煤化工企業脫硫廢水零排放工藝研究

閆衛軍

（山西晉環科源環境資源科技有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

煤化工企業在生產過程中會產生大量的脫硫廢水，這些脫硫廢水具有pH 值低、懸浮顆粒含量高、氟化物及重金屬超標等特性，屬于我國嚴格限制排放的污染物。目前煤化工企業對脫硫廢水的處理主要是沉淀過濾、生物凈化處理等，但在實際使用過程中存在著凈化流程復雜、凈化成本高的不足。據統計現有處理方案的脫硫廢水處理成本達到了46.1 元/t，存在著凈化成本高、經濟性差的不足，因此急需開發新的脫硫廢水處理技術，滿足對脫硫廢水高效、經濟的處理需求。

提出了一種新的綜合過濾系統，通過軟化預處理+管式微濾+管網式、碟管式雙重反滲透濃縮技術，實現了對脫硫廢水的多重凈化處理，最大限度的提升了廢水的回收率，將過濾的廢水根據不同的過濾情況應用在工業生產和生活清潔中，最終實現了脫硫廢水的零排放。目前該零排放凈化處理技術已經在煤化工企業得到了應用，極大的提升了廢水處理的效率和經濟性。

1 脫硫廢水零排放系統設計

1.1 系統設計背景

煤化工企業在一期廠區包含由2×600 MW+2×660 MW（1～4 機組）鍋爐，二期包括了4×1 240 MW鍋爐機組（5～8 機組）。在工作過程中通過煙氣脫硫而形成的脫硫廢水主要采用的是化學沉淀法來祛除廢水中的重金屬離子和懸浮顆粒污染物[1]，要求凈化后的廢水要滿足脫硫廢水排放控制安全。一期4 臺鍋爐滿負荷運行時廢水的排放量達到了20 t/h，二期機組滿負荷運行時的脫硫廢水量達到了48 t/h。廠區內的脫硫廢水較多，需要對其凈化處理，但現有廢水處理系統效率較低，而且每噸水的處理成本達到了46.1 元，經濟性極差。脫硫廢水中水質含量，如表1 所示。

表1 脫硫廢水水質含量匯總表

由實際監測結果可知，脫硫廢水中含有較多的汞、鉻等重金屬，COD 含量嚴重超標，氟化物、懸浮物濃度高，在溶解固形物質中含有大量的硫酸根和氯離子。由于兩個廠區內的總廢水量達到了68 t/h，但在生產過程中，電廠沖渣和煤廠沖洗水所需的量僅22 t/h，因此需要將整個脫硫廢水進行濃縮減量，將沖洗水之外的部分進行進一步凈化處理，實現再次利用，減少廢水的排放。

1.2 脫硫廢水零排放系統設計

根據上述分析，提出了一種新的脫硫廢水零排放系統，其整體結構如圖1 所示[2]。

圖1 脫硫廢水零排放系統示意圖

由圖1 可知，2 期的5～8 機組脫硫廢水通過脫硫系統的廢水箱進入到脫硫廢水處理系統的初始沉淀池，在沉淀池內進行初沉處理，將廢水中的懸浮物和固體顆粒分離出來。過濾后形成的上清液流入到調節曝氣池中，然后和1 期4 個機組的脫硫廢水進行混合。在曝氣池中，通過設置在水池底部的曝氣裝置來對脫硫廢水進行曝氣處理，將曝氣池中的廢水進行充分混合。

在完成曝氣以后，把廢水輸送到中和箱、沉淀箱以及絮凝箱中。為了提高凈化效果，在中和箱中加入了石灰乳來降低硫酸根的濃度并對廢水中的氟化物、鎂、硅等重金屬進行沉淀。在沉淀箱中則加入了NaOH，將廢水中的鎂離子及其他中金屬離子析出。在絮凝箱中則加入了聚合硫酸鐵混凝劑，使反應過程中所形成的各類懸浮物進行沉淀。最后再在一級澄清池中將絮凝物分離出來，將過濾出來的一級軟化水送入到二級反應池中，在反應池中加入一定的碳酸鈉溶液把軟化水中的鈣進行沉淀出來，然后再進行二級沉淀并完成軟化要求。

