改性粉煤灰在脫硫廢水處理工藝中的應用

郭晨夫

（1.山西奇色環(huán)保科技股份有限公司，山西 太原 030100；2.山西滬金新材料有限公司，山西 太原 030006）

引言

針對燃煤電廠所排放的廢氣主要采用石灰石-石膏濕法對其進行脫硫操作，該脫硫工藝由于其較高的脫硫效率和穩(wěn)定性被廣泛應用。但是，該種脫硫工藝實際操作時其所產(chǎn)生的脫硫廢水中含有大量的懸浮物、硫酸鹽以及重金屬離子等雜質(zhì)，直接排放會對環(huán)境造成嚴重的污染。目前，針對脫硫廢水的處理采用中和池、沉淀池、澄清池等裝置完成，該種脫硫工藝對應的處理成本較高。粉煤灰作為電廠的副產(chǎn)物之一，對其進行改進處理后可極大提升其混凝效果[1]。采用改性粉煤灰實現(xiàn)對脫硫廢水的處理，不僅可實現(xiàn)粉煤灰的再利用，而且還能夠降低脫硫廢水的處理成本等。本文將重點開展改性粉煤灰在脫離廢水處理工藝中的應用。

1 改性粉煤灰的制備

1.1 酸法改性粉煤灰的制備

酸法改性粉煤灰的制備實驗工藝流程如下：預先準備12 mL的混合酸溶液，將2.4 g粉煤灰加入上述混合酸溶液中，對其進行均勻攪拌且振蕩完成后，在其中繼續(xù)加入0.02 g的鐵粉；將上述溶液置于溫度為55℃的水中，并保持120 min，最終得到酸法改性的粉煤灰。

1.2 酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰的制備

酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰的制備工藝流程如下：預先準備濃度為4 mol/L的氫氧化鈉溶液20 mL，將4 g粉煤灰加入上述氫氧化鈉溶液中，并將其在溫度為80℃的水中進行充分振蕩反應1 h，對反應后的溶液冷卻后過濾。對過濾操作涉及到的濾渣和錐形瓶等進行充分沖洗，并將沖洗所得的沖洗液與之前過濾所得的濾液充分混合，并保留[2]。

將充分沖洗后的濾渣放入濃度為1 mol/L且體積比為1∶1的12 mL鹽酸和硫酸的混合溶液中，并將其放入溫度為95℃的水中進行充分振蕩反應。此步驟得到酸浸濾渣。

將上述兩個步驟中分別得到的濾液和酸浸濾渣充分均勻混合后，得到所需要的酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰。

2 改性粉煤灰在脫硫廢水處理工藝的應用

2.1 實驗設計與分析

本實驗采用單因素試驗驗證不同pH值、混凝時間對脫硫廢水的處理效果進行對比，從而得住最佳的混凝條件，為改性粉煤灰在脫硫廢水的實際應用奠定基礎。所設計的實驗如下：pH值分別為3、5、6、7、8、9、10；對混凝時間分別為20 min、30 min、40 min、60 min、80 min、100 min、120 min和150 min；對所添加酸法改性粉煤灰的量分別為1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、12 g/L、16 g/L、20 g/L、24 g/L；對所添加酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰的量為1 g/L、3 g/L、6 g/L、12 g/L、18 g/L、21.75 g/L、24 g/L。

本次實驗采用單因素實驗方法對不同參數(shù)下對脫硫廢水的混凝效果進行對比，所設計的實驗步驟及結(jié)果分析如下：

2.1.1 pH值對脫硫廢水處理的影響

根據(jù)工藝流程制備改性粉煤灰2.4 g，將其放入平均7份脫硫廢水，將每瓶中的脫硫廢水的pH值進行調(diào)節(jié)，混凝30 min并靜置30 min后對所得液體的上層液各離子的含量進行測定，得出不同pH值對不同離子的去除率進行對比，見表1。

