郭志文,劉軍軍,高志佳,李樹華,賈永會

(京能(錫林郭勒)發(fā)電有限公司,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

0 引 言

石灰石-石膏濕式煙氣脫硫(FGD)是目前火電廠技術成熟、脫硫率高、應用最廣的技術工藝[1-3]。其中脫硫廢水因成分復雜、污染物種類多，成為燃煤電廠最難處理的廢水之一。劉海洋等[4]介紹了脫硫廢水的來源及組成特性，對常規(guī)濕法脫硫廢水處理技術原理和利弊進行分析。祁利明等[5]通過分析脫硫廢水水質，提出采用納濾膜進行脫硫廢水鹽分的分離濃縮，可有效分離廢水中一價離子和二價離子，實現(xiàn)脫硫廢水的資源化回收。禾志強等[6]提出將火力發(fā)電廠產(chǎn)生的高鹽度脫硫廢水進行蒸發(fā)濃縮結晶處理，將產(chǎn)生的高純度蒸餾水回用于火電廠，同時處理后得到的固體鹽可進行銷售或填埋，以實現(xiàn)廢水的零排放，提升火力發(fā)電廠廢水利用率。馬雙忱等[7]采用物化法對脫硫廢水進行處理，介紹了中和、沉淀、混凝以及污泥脫水等步驟，但該工藝Cl-脫除能力有限。目前脫硫廢水主要采用物化沉淀法處理[8-10]，但該工藝存在藥品種類多、部分水質指標達標困難、處理出水含鹽量高、直接排放易造成二次污染等缺點。

京能(錫林郭勒)發(fā)電有限公司一期2×660 MW機組選用石灰石-石膏濕式煙氣脫硫(FGD)工藝，在減輕大氣污染的同時也產(chǎn)生一定量的脫硫廢水，本文闡述了傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝中存在的問題和不足，采用添加石灰石漿(Ca(OH)2)調節(jié)pH值后，僅加入高效絮凝劑(GX)即可實現(xiàn)高效的絮凝沉淀。同時通過改良廢水處理設備的三聯(lián)箱(中和箱、沉降箱、絮凝箱)，優(yōu)化處理工藝條件，提高脫硫廢水的處理效果，完全滿足廢水的排放標準，為火電廠脫硫廢水處理提供了工藝和數(shù)據(jù)參考。

1 脫硫廢水處理

1.1 常規(guī)石灰石濕法脫硫廢水處理工藝

中和—沉降—絮凝—澄清法是目前眾多燃煤火電機組處理脫硫廢水的主要工藝方法，該法的工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝流程Fig.1 Treatment of traditional desulfurization wastewater

煙氣脫硫(FGD)廢水經(jīng)廢水旋流器進入廢水處理“三聯(lián)箱”(中和箱、沉降箱、絮凝箱)，通過在不同的處理箱內(nèi)依次加入石灰乳、有機硫、混凝劑助凝劑等，完成廢水的pH值調節(jié)、飽和硫酸鈣結晶和析出、絮凝反應等。廢水經(jīng)出口管道自流至澄清/濃縮池中，大分子絮凝體逐漸沉淀于澄清/濃縮池，經(jīng)底部回流的部分泥渣進入三聯(lián)箱后，加快反應沉淀速率[10-12]，多余的污泥進入污泥處理系統(tǒng)，清水上升至頂部通過環(huán)形三角溢流堰自流至清水池。廢水從三聯(lián)箱自流出時為進一步促進絮凝和沉降，在三聯(lián)箱出水中加入助凝劑，通過管道混合器混合，達到更好的處理效果。

