1、收稿日期:作者简介:康勇(),男,教授,博士生导师,主要研究方向为非均相分离与水处理技术.E m a i l:y k a n g t j u e d u c n燃煤锅炉烟气脱硫废水一步法处理工艺试验研究康勇,鲁佳,郭婧(天津大学化工学院,天津 )摘要针对目前火电厂燃煤锅炉脱硫废水处理工艺长、药剂种类多、占用设备多等缺点,开发了脱硫废水一步法处理工艺和与之配套的可直接添加的固体净水药剂,并以某电厂燃煤锅炉脱硫废水为例,进行了实验室处理效果研究.结果表明,针对该电厂锅炉脱硫废水,该工艺的最佳运行条件为:搅拌时间 m i n,搅拌速度 r/m i n,加药量 m g/L.在此条件下,处理后出水中的各
2、项指标,如悬浮物质量浓度(S S)、氟化物质量浓度、硫化物质量浓度、重金属离子质量浓度、化学耗氧量(C O D)以及p H值等参数均可满足D L/T 标准要求.关键词燃煤锅炉;烟气脱硫废水;一步法;净水剂;悬浮物;重金属离子;C O D 中图分类号X 文献标识码A 文 章 编 号 ()D O I编 号 /j i s s n E x p e r i m e n t a l s t u d yo nF G Dw a s t e w a t e r t r e a t m e n tb yo n e s t e pp r o c e s sKAN GY o n g,L UJ i a,GUOJ i n
3、 g(S c h o o l o fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g,T i a n j i nU n i v e r s i t y,T i a n j i n ,C h i n a)A b s t r a c t:A g a i n s t s h o r t c o m i n g s o f t h ep r e s e n t f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n(F G D)w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p r o c e s si nc o a l
4、f i r e dp o w e rp l a n t s,s u c ha s l o n gp r o c e s s,v a r i o u s c h e m i c a l s,e x c e s s i v e e q u i p m e n t s a n dh i g ho p e r a t i o nc o s t,an o v e l F G Dw a s t e w a t e r t r e a t m e n tm e t h o dn a m e do n e s t e pp r o c e s sw a sp r o p o s e d,a n d t h e
5、 s o l i dw a t e r c l e a n i n ga g e n tw a sd i r e c t l ya d d e d T h i sm e t h o dw a s a p p l i e d i n l a b o r a t o r y t r e a t m e n t t e s t f o r t h ed e s u l p h u r i z a t i o nw a s t e w a t e r f r o map o w e rp l a n t T h e r e s u l t s s h o wt h eo p t i m a l t r
6、 e a t m e n t c o n d i t i o n i sa s f o l l o w s T h es t i r r i n gt i m e i s m i n,t h em i x i n gs p e e di s r/m i na n dt h ep u r i f y i n ga g e n td o s a g e i s m g/L U n d e rt h i sc o n d i t i o n,a l lm e a s u r e so ft h et r e a t e de f f l u e n t,s u c ha ss u s p e n d
7、 e ds o l i d(S S),F,S,h e a v ym e t a l s,c h e m i c a l o x y g e nd e m a n d(C O D)a n dp Hv a l u e,m e t t h es t a n d a r dr e q u i r e m e n t so f t h eD L/T K e yw o r d s:c o a l f i r e db o i l e r,F G D w a s t ew a t e r,o n e s t e pp r o c e s s,p u r i f y i n ga g e n t,s u s
