脫硫廢水預(yù)處理軟化工藝
1、引言
目前我國90%以上燃煤電廠采用石灰石-石膏法濕法煙氣脫硫技術(shù)，在濕法煙氣脫硫工藝中，為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物質(zhì)的平衡，保證石膏產(chǎn)品品質(zhì)，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水，從而產(chǎn)生脫硫廢水。目前大多數(shù)電廠采用“三聯(lián)箱+混凝沉淀”工藝處理脫硫廢水，采用該處理方法后脫硫廢水可初步達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標》(DL/T997-2006)的標準要求，但廢水含鹽量極高，如不經(jīng)深度處理，長期排放會對自然水體及環(huán)境造成污染。隨著我國環(huán)境問題日益嚴峻，水資源越發(fā)緊缺，對脫硫廢水進行深度處理、實現(xiàn)脫硫廢水零排放回用已成為火電行業(yè)的重點研究課題。
目前脫硫廢水深度零排放處理工藝主要有熱蒸發(fā)處理、膜法濃縮、膜法分鹽和電滲析處理等幾類，這些工藝對廢水中硬度的去除都有嚴格要求，如果處理效果不好，則會導(dǎo)致在廢水減量濃縮過程中由于離子濃度的升高，而使鈣、鎂離子達到飽和溶度積沉淀析出，嚴重影響設(shè)備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，對鎂硬的去除效果較差，主要是由于氫氧化鎂沉淀比重較小，在水中呈懸浮狀態(tài)，通過普通絮凝劑難以沉淀去除;另外，大多數(shù)除硬工藝采用鈣離子、鎂離子同時去除，沉淀產(chǎn)物為氫氧化鎂和碳酸鈣混合物，沒有回收利用價值。本文主要論述熟石灰加碳酸鈉雙堿法軟化及兩級混凝兩級沉淀工藝在脫硫廢水預(yù)處理軟化中的應(yīng)用。
2、脫硫廢水預(yù)處理軟化介紹
脫硫廢水的預(yù)處理軟化主要是通過投加化學(xué)藥劑，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和物理沉淀，以去除廢水中鈣、鎂離子，達到降低廢水結(jié)垢趨勢的目的。常用軟化處理藥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和碳酸根離子，與廢水中硬度離子生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，再通過投加聚凝劑生成大顆粒絮體，經(jīng)沉淀去除，處理后出水總硬度(以碳酸鈣計)可控制在100mg/L以內(nèi)。
通過數(shù)據(jù)對比，氫氧化鈉加碳酸鈉組合與熟石灰加碳酸鈉組合對去除廢水中的鈣、鎂硬度均有良好效果，見表1。
由此來看，氫氧化鈉加碳酸鈉組合與熟石灰加碳酸鈉組合均可滿足對硬度的去除要求，但兩種方案加藥量不同，運行成本也不同，在脫硫廢水的實際處理過程中，熟石灰加碳酸鈉組合可大幅降低藥劑成本，具體分析如下：
(1)熟石灰本身價格低廉。
(2)脫硫廢水中大量的硫酸根離子可有效遏制因熟石灰投加而帶來的鈣離子濃度升高。
熟石灰價格遠低于氫氧化鈉價格，但在使用過程中，熟石灰除了向水體中提供氫氧根離子，同時會增加水中鈣離子。一般情況下，鈣離子的增加，將會增加碳酸鈉藥劑用量。但對于脫硫廢水而言，廢水中存在大量硫酸根離子，且硫酸根和鈣離子已達到飽和溶度積。當鈣離子增加時，則生成硫酸鈣沉淀，從而遏制了水中鈣離子濃度升高，化學(xué)反應(yīng)式如下：
通過表2數(shù)據(jù)可以看出，熟石灰投加后，原水中硫酸根離子大量減少，說明硫酸根與鈣離子反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀析出。
3、兩級混凝兩級沉淀工藝應(yīng)用