1.2 新型石灰石濕法脫硫廢水處理工藝

與較傳統(tǒng)脫硫廢水處理相似，F(xiàn)GD脫硫廢水收集在廢水調節(jié)池后，通過廢水提升泵輸送至帶攪拌器的三聯(lián)箱內(nèi)的中和室，同時從加藥系統(tǒng)中抽取熟石灰漿液(Ca(OH)2)，按pH值和流量比例加入中和室進行堿化處理，通過設定最優(yōu)的pH值范圍，使部分重金屬以氫氧化物的形式沉淀出來，但鎘和汞等重金屬離子不能以氫氧化物的形式完全沉淀出來[13-14]。因此中和箱的第2個隔間內(nèi)，根據(jù)廢水流量適當添加高效絮凝劑(GX)，使鎘和汞等重金屬以微溶的化合物沉淀出來，形成易于沉降的大粒子絮凝物[15]。三聯(lián)箱中反應后的廢液進入澄清/濃縮池完成沉淀分離，分離后的上層凈化水，溢流進入清水箱，底層濃縮污泥通過污泥輸送泵加壓進入廂式壓濾機或離心脫水機機械脫水，然后裝車外運灰場，濾液送回廢水緩沖池進行重新處理[12]。新型脫硫廢水的處理工藝如圖2所示。三聯(lián)箱的中和箱分成2個小反應室，第1個反應室中加入石灰漿液(Ca(OH)2)對廢水進行堿化處理，第2個反應室中加入高效絮凝劑(GX)后通過高速攪拌產(chǎn)生渦旋向心力與待處理污水充分混合，降至低轉速至礬花迅速長大，最終實現(xiàn)迅速沉淀。

圖2 新型廢水處理的工藝流程Fig.2 Treatment of new desulfurization wastewater

2 運行參數(shù)的確定與討論

2.1 水質監(jiān)測及分析方法

2.1.1 脫硫廢水水質及監(jiān)測標準

濕式煙氣脫硫廢水取自京能(錫林郭勒)發(fā)電有限公司，在實驗室測定的水質指標，并與《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》(DL/T 997—2006)的控制要求對比(表1)。

表1 脫硫廢水進水水質和控制標準Table 1 Influent water quality and control standard of FGD wastewater

注:除pH值外，其他指標單位均為 mg/L。

2.1.2 取樣及分析計算方法

在脫硫廢水處理系統(tǒng)進水口取樣，取樣在2 h內(nèi)釆集完畢并混合均勻，連續(xù)取樣或間隔取樣均可，間隔取樣至少等量選取5個樣品，且最小取樣間隔不得少于5 min。

懸浮物SS去除率計算公式為

(1)

式中，H為懸浮物SS去除率;S0為未加試劑前懸浮物SS含量;S1為添加試劑后懸浮物SS的含量。

2.2 運行參數(shù)的確定

2.2.1 絮凝劑的選擇和用量

由于濕式煙氣脫硫廢水中的懸浮物(SS)含量很高(5 000～10 300 mg/L)，故絮凝劑以廢水中懸浮物的去除率為參照來選擇。本試驗主要是在傳統(tǒng)廢水處理所使用的硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、聚合硫酸鋁鐵(PAFS)及聚丙烯酰胺(PAM)、“水夢”高效絮凝劑(GX)之間選擇 SS 去除率較高的絮凝劑，同時考察不同試劑用量的絮凝劑對SS 去除率的影響。

在250 mL的燒杯中加入200 mL脫硫廢水，定位在六聯(lián)攪拌器上，邊攪拌邊加入不同質量分數(shù)的絮凝劑，控制轉速為200 r/min，絮凝靜置20 min后，觀察并測定上清液SS的含量，計算SS去除率，試驗結果如圖3所示。

圖3 不同試劑對脫硫廢水中懸浮去除率的影響Fig.3 Effect of different reagents on removal rate of SS from desulfurization wastewater

由圖3可以得出，靜置20 min后，聚合硫酸鋁鐵(PAFS)及聚丙烯酰胺(PAM)加入量較少時，較難形成有效的絮凝體，對廢水中的重金屬、懸浮物等大分子吸附效果較差;當聚合硫酸鋁鐵(PAFS)添加量為3%，聚丙烯酰胺(PAM)添加量為2%時，在廢水中形成高分子，具有良好的絮凝作用，有效降低了液體間的摩擦阻力，具有較好的去除懸浮物效果[13-15]。硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)加入量均為10%時絮凝效果較好。但這些試劑的懸浮物去除率均低于高效絮凝劑(GX)，這是由于GX自身具有較好的水溶性，在廢水中溶解后能形成較多的網(wǎng)狀結構，同時大分子鏈間機械的纏結和氫鍵共同作用形成較多的網(wǎng)狀節(jié)點，對水中懸浮物進行“網(wǎng)捕”，極大降低廢水的濁度，溶水后的大分子具有較高的極性，能吸附水中的帶電粒子，達到較好的凈水效果。因而最終選定高效絮凝劑(GX)為廢水絮凝劑，最佳添加量為11%。