軟化完成后的廢水中仍然含有一定的懸浮物，因此需要進一步進行精過濾處理，將廢水引入到濾膜高效固液分離系統（TMF）中進行過濾[3]。TMF 設備在運行一段時間后需要利用過濾水對其進行沖洗，沖洗水可以流回到循環水箱中再次利用。

在對廢水處理過程中所形成的各類沉淀物，均統一傳輸到污泥池中，然后再利用螺桿泵將其傳輸到壓濾機中進行造餅處理，在壓濾過程中所形成的污水循環流入曝氣池中進行處理。

在膜濃縮段采用了管網式反滲透+碟管式反滲透雙重過濾[4]處理，TMF 過濾后的水在進入到反滲透濃縮之前，需要在里面加入還原劑和阻垢劑，防止反滲透膜被氧化或者堵塞。經過處理后的TMF 過濾水首先在管網式反滲透系統中進行一次濃縮，然后再進入到碟管式反滲透系統進行二次濃縮。經過二次濃縮后的濃水可以用于煤化工廠的地面沖洗，在過濾時形成的淡水則進入淡水儲存池中，可以將該部分水用于系統沖洗、脫硫用水等。

由于在反滲透運行的過程中水中的物質會慢慢的濃縮，因此為了防止停機以后水在靜止情況下析出晶體，所以在停機時需要利用淡水對反滲透膜進行沖洗。為了保證對廠區內脫硫廢水的處理效果，對零排放過濾系統設置了一定的余量。初沉池的容積設置為80 t/h，調節曝氣池、清水池均按照70 t/h 的容積進行設置。

2 零排放系統效果分析

該零脫硫廢水排放系統在2022 年9 月份完成性能嚴重試驗，系統所生成的濃縮水能夠用于煤化工的清潔沖洗用水，所生成的淡水則可以用于脫硫處理中，廢水的整體回用率達到了100%。

為了保證廢水處理的效果，對廢水處理參數進行了研究[5]。在中和箱、沉淀箱以及絮凝箱入口位置的流量設置為47.33 m3/h，將二級反應池的液體流入量設置為44.6 m3/h，將曝氣池中的pH 值調整為7.1，中和箱中的pH 值調整為8.99，沉降箱中的pH 值調整為11.4，二級反應池中的pH 值調整為10.8。為了對軟化預處理效果進行分析，將曝氣池、一級澄清池和二級澄清池中的過濾水進行化驗，水中各離子含量如表2 所示。

表2 軟化預處理后水質情況匯總表 單位：mg/L

由實測結果可知，廢水經過中和箱、沉淀箱以及絮凝箱的軟化處理后，水中的各類重金屬離子、硫酸根、COD 含量均出現了明顯的下降。這主要是在反應過程中生成了大量的沉淀物，這些金屬離子隨著沉淀物被除去了。鈉離子含量增加主要是由于水中加入了氫氧化鈉，鈉離子不與水中的其他物質反應，所以出現了明顯的增加。

在反應過程中雖然加入了氫氧化鈣，但是水中的鈣離子含量并沒有增加，這主要是由于氫氧化鈣和廢水中的硫酸根離子生成了硫酸鈣沉淀，進而實現了對溶液中鈣離子含量的控制，顯著的降低了過濾后水的硬度。

3 系統運行成本分析

該脫硫廢水零排放運行中的主要運行費用包括了電費和凈化藥物。其中凈化藥物的成本為28.7 元/t，電費為5.6 元/t，因此其實際運行成本約為34.3 元/t。比優化前的46.1 元/t 降低了25.6%。

4 結論

1）通過設置在水池底部的曝氣裝置能夠對脫硫廢水進行曝氣處理，使曝氣池內的廢水能夠充分的混合；

2）將廢水引入到濾膜高效固液分離系統（TMF）中進行過濾，能夠快速除去廢水中殘留的懸浮物；

3）氫氧化鈉+氫氧化鈣的預處理方法能夠顯著降低污水的硬度。

4）優化后廢水的處理成本比優化前降低了25.6%。