火電廠脫硫廢水有機物去除及軟化處理

劉海洋　徐小生

摘 要：本研究采用絮凝工藝對火電廠脫硫廢水進行了去除COD及軟化試驗。結果表明，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的同時去除過飽和鈣離子，實現軟化。絮凝前投加入NaOH，可以顯著提高COD及鈣、鎂離子去除，并有效地節約絮凝劑使用量。當聚硫酸鐵投加量為50 mg/L，聚丙烯酰胺投加量為10 mg/L時，脫硫廢水COD可降至20 mg/L，鈣離子降至1500 mg/L。最佳沉降時間為45分鐘。該方法的提出為實現火電廠脫硫廢水零排放奠定了基礎。

關鍵詞：脫硫廢水；COD；軟化；絮凝

隨我國經濟持續高速增長，火電廠作為我國電力系統的重要組成部分也取得了迅速的發展。由于煤炭中含有大量硫，其在燃燒過程中多種硫化物會隨煙氣及灰塵散逸至大氣中，對環境造成嚴重污染。因此電廠燃煤煙氣在排放前必須經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定的狀態，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，可以使膠體脫離穩態而沉淀去除，同時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，調節pH，去除Mg2+離子。考察工藝對COD及鈣離子的去除效果。

1試驗步驟與方法

采用某電廠脫硫廢水三連箱工藝澄清池出水作為試驗用水。采用燒杯試驗，在試驗水樣中投加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。機械攪拌5個水樣：第一階段為快速攪拌，轉速350r/min，持續30秒；第二階段為中速攪拌，轉速150 r/min，持續7分鐘；第三階段為慢速攪拌，轉速50r/min，持續15分鐘。絮凝結束后，將水樣靜置，每隔相應時間，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，檢測水樣pH、電導率及沉降高度。

2試驗結果與討論

2.1試驗水質分析

試驗取某電廠脫硫廢水三連箱工藝澄清池出水作為實驗用水。其主要水質參數情況見表1。

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

2.2 NaOH及絮凝劑用量對COD去除效果影響

本研究采用直接絮凝和添加NaOH后絮凝兩種方案進行處理，對比水樣COD去除效果，見圖1。可以發現添加NaOH后絮凝工藝對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，進而更有利于COD的去除。

絮凝劑投加量對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PFS添加量超過此值時，COD反而會上升。這是由于絮凝劑添加量在一定范圍內時可以促進膠體脫離穩態，而絮凝劑添加量超過此范圍時，溶液中會重新形成新膠體，阻礙了COD的去除。可以發現，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98 %左右。現有對脫硫廢水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 %。對比發現，絮凝法可有效經濟的去除脫硫廢水COD。

2.3 NaOH及絮凝劑用量對鈣離子去除效果影響

NaOH投加對鈣離子去除效果影響見圖2。絮凝劑的投加量對鈣離子的去除效果沒有影響，投加NaOH反應后再絮凝則對鈣離子去除效果明顯。直接絮凝與添加NaOH反應后再絮凝對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，促進了絮凝，從而有利于鈣離子的去除。同時，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，進而更有利于鈣離子的去除。

直接投加絮凝劑進行絮凝對鈣離子無明顯去除效果，當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，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分鐘內沉降比趨于穩定，沉降速度接近零，說明基本沉淀完全。此時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，考慮到工廠實際運行時水力停留時間越短，設施及運行成本越低。因此，水樣的最佳沉降時間為45分鐘。

3結論

采用NaOH、聚合硫酸鐵與聚丙烯酰胺結合的絮凝工藝可以在去除脫硫廢水COD的同時有效軟化脫硫廢水，去除脫硫廢水中過飽和鈣離子。試驗發現，在試驗范圍內，采用先加入NaOH去除溶液中鎂離子再進行絮凝反應時，對COD及鈣離子去除均明顯優于原水直接絮凝。PFS投加量對COD有影響，對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，實驗用脫硫廢水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。結合工程實際情況，最佳沉降時間為45分鐘。該方法為脫硫廢水零排放奠定了基礎。

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