藥劑軟化預(yù)處理脫硫廢水的試驗(yàn)研究

鐘天東

(福建華電可門(mén)發(fā)電有限公司，福建 福州 350512)

國(guó)內(nèi)大多數(shù)燃煤電廠(chǎng)采用石灰石-石膏法進(jìn)行煙氣脫硫，為保證脫硫塔效率，需從脫硫島非定期排出的漿液維持島內(nèi)氯離子平衡，產(chǎn)生脫硫廢水[1]。脫硫廢水是電廠(chǎng)最難處理的廢水之一，具有水質(zhì)復(fù)雜、水量不穩(wěn)定等特點(diǎn)，而且廢水中懸浮物、鈣鎂離子、重金屬離子及氯離子含量高[2-4]。目前脫硫廢水主要采用達(dá)標(biāo)處理工藝和零排放工藝[5-6]。脫硫廢水處理工藝中的預(yù)處理是必不可少的環(huán)節(jié)，主要去除脫硫廢水中的懸浮物、鈣離子、鎂離子等，使廢水水質(zhì)滿(mǎn)足深度處理要求，保證后續(xù)工藝的運(yùn)行穩(wěn)定。

本文通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)不同軟化預(yù)處理加藥投加量及投加方式對(duì)脫硫廢水的軟化處理效果，并對(duì)加藥成本進(jìn)行分析。研究結(jié)果將為脫硫廢水預(yù)處理軟化工藝的加藥方案選擇、成本控制和工程應(yīng)用提供一定參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)水樣

試驗(yàn)所用水樣為某電廠(chǎng)實(shí)際所取脫硫廢水，經(jīng)測(cè)試后水質(zhì)的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 脫硫廢水水質(zhì)主要指標(biāo)

1.1.2 試驗(yàn)儀器

六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌器(聯(lián)華ZR8型)、水質(zhì)參數(shù)分析儀(聯(lián)華5B-3A型)、便攜式pH計(jì)(聯(lián)華S-1型)、精密分析天平(力辰Y(jié)H21型)、濁度計(jì)(聯(lián)華WGZ-300型)等。

1.2 試驗(yàn)步驟與方法

1.2.1 藥劑投加預(yù)試驗(yàn)

準(zhǔn)確量取1 L試驗(yàn)水樣的上清液，以250 r/min速度進(jìn)行攪拌，逐步定量加入Ca(OH)2，并測(cè)定相應(yīng)pH值，得到脫硫廢水pH值隨Ca(OH)2投加劑量變化的曲線(xiàn)。脫硫廢水pH值隨NaOH投加劑量變化曲線(xiàn)試驗(yàn)方法同上。

1.2.2 Ca(OH)2、NaOH劑量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

1.2.3 Na2CO3軟化試驗(yàn)方法

取1 L的某電廠(chǎng)脫硫廢水的清液于6個(gè)1 L的玻璃燒杯中，確定最佳Ca(OH)2和NaOH劑量，以250 r/min速度攪拌25 min。待前述階段攪拌結(jié)束后，靜置1 h，單獨(dú)取出上清液后，再分別加入不同劑量的Na2CO3，繼續(xù)以相同攪拌速度攪拌25 min，攪拌結(jié)束后靜置沉淀30 min，過(guò)濾上清液測(cè)定Ca2+、Mg2+含量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 藥劑投加預(yù)試驗(yàn)

Ca(OH)2和NaOH投加劑量與pH的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示。pH值對(duì)鎂離子沉淀的去除影響顯著，維持體系pH值在11以上，將保證對(duì)鎂離子較好的處理效果[7]。由圖1(a)可知，初步投加Ca(OH)2劑量至2.0 g/L時(shí)，原水pH值由7.71驟升至9.71；Ca(OH)2的投加劑量繼續(xù)增大，pH值總體變化不大；增至17.5 g/L時(shí)，體系pH值由10.36迅速升至11.05。由圖1(b)可知，投加NaOH劑量?jī)H為1 g/L時(shí)，水樣pH值從7.16迅速升至9.59；此后繼續(xù)增大NaOH投加劑量，水樣pH值幾乎保持平穩(wěn)；直至NaOH投加劑量大于15 g/L時(shí)，水樣pH值才顯著升高至11以上。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是該電廠(chǎng)脫硫廢水中含有一定濃度的鎂離子，在堿性條件下與OH-反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀析出，導(dǎo)致隨著Ca(OH)2或NaOH投加量的增加而體系pH值并未明顯增大，直至廢水中鎂離子被消耗掉后，pH值才開(kāi)始迅速上升[8-9]。因此Ca(OH)2或NaOH的投加量受廢水中鎂離子濃度的影響較大，需要充分考慮鎂離子濃度對(duì)藥劑進(jìn)行投加。