8、p e n d e ds o l i d,h e a v ym e t a l i o n,C O D目前,燃煤锅炉烟气脱硫技术中的湿法脱硫技术较为成熟,效率较高,适应性较好,运行安全可靠 .但是,为保持湿法烟气脱硫系统运行稳定,需要排放一定量的吸收塔浆液,即脱硫废水.国内应用较多的烟气脱硫废水处理工艺为化学沉淀法,其中包括废水中和沉淀、重金属沉淀、混凝沉淀和澄清个环节.脱硫废水化学沉淀法处理系统由废水处理、药剂配制添加和污泥脱水系统组成.长期运行结果表明,该处理工艺所需药剂种类多,药剂配制、储存和输送设备多,水质、水量波动时系统控制困难,设备投资大,运行成本高,添加的酸、碱对管线设备腐蚀严重
9、.为此,本文开发出一套新型脱硫废水处理工艺和与之配套的脱硫废水净水药剂.该新型脱硫废水第 卷第期 年月热力发电THE RMA LP OWE RG E N E R A T I ONV o l N o J u n e h t t p:w ww r l f d c o m c n h t t p:r l f d p e r i o d i c a l s n e t c n 处理工艺是将净水药剂以固体粉末状态直接加入脱硫废水中进行混合反应,然后澄清分离.整个工艺仅需添加种净水药剂,即可使出水指标满足D L/T 火电厂石灰石石膏湿法脱硫废水水质控制指标 要求,因此称其为一步法脱硫废水处理工艺.本文研究
10、了一步法脱硫废水处理的效果,以及净水药剂的添加量、搅拌速度和搅拌时间个因素对出水水质的影响,确定了这个因素的最佳操作条件.一步法脱硫废水处理工艺一步法工艺流程如图所示.首先,将脱硫废水收集于废水缓冲池中,经废水提升泵提升至混合箱,在快速搅拌条件下,向混合箱投加一定量的粉末净水药剂,药剂与废水充分混合后自流进入反应箱,反应一定时间后自流至澄清/浓缩池实现泥水分离,澄清/浓缩池溢流清水的水质需达到D L/T 标准.底流污泥通过污泥输送泵送入污泥脱水机进行脱水,脱出液返回废水缓冲池,脱水固渣外运.配套的粉末净水药剂由具有p H值调整、絮凝络合及反应缓冲等功能的成分组成,性能安全稳定,易于运送、存储、
11、添加.图一步法脱硫废水处理工艺流程F i g T h eo n e s t e pp r o c e s s f l o wf o rF G Dw a s t e w a t e r t r e a t m e n t 试验方法脱硫废水取自某电厂烟气湿法脱硫系统中旋液分离器的溢流,脱硫废水净水药剂为实验室自制,哈纳仪器离子浓度测定,专用试剂,其余试验药品均为分析纯.试验采用天津市华兴科学仪器厂D 型搅拌器,意大利哈纳仪器公司哈纳H I 型高精度实验室多参数测定仪,上海精密科学仪器有限公司J Y 型分析天平,天津欧诺仪器有限公司S Y 型电热式恒温水浴箱,丹东百特仪器有限公司B T S T型激光
12、光电粒度仪,上海精密科学仪器有限公司p H S C型酸度计.取 m L未经处理的脱硫废水,加入少量无水乙醇,测定悬浮物颗粒粒度分布.取m L废水稀释 倍,并取出 m L,按照国标重量法测定悬浮物质量浓度(S S).取少量废水经慢速滤纸过滤,取 m L滤液按照氯气校正法测定化学耗氧量(C O D).氟离子、铜离子和锌离子是脱硫废水中较难处理的成分,因此以这种离子的去除效果作为评价脱硫废水处理效果的指标.取一定量废水于置烧杯中,向烧杯中加入净水药剂,以一定的搅拌速度搅拌一定时间,搅拌结束后将废水分为份,其中一份静置 m i n后取少量上清液测定悬浮物质量浓度,另一份在D mm的沉降管中进行沉降试验
13、,测定沉降界面高度随沉降时间的变化并绘制沉降曲线计算沉降速率.沉降试验后用普通慢速定性滤纸过滤,测定滤液中氟离子、铜离子和锌离子质量浓度以及p H值.一步法试验首先在加药量为 m g/L、搅拌速度为 r/m i n的条件下,分别以,m i n的搅拌时间进行;然后在加药量为 m g/L,搅拌时间为 m i n的条件下,分别以,r/m i n的搅拌速度进行;最后在搅拌速度为 r/m i n,搅拌时间为 m i n的条件下,分别以 ,m g/L的加药量进行,以确定净水药剂的添加量、搅拌速度和搅拌时间个因素的最佳值.在最佳试验条件下,测定处理水的C O D、重金属质量浓度、p H值和S S等指标.试验
14、结果及分析 脱硫废水水质脱硫废水水质测定结果见表.该废水与文献 ,中的水质特征相近,废水呈酸性,其中含有多种重金属离子、还原态物质以及大量的悬浮物.脱硫废水悬浮物粒度范围为 m,其中位径为 m.表脱硫废水水质参数T a b l eQ u a l i t yp a r a m e t e r so f r a wF G Dw a s t e w a t e rp H值质量浓度/(m gL)C uZ nFC O DS S 搅拌时间对出水的影响图给出了在加药量为 m g/L、搅拌速度为 r/m i n的条件下,经过搅拌时间分别为,第期康勇 等燃煤锅炉烟气脱硫废水一步法处理工艺试验研究h t t p:
