煤化工企業(yè)脫硫廢水零排放工藝研究

閆衛(wèi)軍

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫廢水，這些脫硫廢水具有pH 值低、懸浮顆粒含量高、氟化物及重金屬超標(biāo)等特性，屬于我國(guó)嚴(yán)格限制排放的污染物。目前煤化工企業(yè)對(duì)脫硫廢水的處理主要是沉淀過(guò)濾、生物凈化處理等，但在實(shí)際使用過(guò)程中存在著凈化流程復(fù)雜、凈化成本高的不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有處理方案的脫硫廢水處理成本達(dá)到了46.1 元/t，存在著凈化成本高、經(jīng)濟(jì)性差的不足，因此急需開(kāi)發(fā)新的脫硫廢水處理技術(shù)，滿足對(duì)脫硫廢水高效、經(jīng)濟(jì)的處理需求。

提出了一種新的綜合過(guò)濾系統(tǒng)，通過(guò)軟化預(yù)處理+管式微濾+管網(wǎng)式、碟管式雙重反滲透濃縮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脫硫廢水的多重凈化處理，最大限度的提升了廢水的回收率，將過(guò)濾的廢水根據(jù)不同的過(guò)濾情況應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和生活清潔中，最終實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水的零排放。目前該零排放凈化處理技術(shù)已經(jīng)在煤化工企業(yè)得到了應(yīng)用，極大的提升了廢水處理的效率和經(jīng)濟(jì)性。

1 脫硫廢水零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

煤化工企業(yè)在一期廠區(qū)包含由2×600 MW+2×660 MW（1～4 機(jī)組）鍋爐，二期包括了4×1 240 MW鍋爐機(jī)組（5～8 機(jī)組）。在工作過(guò)程中通過(guò)煙氣脫硫而形成的脫硫廢水主要采用的是化學(xué)沉淀法來(lái)祛除廢水中的重金屬離子和懸浮顆粒污染物[1]，要求凈化后的廢水要滿足脫硫廢水排放控制安全。一期4 臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)廢水的排放量達(dá)到了20 t/h，二期機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的脫硫廢水量達(dá)到了48 t/h。廠區(qū)內(nèi)的脫硫廢水較多，需要對(duì)其凈化處理，但現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)效率較低，而且每噸水的處理成本達(dá)到了46.1 元，經(jīng)濟(jì)性極差。脫硫廢水中水質(zhì)含量，如表1 所示。

表1 脫硫廢水水質(zhì)含量匯總表

由實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，脫硫廢水中含有較多的汞、鉻等重金屬，COD 含量嚴(yán)重超標(biāo)，氟化物、懸浮物濃度高，在溶解固形物質(zhì)中含有大量的硫酸根和氯離子。由于兩個(gè)廠區(qū)內(nèi)的總廢水量達(dá)到了68 t/h，但在生產(chǎn)過(guò)程中，電廠沖渣和煤廠沖洗水所需的量?jī)H22 t/h，因此需要將整個(gè)脫硫廢水進(jìn)行濃縮減量，將沖洗水之外的部分進(jìn)行進(jìn)一步凈化處理，實(shí)現(xiàn)再次利用，減少?gòu)U水的排放。

1.2 脫硫廢水零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析，提出了一種新的脫硫廢水零排放系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 脫硫廢水零排放系統(tǒng)示意圖

由圖1 可知，2 期的5～8 機(jī)組脫硫廢水通過(guò)脫硫系統(tǒng)的廢水箱進(jìn)入到脫硫廢水處理系統(tǒng)的初始沉淀池，在沉淀池內(nèi)進(jìn)行初沉處理，將廢水中的懸浮物和固體顆粒分離出來(lái)。過(guò)濾后形成的上清液流入到調(diào)節(jié)曝氣池中，然后和1 期4 個(gè)機(jī)組的脫硫廢水進(jìn)行混合。在曝氣池中，通過(guò)設(shè)置在水池底部的曝氣裝置來(lái)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行曝氣處理，將曝氣池中的廢水進(jìn)行充分混合。

在完成曝氣以后，把廢水輸送到中和箱、沉淀箱以及絮凝箱中。為了提高凈化效果，在中和箱中加入了石灰乳來(lái)降低硫酸根的濃度并對(duì)廢水中的氟化物、鎂、硅等重金屬進(jìn)行沉淀。在沉淀箱中則加入了NaOH，將廢水中的鎂離子及其他中金屬離子析出。在絮凝箱中則加入了聚合硫酸鐵混凝劑，使反應(yīng)過(guò)程中所形成的各類懸浮物進(jìn)行沉淀。最后再在一級(jí)澄清池中將絮凝物分離出來(lái)，將過(guò)濾出來(lái)的一級(jí)軟化水送入到二級(jí)反應(yīng)池中，在反應(yīng)池中加入一定的碳酸鈉溶液把軟化水中的鈣進(jìn)行沉淀出來(lái)，然后再進(jìn)行二級(jí)沉淀并完成軟化要求。

軟化完成后的廢水中仍然含有一定的懸浮物，因此需要進(jìn)一步進(jìn)行精過(guò)濾處理，將廢水引入到濾膜高效固液分離系統(tǒng)（TMF）中進(jìn)行過(guò)濾[3]。TMF 設(shè)備在運(yùn)行一段時(shí)間后需要利用過(guò)濾水對(duì)其進(jìn)行沖洗，沖洗水可以流回到循環(huán)水箱中再次利用。