2.2 Ca(OH)2加藥量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

(a)

(b)

為保證Mg2+反應(yīng)充分，通過(guò)Ca(OH)2劑量的投加，控制反應(yīng)后的pH值，試驗(yàn)結(jié)果由圖2所示。由圖2可知，隨著Ca(OH)2投加劑量從16.5 g/L增至19.5 g/L，水樣pH值基本維持在11.5～12，Mg2+濃度從35 mmol/L逐步降至約10 mmol/L后不再繼續(xù)下降，相應(yīng)的去除率從83.8%升至94.5%。根據(jù)熱力學(xué)原理[10]，Ca(OH)2加入并電離后，使廢水中的離子積變大，即ΔG>0，反應(yīng)向生成Mg(OH)2方向進(jìn)行。

(1)

(2)

(a)pH值

(3)

SiO2+Mg(OH)2→Mg(HSiO3)2↓

(4)

2.3 NaOH加藥量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

(a)pH值

2.4 Ca(OH)2聯(lián)合Na2CO3加藥量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

在脫硫廢水中投加Ca(OH)2或NaOH，可有效降低脫硫廢水中的Mg2+、硅含量，但對(duì)脫硫廢水中Ca2+無(wú)明顯去除作用，同時(shí)在投加Ca(OH)2時(shí)還會(huì)增大廢水中Ca2+含量。Ca2+含量過(guò)高會(huì)增加后續(xù)反滲透濃縮的結(jié)垢傾向，因此需要通過(guò)二級(jí)反應(yīng)投加Na2CO3降低脫硫廢水中Ca2+含量，如圖4所示。

(a)懸浮液

Ca(OH)2的最佳投加劑量為18.0 g/L時(shí)，上清液Ca2+濃度約為145 mmol/L，Mg2+濃度約為9 mmol/L。按Na2CO3與Ca2+摩爾比1∶1進(jìn)行Na2CO3投加，投加劑量為15.4 g/L。直接加藥及取出上清液后再加藥，Ca2+、Mg2+去除效果如圖4(a)和(b)所示。

(5)

(6)

2.5 NaOH聯(lián)合Na2CO3優(yōu)化試驗(yàn)

NaOH投加劑量為15 g/L時(shí)，上清液Ca2+濃度為25 mmol/L，Mg2+濃度約為4 mmol/L。按Na2CO3與Ca2+摩爾比1∶1進(jìn)行投加，藥劑量為2.65 g。取上清液后再單獨(dú)加藥，Ca2+、Mg2+去除效果如圖5所示。

圖5 取出上清液后加Na2CO3的Ca2+、Mg2+的去除效果

由圖5可知，隨著Na2CO3投加量增加，Ca2+濃度逐漸降低，當(dāng)投加量大于2.8 g/L時(shí)，Ca2+濃度降至0.3 mmol/L左右，并趨于穩(wěn)定。Mg2+濃度則穩(wěn)定在1 mmol/L以下，影響較小。由此可知，Na2CO3的最佳投加劑量為2.8 g/L。

3 預(yù)處理工藝方案對(duì)比選擇

表2 水質(zhì)軟化處理工藝出水水質(zhì)比較

表3 水質(zhì)軟化處理工藝加藥劑量及費(fèi)用比較

4 結(jié)論

a.對(duì)比了采用不同藥劑的軟化效果，結(jié)果表明，Ca(OH)2和Na2CO3聯(lián)合使用、NaOH和Na2CO3聯(lián)合使用對(duì)水質(zhì)中Ca2+、Mg2+的去除均具有良好的效果。

c.綜合2種軟化處理方案，可選擇Ca(OH)2、NaOH聯(lián)合Na2CO3軟化工藝。工藝參數(shù)為石灰加藥量為3 g/L，氫氧化鈉加藥量為12 g/L，碳酸鈉加藥量為2.7 g/L，相應(yīng)的藥劑成本為每噸水39.15元。實(shí)際的電廠(chǎng)具體預(yù)處理方案需要根據(jù)實(shí)際廢水水質(zhì)情況對(duì)加藥量和加藥配比進(jìn)行確定。