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        新型石灰石濕法煙氣脫硫廢水處理工藝

        2018-07-30 10:45:12郭志文劉軍軍高志佳李樹華賈永會
        潔凈煤技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:硫酸鋁大分子靜置

        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(shù)成熟、脫硫率高、應(yīng)用最廣的技術(shù)工藝[1-3]。其中脫硫廢水因成分復(fù)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(shù)原理和利弊進(jìn)行分析。祁利明等[5]通過分析脫硫廢水水質(zhì),提出采用納濾膜進(jìn)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(qiáng)等[6]提出將火力發(fā)電廠產(chǎn)生的高鹽度脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)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(jìn)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(jìn)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(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)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(jī)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(diào)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(shè)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(biāo)準(zhǔn),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(jī)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(jìn)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(jī)硫、混凝劑助凝劑等,完成廢水的pH值調(diào)節(jié)、飽和硫酸鈣結(jié)晶和析出、絮凝反應(yīng)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(jìn)入三聯(lián)箱后,加快反應(yīng)沉淀速率[10-12],多余的污泥進(jìn)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(jìn)一步促進(jìn)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(dá)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(diào)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(jìn)行堿化處理,通過設(shè)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(dāng)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(yīng)后的廢液進(jìn)入澄清/濃縮池完成沉淀分離,分離后的上層凈化水,溢流進(jìn)入清水箱,底層濃縮污泥通過污泥輸送泵加壓進(jìn)入廂式壓濾機(jī)或離心脫水機(jī)機(jī)械脫水,然后裝車外運灰場,濾液送回廢水緩沖池進(jìn)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(yīng)室,第1個反應(yīng)室中加入石灰漿液(Ca(OH)2)對廢水進(jìn)行堿化處理,第2個反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)監(jiān)測及分析方法

        2.1.1 脫硫廢水水質(zhì)及監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

        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(zhì)指標(biāo),并與《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T 997—2006)的控制要求對比(表1)。

        表1 脫硫廢水進(jìn)水水質(zhì)和控制標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Influent water quality and control standard of FGD wastewater

        注:除pH值外,其他指標(biāo)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(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的絮凝劑,控制轉(zhuǎn)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(jié)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(dāng)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(jié)構(gòu),同時大分子鏈間機(jī)械的纏結(jié)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(jìn)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(dá)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(yù)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(diào)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(jié)果見表3。

        表3 高效絮凝劑(GX)處理脫硫廢水的正交試驗結(jié)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(guān)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(jìn)了高效絮凝劑GX在水中的溶解,形成大分子形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),同時pH=5能促進(jìn)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(jī)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(dá)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(diào)節(jié)pH=5后,加入11%高效絮凝劑GX,控制轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)。

        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(jié)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(biāo)準(zhǔn),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(yīng)成倍放大,大幅度增加了顆粒碰撞次數(shù),促進(jìn)了絮凝體增大,因而對重金屬離子的去除效果較好。

        3 結(jié) 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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。

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