在對(duì)廢水處理過(guò)程中所形成的各類沉淀物，均統(tǒng)一傳輸?shù)轿勰喑刂?，然后再利用螺桿泵將其傳輸?shù)綁簽V機(jī)中進(jìn)行造餅處理，在壓濾過(guò)程中所形成的污水循環(huán)流入曝氣池中進(jìn)行處理。

在膜濃縮段采用了管網(wǎng)式反滲透+碟管式反滲透雙重過(guò)濾[4]處理，TMF 過(guò)濾后的水在進(jìn)入到反滲透濃縮之前，需要在里面加入還原劑和阻垢劑，防止反滲透膜被氧化或者堵塞。經(jīng)過(guò)處理后的TMF 過(guò)濾水首先在管網(wǎng)式反滲透系統(tǒng)中進(jìn)行一次濃縮，然后再進(jìn)入到碟管式反滲透系統(tǒng)進(jìn)行二次濃縮。經(jīng)過(guò)二次濃縮后的濃水可以用于煤化工廠的地面沖洗，在過(guò)濾時(shí)形成的淡水則進(jìn)入淡水儲(chǔ)存池中，可以將該部分水用于系統(tǒng)沖洗、脫硫用水等。

由于在反滲透運(yùn)行的過(guò)程中水中的物質(zhì)會(huì)慢慢的濃縮，因此為了防止停機(jī)以后水在靜止情況下析出晶體，所以在停機(jī)時(shí)需要利用淡水對(duì)反滲透膜進(jìn)行沖洗。為了保證對(duì)廠區(qū)內(nèi)脫硫廢水的處理效果，對(duì)零排放過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)置了一定的余量。初沉池的容積設(shè)置為80 t/h，調(diào)節(jié)曝氣池、清水池均按照70 t/h 的容積進(jìn)行設(shè)置。

2 零排放系統(tǒng)效果分析

該零脫硫廢水排放系統(tǒng)在2022 年9 月份完成性能嚴(yán)重試驗(yàn)，系統(tǒng)所生成的濃縮水能夠用于煤化工的清潔沖洗用水，所生成的淡水則可以用于脫硫處理中，廢水的整體回用率達(dá)到了100%。

為了保證廢水處理的效果，對(duì)廢水處理參數(shù)進(jìn)行了研究[5]。在中和箱、沉淀箱以及絮凝箱入口位置的流量設(shè)置為47.33 m3/h，將二級(jí)反應(yīng)池的液體流入量設(shè)置為44.6 m3/h，將曝氣池中的pH 值調(diào)整為7.1，中和箱中的pH 值調(diào)整為8.99，沉降箱中的pH 值調(diào)整為11.4，二級(jí)反應(yīng)池中的pH 值調(diào)整為10.8。為了對(duì)軟化預(yù)處理效果進(jìn)行分析，將曝氣池、一級(jí)澄清池和二級(jí)澄清池中的過(guò)濾水進(jìn)行化驗(yàn)，水中各離子含量如表2 所示。

表2 軟化預(yù)處理后水質(zhì)情況匯總表 單位：mg/L

由實(shí)測(cè)結(jié)果可知，廢水經(jīng)過(guò)中和箱、沉淀箱以及絮凝箱的軟化處理后，水中的各類重金屬離子、硫酸根、COD 含量均出現(xiàn)了明顯的下降。這主要是在反應(yīng)過(guò)程中生成了大量的沉淀物，這些金屬離子隨著沉淀物被除去了。鈉離子含量增加主要是由于水中加入了氫氧化鈉，鈉離子不與水中的其他物質(zhì)反應(yīng)，所以出現(xiàn)了明顯的增加。

在反應(yīng)過(guò)程中雖然加入了氫氧化鈣，但是水中的鈣離子含量并沒(méi)有增加，這主要是由于氫氧化鈣和廢水中的硫酸根離子生成了硫酸鈣沉淀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶液中鈣離子含量的控制，顯著的降低了過(guò)濾后水的硬度。

3 系統(tǒng)運(yùn)行成本分析

該脫硫廢水零排放運(yùn)行中的主要運(yùn)行費(fèi)用包括了電費(fèi)和凈化藥物。其中凈化藥物的成本為28.7 元/t，電費(fèi)為5.6 元/t，因此其實(shí)際運(yùn)行成本約為34.3 元/t。比優(yōu)化前的46.1 元/t 降低了25.6%。

4 結(jié)論

1）通過(guò)設(shè)置在水池底部的曝氣裝置能夠?qū)γ摿驈U水進(jìn)行曝氣處理，使曝氣池內(nèi)的廢水能夠充分的混合；

2）將廢水引入到濾膜高效固液分離系統(tǒng)（TMF）中進(jìn)行過(guò)濾，能夠快速除去廢水中殘留的懸浮物；

3）氫氧化鈉+氫氧化鈣的預(yù)處理方法能夠顯著降低污水的硬度。

4）優(yōu)化后廢水的處理成本比優(yōu)化前降低了25.6%。