表1 不同p H值對脫硫廢水的處理效果

如表1所示，當pH值為7時對應的Zn2+和Cu2+的去除率已經(jīng)達到100%；隨著pH值的繼續(xù)增大，Zn2+和Cu2+的去除率保持100%，COD的去除率存在不同程度的波動，但均維持在80%左右。因此，將pH值確定為7為最佳[3]。

2.1.2 反應時間對脫硫廢水處理的影響

根據(jù)工藝流程制備改性粉煤灰2.4 g，將其放入平均8份脫硫廢水，將每瓶中的脫硫廢水的pH調(diào)節(jié)為7，對混凝分別為20 min、30 min、40 min、60 min、80 min、100 min、120 min和150 min且靜置30 min后對所得液體的上層液各離子的含量進行測定，得出不同混凝時間對COD的去除率進行對比，見表2。

表2 不同混凝時間值對脫硫廢水COD的去除率

如表2所示，當混凝時間為40 min，且隨著混凝時間的增加COD的去除率維持在80%左右。因此，將混凝時間確定為40 min為最佳。

2.1.3 改性粉煤灰添加量對脫硫廢水處理效果的影響

根據(jù)工藝流程制備酸法改性粉煤灰1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、12 g/L、16 g/L、20 g/L、24 g/L，將其放入平均9份脫硫廢水，將每瓶中的脫硫廢水的pH調(diào)節(jié)為7，對混凝分別為40 min且靜置30 min后對所得液體的上層液各離子的含量進行測定，得出不同酸法粉煤灰添加量對COD的去除率進行對比，見表3。

表3 不同酸法改性粉煤灰添加量對脫硫廢水COD的去除率

如表3所示，隨著酸法改性粉煤灰添加的增加對應脫硫廢水中COD的去除率在12 g/L時達到最大值。因此，將酸法改性粉煤灰的添加量設定為12 g/L為最佳。同理，當采用酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰對脫硫廢水進行處理時，對應的最佳酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰的添加量為6 g/L[4]。

2.2 脫硫廢水處理工藝流程設計

在上述實驗的基礎上得出最佳的實驗工藝參數(shù)，結(jié)合實際脫硫廢水的處理的工藝需求，設計如圖1所示的工藝流程。

根據(jù)上述工藝流程完成主要構筑物包括調(diào)節(jié)池、絮凝器、澄清濃縮池、凈水箱、污泥沉淀池的選型；關鍵脫硫廢水處理工藝設備包括中間水泵、輸水泵、澄清濃縮池排泥泵、石灰乳加藥泵和改性粉煤灰加藥泵的選型[5]。

通過實踐生產(chǎn)可知，采用酸性改性粉煤灰對脫硫廢水進行處理所需藥劑的總費用為136.5元/d；而采用酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰對脫硫廢水進行處理所需藥劑的總費用為127元/d。綜合分析，采用改性粉煤灰比常規(guī)傳統(tǒng)的處理工藝直接節(jié)約藥劑的費用為400元/d。

3 結(jié)語

脫硫廢水為煤電廠進行脫硫操作后的產(chǎn)物，其處理不當極易造成對環(huán)境的污染。目前，脫硫廢水的處理存在成本高、效率低的問題；而且粉煤灰為煤電廠的副產(chǎn)物之一，其并未充分再利用。本文采用改性粉煤灰對脫硫廢水進行處理，重點研究不同工藝參數(shù)對應的處理效果進行對比研究，并對改性粉煤灰在脫硫廢水的經(jīng)濟成本進行分析，并總結(jié)如下：

1）改性粉煤灰在脫硫廢水處理的最佳工藝參數(shù)如下：pH為7，混凝時間為40 min，酸法改性粉煤灰的添加量為12 g/L，酸堿聯(lián)合法改性粉煤灰的添加量為6 g/L。

2）改性粉煤灰在脫硫廢水處理的應用較傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝直接節(jié)約的藥劑費用約為400元/d。