脫硫廢水中的鈣、鎂離子含量非常高，軟化過程中分別通過投加熟石灰和碳酸鈉進行沉淀去除，若采用一般混凝沉淀池進行除硬，則在同一反應(yīng)池內(nèi)同時生成大量氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，會造成沉淀池負荷較大，影響沉淀池出水效果。另外，由于熟石灰和碳酸鈉藥劑相鄰?fù)都樱沟脙煞N藥劑之間發(fā)生相互反應(yīng)，不利于廢水中硫酸根離子和鈣離子的反應(yīng)，不利于碳酸鈉藥劑的節(jié)約;若采用兩級混凝兩級沉淀工藝，則可以緩解沉淀池的排泥壓力，降低沉淀負荷，在一級混凝沉淀池中投加石灰，去除水中鎂離子;二級混凝沉淀池中投加碳酸鈉，進一部去除水中的鈣硬度。主要工藝流程如圖1所示。
該工藝流程的應(yīng)用同時具有以下優(yōu)勢：
(1)投加熟石灰進行軟化處理，沉淀產(chǎn)物絮凝效果更好。在廢水混凝處理中，其混凝效果很大程度上還受到水體的pH值影響。這是由于不同的混凝劑在不同的pH值下所發(fā)揮的性能程度不同。大部分的鋁鹽及鐵鹽等大部分混凝劑在堿性下得以更好地發(fā)揮它的混凝作用，因此，在廢水混凝處理中投加熟石灰是對混凝劑的酸堿反應(yīng)環(huán)境進行改善，使其混凝作用得以完成與提高。
(2)兩級混凝工藝將熟石灰與碳酸鈉分開投加，避免軟化藥劑間相互反應(yīng)。在一級混凝池內(nèi)進行的化學(xué)反應(yīng)包括氫氧化鎂和硫酸鈣兩個過程，為了保證硫酸鈣化學(xué)反應(yīng)的順利進行，在一級混凝池內(nèi)應(yīng)避免碳酸根離子的加入，而且在廢水進入二級混凝池之前也保證水體中硫酸鈣沉淀完全。避免硫酸鈣與碳酸鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加碳酸鈉的使用量。
(3)二級沉淀池沉淀產(chǎn)物主要為碳酸鈣，可資源化利用。二級沉淀池沉淀污泥中碳酸鈣的含量高達95%以上，具有廣泛的開發(fā)再利用前景。
4、成本分析
以某電廠脫硫廢水為例，對廢水軟化處理進行藥劑成本對比分析。電廠脫硫廢水水質(zhì)情況見表3。
通過水質(zhì)數(shù)據(jù)來看，電廠脫硫廢水中的硬度主要為鈣離子、鎂離子，其中鈣離子含量約600mg/L，鎂離子含量約4900mg/L。向脫硫廢水中加入石灰和氫氧化鈉均可提供氫氧根離子，生成氫氧化鎂沉淀，可以徹底的去除廢水中的鎂離子，繼續(xù)加入碳酸鈉，進一步軟化水中的鈣離子。以表3脫硫廢水綜合水質(zhì)情況，對兩種軟化方法的加藥成本進行對比，見表4。
從表4數(shù)據(jù)來看，石灰加碳酸鈉組合軟化藥劑成本為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);氫氧化鈉加碳酸鈉組合藥劑成本為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)。通過對比可以看出，采用石灰加碳酸鈉組合軟化相對于氫氧化鈉加碳酸鈉組合具有明顯成本優(yōu)勢，可降低藥劑成本。
5、結(jié)束語
通過工程應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析可以看出，在燃煤電廠脫硫廢水軟化處理過程中，采用兩級混凝兩級沉淀工藝，配合熟石灰加碳酸鈉雙堿法藥劑投加，可將脫硫廢水總硬度有效控制在100mg/L以內(nèi)。良好的預(yù)處理軟化效果，有效保障了后續(xù)膜法濃縮、蒸發(fā)濃縮等廢水濃縮工藝的應(yīng)用，避免和控制了廢水濃縮過程中的結(jié)垢問題，為實現(xiàn)燃煤電廠脫硫廢水零排放處理起到積極作用。同時，兩級混凝兩級沉淀工藝的應(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)約了碳酸鈉藥劑用量，大幅降低軟化藥劑成本。
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