2.2.2 GX處理脫硫廢水工藝

由于影響絮凝劑絮凝效果的因素較多，本試驗采用正交試驗的方法確定最佳因素，在眾多因素中選擇pH值、攪拌速度、靜置時間3個影響因子，以保證處理預期的效果(表2)。

表2 高效絮凝劑(GX)正交試驗因素及水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experimentof GX

在250 mL的燒杯中加入 200 mL 的濕式煙氣脫硫廢水，用石灰漿液(Ca(OH)2)調節(jié)不同的pH值后，邊攪拌邊加入11%的高效絮凝劑(GX)，控制攪拌速度，靜置一定時間后，取其上清液，測定SS含量、硫化物含量、COD值，并計算SS去除率、硫化物去除率、COD去除率,試驗結果見表3。

表3 高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水的正交試驗結果Table 3 Orthogonal experimental results of with GX desulfurization wastewater

注:T為硫離子去除率;M為COD去除率。

由表3可以得出，在pH值、攪拌速度、靜置時間3個因素中，主要的影響因素為pH值，各因素主次關系為:pH值>攪拌速度>靜置時間。分析原因主要是在pH=5時，促進了高效絮凝劑GX在水中的溶解，形成大分子形成網(wǎng)狀結構，同時pH=5能促進大分子間氫鍵的形成和作用，提高了分子的極性。大分子的絮凝劑分子與廢水中的膠體、懸浮物在極性電荷的作用下相互吸引，形成網(wǎng)狀支鏈，促使大分子網(wǎng)捕水中的懸浮物，絮凝體不斷增大，形成絮凝橋，降低廢水機械阻力的同時也對廢水起到過濾作用。較大的絮凝體在不同電荷的作用下，雙電層壓縮后凝聚沉淀，最終達到較好的處理效果。因而確定適宜的工藝條件為:加入石灰漿液調節(jié)pH=5后，加入11%高效絮凝劑GX，控制轉速200 r/min，絮凝后靜置10 min。處理后廢水中的硫離子含量小于 1.0 mg/L，同時COD也可滿足廢水排放標準。

2.2.3 GX處理脫硫廢水后的排放檢測

根據(jù)2.2.2節(jié)確定的工藝條件，檢測處理后廢水中的pH值及氟化物(F-)、總鎘(Cd)、總鉛(Pb)、總鉻(Cr)的含量(表4)。

表4 高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水結果Table 4 Treatment results of desulfurizationwastewater with GX

由表4可以看出，處理后重金屬含量可滿足(DL/T 997—2006)的排放標準，由于重金屬離子在200 r/min的攪拌速度下切割、碰撞、反彈，與生成的絮凝體接觸，同時離心慣性效應成倍放大，大幅度增加了顆粒碰撞次數(shù)，促進了絮凝體增大，因而對重金屬離子的去除效果較好。

3 結 論

1)通過試驗對比硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸鋁(Al2(SO4)3)、聚合硫酸鋁鐵(PAFS)、聚丙烯酰胺(PAM)及高效絮凝劑(GX)對脫硫廢水懸浮物(SS)的去除率，添加量為11%的高效絮凝劑(GX)對脫硫廢水的懸浮物(SS)去除率效果較好。

2)正交試驗確定高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水的適宜合成條件為:pH=5，GX的投加量為11%時，攪拌速度為200 r/min后，靜置時間10 min，可達到較好的去除SS、硫離子、COD的效果。

3)通過對處理后廢水中氟化物(F-)、總鎘(Cd)、總鉛(Pb)、總鉻(Cr)的檢測發(fā)現(xiàn)，處理后的廢水滿足DL/T 997—2006的排放標準。