾液水箱，頂流液含固量在5%～8%；二是真空皮帶脫水機(jī)氣液分離器疏水，其因是石膏漿液經(jīng)濾布過濾真空抽吸出來的，含固量在3%以下，由于漿液經(jīng)濾布固液基本分離，該部分液體應(yīng)是氯離子含量最高的；三是真空皮帶脫水機(jī)濾布沖洗水及脫水機(jī)收水斗排水。因此，本次改造的總體思路是：主要保留濾液水箱第二部分漿液來源。對(duì)第一部分漿液通過運(yùn)行方式優(yōu)化，可直接進(jìn)入三、四期石膏旋流器溢流緩沖箱。對(duì)第三部分漿液，改變其去向，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、管路布置，將其引入脫水區(qū)地坑，經(jīng)地坑泵進(jìn)入三、四期石膏旋流器溢流緩沖箱，返吸收塔循環(huán)利用(具體改造路徑如圖1所示)。為減少漿液沉積，滿足加藥系統(tǒng)改造要求，對(duì)反應(yīng)箱、絮凝箱攪拌器進(jìn)行增容。

圖1 脫硫廢水排放路徑改造

3.2 加藥系統(tǒng)改造

取消原有酸堿調(diào)節(jié)及三聯(lián)箱混凝加藥系統(tǒng)，在反應(yīng)箱上加裝THSM一體式干粉加藥裝置，并使用高效無機(jī)吸附劑。使加藥系統(tǒng)只用一種藥劑，無需稀釋，并可根據(jù)水流量和水質(zhì)的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。高效無機(jī)吸附劑是依據(jù)新的絮凝反應(yīng)沉淀機(jī)理，總結(jié)傳統(tǒng)水處理技術(shù)及設(shè)備缺陷基礎(chǔ)上研發(fā)的產(chǎn)品，獲國家發(fā)明專利，其主要成分為改性二氧化硅、粉煤灰等，其只用一種藥劑取代原來的四種藥劑，加藥量少，處理的廢水酸值范圍寬泛，當(dāng)PH>6時(shí)可充分發(fā)揮絮凝效果。絮凝速度快，一般1～3min即可絮凝，經(jīng)處理后的水質(zhì)清澈。處理效果好，能去除大部分懸浮物、重金屬及部分有機(jī)物，能物理性吸附重金屬，并將重金屬鎖死在吸附劑內(nèi)，長久不析出，實(shí)現(xiàn)無害化。經(jīng)絮凝處理后的泥含水率降低20%以上，泥更加緊密，泥量更少。

3.3 澄清池排泥處理方式優(yōu)化

離心式脫水機(jī)用于脫硫廢水處理系統(tǒng)污泥脫水故障頻發(fā)，且脫水后污泥作為固體廢棄物無銷售價(jià)值，而填埋需要特定場(chǎng)地。本次優(yōu)化改造取消離心式脫水機(jī)，將澄清池排泥輸送回脫硫石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行處理，有效降低處理系統(tǒng)能耗和維護(hù)成本。

3.4 優(yōu)化改造效果

脫硫廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造后實(shí)現(xiàn)了連續(xù)長周期運(yùn)行，對(duì)比投加高效無機(jī)吸附劑前后澄清池情況可以看出，該吸附劑能明顯改善出水水質(zhì)。出水水質(zhì)滿足DL/T997-2006要求。同時(shí)不再直接出泥，解決污泥固體廢棄物的處置問題，目前未發(fā)現(xiàn)該方式對(duì)脫硫系統(tǒng)有負(fù)面影響。

4 結(jié)語

通過實(shí)施優(yōu)化改造，應(yīng)用高效無機(jī)絮凝劑工藝，解決了脫硫廢水處理系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的問題，從而為脫硫系統(tǒng)控制F-、重金屬、懸浮物等污染物濃度及石膏品質(zhì)提供了保障，具有良好的環(huán)境和社會(huì)效益。同時(shí)，為華能系統(tǒng)響應(yīng)國家政策，推廣火電廠節(jié)水與廢水減量技改工程提供技術(shù)依據(jù)和示范案例，為將來進(jìn)行廢水的零排放處理奠定基礎(chǔ)。另一方面，本次優(yōu)化改造將脫硫廢水處理系統(tǒng)澄清池排泥返回脫硫系統(tǒng)，后期將跟蹤監(jiān)測(cè)該方式對(duì)脫硫系統(tǒng)效率及石膏品質(zhì)的影響，并研究處理系統(tǒng)出水的后續(xù)處理及資源化利用。