1.介紹

目前，我國90%以上的燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。在濕法煙氣脫硫過程中，為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)的物料平衡，保證石膏產(chǎn)品的質(zhì)量，必須從系統(tǒng)中排出一定量的廢水，從而產(chǎn)生脫硫廢水。目前，大多數(shù)電廠采用“三池+混凝沉淀”工藝處理脫硫廢水。經(jīng)過這種處理方法，脫硫廢水可初步達(dá)到《火力發(fā)電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T997-2006)的標(biāo)準(zhǔn)要求，但廢水含鹽量極高。如果不深度處理，長(zhǎng)期排放會(huì)對(duì)自然水體和環(huán)境造成污染。隨著我國環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻和水資源的日益短缺，脫硫廢水的深度處理和實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放回用已成為火電行業(yè)的重點(diǎn)研究課題。

目前，脫硫廢水深度零排放處理工藝主要有熱蒸發(fā)處理、膜濃縮、膜鹽分離和電滲析處理等。這些工藝對(duì)廢水中硬度的去除都有嚴(yán)格的要求。如果處理效果不好，在廢水減量濃縮過程中，由于離子濃度增加，鈣鎂離子會(huì)達(dá)到飽和溶度積沉淀，嚴(yán)重影響設(shè)備的工作效率和使用壽命。

大多數(shù)脫硫廢水深度處理工藝在除硬過程中對(duì)鎂硬度的去除效果較差，主要是因?yàn)闅溲趸V由于沉淀比例小，在水中處于懸浮狀態(tài)，難以被普通絮凝劑去除。另外，大部分硬除工藝是利用鈣離子和鎂離子同時(shí)去除，沉淀出來的產(chǎn)物是氫氧化鎂和碳酸鈣的混合物，沒有回收利用價(jià)值。主要探討了熟石灰和碳酸鈉雙堿軟化和兩級(jí)混凝兩級(jí)沉淀工藝在脫硫廢水預(yù)處理和軟化中的應(yīng)用。

2.脫硫廢水預(yù)處理及軟化介紹

脫硫廢水的預(yù)處理和軟化主要是通過添加化學(xué)藥劑、化學(xué)反應(yīng)和物理沉淀來去除廢水中的鈣鎂離子，從而降低廢水的結(jié)垢傾向。常用的軟化劑有氫氧化鈉加碳酸鈉或熟石灰加碳酸鈉，俗稱“雙堿法”軟化。利用藥劑中的氫氧根離子、碳酸根離子和廢水中的硬度離子生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，然后加入絮凝劑生成大顆粒絮體。去除沉淀后，處理后的出水總硬度(以碳酸鈣計(jì))可控制在100mg/L以內(nèi)

通過數(shù)據(jù)對(duì)比，氫氧化鈉和碳酸鈉的組合以及熟石灰和碳酸鈉的組合對(duì)廢水中鈣鎂硬度的去除效果較好，如表1所示。

從這個(gè)角度來看，氫氧化鈉和碳酸鈉的組合以及熟石灰和碳酸鈉的組合都可以滿足除硬的要求，但兩種方案的用量不同，運(yùn)行費(fèi)用也不同。在脫硫廢水的實(shí)際處理過程中，熟石灰和碳酸鈉的結(jié)合可以大大降低藥劑成本，具體分析如下:

(1)熟石灰本身便宜。

(2)脫硫廢水中大量的硫酸根離子可以有效地抑制因加入熟石灰而引起的鈣離子濃度升高。

熟石灰的價(jià)格比氫氧化鈉低很多，但在使用過程中，熟石灰不僅給水中提供了氫氧根離子，還增加了水中的鈣離子。一般來說，鈣離子的增加會(huì)增加碳酸鈉的用量。但是對(duì)于脫硫廢水，廢水中含有大量的硫酸根離子，硫酸根和鈣離子已經(jīng)達(dá)到飽和溶度積。當(dāng)鈣離子增加時(shí)，生成硫酸鈣沉淀，從而阻止了水中鈣離子濃度的增加?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下:

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，加入熟石灰后，原水中的硫酸根離子大大減少，說明硫酸根離子與鈣離子反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀。

