1、引言
目前我國(guó)90%以上燃煤電廠(chǎng)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(chǎng)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(dá)到《火電廠(chǎng)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，如不經(jīng)深度處理，長(zhǎng)期排放會(huì)對(duì)自然水體及環(huán)境造成污染。隨著我國(guó)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，水資源越發(fā)緊缺，對(duì)脫硫廢水進(jìn)行深度處理、實(shí)現(xiàn)脫硫廢水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、膜法濃縮、膜法分鹽和電滲析處理等幾類(lèi)，這些工藝對(duì)廢水中硬度的去除都有嚴(yán)格要求，如果處理效果不好，則會(huì)導(dǎo)致在廢水減量濃縮過(guò)程中由于離子濃度的升高，而使鈣、鎂離子達(dá)到飽和溶度積沉淀析出，嚴(yán)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(guò)程中，對(duì)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(guò)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(shí)去除，沉淀產(chǎn)物為氫氧化鎂和碳酸鈣混合物，沒(méi)有回收利用價(jià)值。本文主要論述熟石灰加碳酸鈉雙堿法軟化及兩級(jí)混凝兩級(jí)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(guò)投加化學(xué)藥劑，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)和物理沉淀，以去除廢水中鈣、鎂離子，達(dá)到降低廢水結(jié)垢趨勢(shì)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(chēng)“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(guò)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(jì))可控制在100mg/L以?xún)?nèi)。
通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，氫氧化鈉加碳酸鈉組合與熟石灰加碳酸鈉組合對(duì)去除廢水中的鈣、鎂硬度均有良好效果，見(jiàn)表1。
由此來(lái)看，氫氧化鈉加碳酸鈉組合與熟石灰加碳酸鈉組合均可滿(mǎn)足對(duì)硬度的去除要求，但兩種方案加藥量不同，運(yùn)行成本也不同，在脫硫廢水的實(shí)際處理過(guò)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(jià)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(lái)的鈣離子濃度升高。
熟石灰價(jià)格遠(yuǎn)低于氫氧化鈉價(jià)格，但在使用過(guò)程中，熟石灰除了向水體中提供氫氧根離子，同時(shí)會(huì)增加水中鈣離子。一般情況下，鈣離子的增加，將會(huì)增加碳酸鈉藥劑用量。但對(duì)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(dá)到飽和溶度積。當(dāng)鈣離子增加時(shí)，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(guò)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(shuō)明硫酸根與鈣離子反應(yīng)生成硫酸鈣沉淀析出。
3、兩級(jí)混凝兩級(jí)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(guò)程中分別通過(guò)投加熟石灰和碳酸鈉進(jìn)行沉淀去除，若采用一般混凝沉淀池進(jìn)行除硬，則在同一反應(yīng)池內(nèi)同時(shí)生成大量氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，會(huì)造成沉淀池負(fù)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(jí)混凝兩級(jí)沉淀工藝，則可以緩解沉淀池的排泥壓力，降低沉淀負(fù)荷，在一級(jí)混凝沉淀池中投加石灰，去除水中鎂離子;二級(jí)混凝沉淀池中投加碳酸鈉，進(jìn)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(shí)具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)投加熟石灰進(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，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(duì)混凝劑的酸堿反應(yīng)環(huán)境進(jìn)行改善，使其混凝作用得以完成與提高。
(2)兩級(jí)混凝工藝將熟石灰與碳酸鈉分開(kāi)投加，避免軟化藥劑間相互反應(yīng)。在一級(jí)混凝池內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)包括氫氧化鎂和硫酸鈣兩個(gè)過(guò)程，為了保證硫酸鈣化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行，在一級(jí)混凝池內(nèi)應(yīng)避免碳酸根離子的加入，而且在廢水進(jìn)入二級(jí)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(jí)沉淀池沉淀產(chǎn)物主要為碳酸鈣，可資源化利用。二級(jí)沉淀池沉淀污泥中碳酸鈣的含量高達(dá)95%以上，具有廣泛的開(kāi)發(fā)再利用前景。
4、成本分析
以某電廠(chǎng)脫硫廢水為例，對(duì)廢水軟化處理進(jìn)行藥劑成本對(duì)比分析。電廠(chǎng)脫硫廢水水質(zhì)情況見(jiàn)表3。
通過(guò)水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)看，電廠(chǎng)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(jìn)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(duì)兩種軟化方法的加藥成本進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表4。
從表4數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)對(duì)比可以看出，采用石灰加碳酸鈉組合軟化相對(duì)于氫氧化鈉加碳酸鈉組合具有明顯成本優(yōu)勢(shì)，可降低藥劑成本。
5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)工程應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析可以看出，在燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水軟化處理過(guò)程中，采用兩級(jí)混凝兩級(jí)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?xún)?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(guò)程中的結(jié)垢問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水零排放處理起到積極作用。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)約了碳酸鈉藥劑用量，大幅降低軟化藥劑成本。( >
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