3.兩段混凝兩段沉淀工藝的應(yīng)用

脫硫廢水中鈣鎂離子含量很高。在軟化過程中，分別加入熟石灰和碳酸鈉以去除沉淀。如果采用普通混凝沉淀池除硬，在同一個(gè)反應(yīng)池中會(huì)同時(shí)產(chǎn)生大量氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，造成沉淀池負(fù)荷較大，影響沉淀池的出水效果。另外，由于熟石灰和碳酸鈉藥劑相鄰加入，兩種藥劑相互反應(yīng)，不利于廢水中硫酸根離子和鈣離子的反應(yīng)和碳酸鈉藥劑的節(jié)省。如果采用兩級(jí)混凝兩級(jí)沉淀工藝，可以減輕沉淀池的排泥壓力，減少沉淀負(fù)荷，并可以在一級(jí)混凝沉淀池中加入石灰去除水中的鎂離子；在二次混凝沉淀池中加入碳酸鈉，先去除水中的鈣硬度。主要流程如圖1所示。

該工藝的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)加入熟石灰進(jìn)行軟化處理，沉淀產(chǎn)物絮凝效果更好。在廢水混凝處理中，混凝效果也受水體pH值的影響很大。這是因?yàn)椴煌幕炷齽┰诓煌膒H值下具有不同的性能。大多數(shù)混凝劑，如大多數(shù)鋁鹽和鐵鹽，在堿性條件下能更好地發(fā)揮其混凝作用。因此，在廢水混凝處理中加入熟石灰是為了改善混凝劑的酸堿反應(yīng)環(huán)境，使其混凝得以完成和強(qiáng)化。

(2)在兩段混凝過程中，分別加入熟石灰和碳酸鈉，以避免軟化劑之間的相互反應(yīng)。初凝池中的化學(xué)反應(yīng)包括兩個(gè)過程:氫氧化鎂和硫酸鈣。為保證硫酸鈣化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行，一級(jí)混凝池中應(yīng)避免碳酸根離子的加入，在廢水進(jìn)入二級(jí)混凝池之前，應(yīng)使水體中的硫酸鈣完全沉淀。避免硫酸鈣與碳酸鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加碳酸鈉的消耗。

(3)二沉池的沉淀產(chǎn)物主要是碳酸鈣，可以回收利用。二沉池污泥中碳酸鈣含量高達(dá)95%以上，具有廣闊的開發(fā)利用前景。

4.成本分析

以某電廠脫硫廢水為例，對(duì)廢水軟化處理的藥劑成本進(jìn)行了對(duì)比分析。電廠脫硫廢水水質(zhì)見表3。

根據(jù)水質(zhì)資料，電廠脫硫廢水的硬度主要是鈣離子和鎂離子，其中鈣離子含量約為600mg/L，鎂離子含量約為4900 mg/L，在脫硫廢水中加入石灰和氫氧化鈉可以提供氫氧根離子，生成氫氧化鎂沉淀，可以徹底去除廢水中的鎂離子，并繼續(xù)加入碳酸鈉進(jìn)一步軟化水中的鈣離子。根據(jù)表3中脫硫廢水的綜合水質(zhì)，比較了兩種軟化方法的加藥成本，如表4所示。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)，石灰和碳酸鈉組合的軟化劑成本為24.30元/m3廢水(其中石灰成本8.88元/m3廢水，碳酸鈉成本15.42元/m3廢水)。氫氧化鈉和碳酸鈉的聯(lián)合藥劑成本為35.41元/m3廢水(其中氫氧化鈉成本31.13元/m3廢水，碳酸鈉成本4.28元/m3廢水)。通過對(duì)比可以看出，石灰和碳酸鈉軟化的組合比氫氧化鈉和碳酸鈉的組合具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，可以降低化學(xué)品的成本。

5.結(jié)論

通過工程應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析可以看出，采用兩級(jí)混凝兩級(jí)沉淀工藝，結(jié)合消石灰和碳酸鈉雙堿法的投加量，可以有效地將脫硫廢水的總硬度控制在100mg/L以內(nèi)。良好的預(yù)處理軟化效果，有效保障了膜濃縮、蒸發(fā)濃縮等后續(xù)廢水濃縮工藝的應(yīng)用，避免和控制了廢水濃縮過程中的結(jié)垢問題，為實(shí)現(xiàn)燃煤電廠脫硫廢水零排放處理發(fā)揮了積極作用。同時(shí)，兩級(jí)混凝兩級(jí)沉淀工藝的應(yīng)用，充分利用了脫硫廢水中原有的硫酸根離子形成硫酸鈣沉淀，節(jié)省了碳酸鈉藥劑的用量，大大降低了軟化劑的成本。(來源:山東神華山大能源環(huán)境有限公司)

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