15、w ww r l f d c o m c n h t t p:r l f d p e r i o d i c a l s n e t c n ,m i n的处理水中的污泥沉降曲线.由图可见,污泥沉降曲线的沉降区和过渡区较窄,沉积曲线衰减不明显,这说明悬浮液沉降较快,固体颗粒的不可压缩性好,沉积污泥适合采用气压或真空过滤工艺脱水.计算图中条曲线沉降区的斜率,得到不同搅拌时间的污泥沉降速率及水质参数见表.图不同搅拌时间下污泥沉降曲线F i g T h e s e t t l i n gc u r v e so f s l u d g ew i t hd i f f e r e n t s t i
16、r l i n g t i m e s由表可见,不同搅拌时间的出水p H值维持在 区间,满足D L/T 的水质要求;出水中铜、锌离子质量浓度随搅拌时间的增加不断减少,去除率逐渐提高;但随搅拌时间的继续增加,铜离子质量浓度又稍有增加,这可能是因为流体长时间的剪切作用使絮体破碎,被吸附、络合的铜离子又返回到出水中所致.废水中的氟离子主要依靠种方式去除:)与钙离子形成氟化钙沉淀;)氢氧化物对氟离子的吸附作用形成沉淀 .长时间的搅拌对去除氟离子影响不大.出水中悬浮物随着搅拌时间的增长先减少后稍微增多,污泥沉降速率与其变化趋势相反.这是由于净水药剂与废水在短时间内的搅拌絮凝反应不充分,无法有效的吸附、架
17、桥和网捕,此时出水中悬浮物多,污泥沉降速率小;而搅拌时间过长,药剂与悬浮物颗粒形成的絮体长时间受流体的剪切作用,本已形成的絮体又被打碎,废水中细小的悬浮物颗粒再次增多,出水悬浮物质量浓度增加,污泥沉降速率减小.综合各项指标,在加药量为 m g/L,搅拌速度为 r/m i n的试验条件下,m i n为最佳搅拌时间.表不同搅拌时间污泥沉降速率及水质参数T a b l eT h e s l u d g e s e t t l e m e n t r a t e sa n dw a t e rq u a l i t yw i t hd i f f e r e n t s t i r l i n g t
18、 i m e s搅拌时间/m i np H值C uZ nF质量浓度/(m gL)去除率/质量浓度/(m gL)去除率/质量浓度/(m gL)去除率/S S质量浓度/(m gL)污泥沉降速率/(mms)搅拌速度对出水的影响图为 加 药 量 为 m g/L,搅 拌 时 间 为 m i n时,不同搅拌速度下废水的污泥沉降曲线.计算图中曲线沉降区的斜,率得到对应的污泥沉降速率见表.由表可见,不同搅拌速度下出水p H值为 ,变化幅度较小;出水中铜、锌离子质量浓度均随搅拌速度的增大先增加后减小,而氟离子的质量浓度变化不大.废水加入净水药剂后,低速搅拌时絮凝反应效果较差,一方面是因为药剂在废水中分布不均匀,
19、另一方面是由于搅拌速度过低,分布在废水中的药剂与悬浮物所形成的絮体无法克服自身重力而过早沉图不同搅拌速度下污泥沉降曲线F i g T h e s e t t l i n gc u r v e so f s l u d g ew i t hd i f f e r e n t s t i r l i n g s p e e d s热力发电 年h t t p:w ww r l f d c o m c n h t t p:r l f d p e r i o d i c a l s n e t c n 表不同搅拌速度下污泥沉降速率T a b l eT h e s e t t l e m e n t r
20、a t e so f s l u d g ew i t hd i f f e r e n t s t i r l i n gs p e e d s搅拌速度/(rm i n)p H值C uZ nF质量浓度/(m gL)去除率/质量浓度/(m gL)去除率/质量浓度/(m gL)去除率/S S/(m gL)污泥沉降速率/(mms)淀,因此未吸附、架桥、网捕更多的杂质离子,对铜、锌的去除效果较差.随着搅拌速度的增大,絮体吸附和络合效果增强,出水中铜、锌离子的质量浓度逐渐减少.搅拌速度过高,药剂与悬浮物所形成的絮体细小,会减弱对铜、锌离子的吸附、络合作用,使出水中铜、锌离子质量浓度增大.搅拌速度对氟化
21、物的去除影响较小,这是因为大部分氟化物形成稳定的氟化钙沉淀,在水流剪切力的作用下不易破坏,小部分氟化物被氢氧化物吸附形成沉淀,试验条件下的搅拌速度对这部分沉淀的破坏作用甚微.随着搅拌速度的增大,出水中S S先减小后增大,污泥沉降速率也是先减小后增大,这是由于随着搅拌速度的增大,药剂逐渐与废水发生高效的絮凝反应,出水S S减小,污泥沉降速率增大;但当搅拌速度继续增大时,废水中的絮体较小,对细小悬浮物的吸附、架桥、网捕作用较弱,再加上流场的高剪切作用,废水中出现了许多细小的悬浮颗粒,故此时出水中悬浮物较多,污泥沉降速率较小.由此可见,加药量为 m g/L、搅拌时间为 m i n时,最佳的搅拌速度为
22、 r/m i n.加药量对出水的影响图为搅拌时间为 m i n、搅拌速度为 r/m i n时,加 药 量 分 别 为 ,m g/L时处理水中的污泥沉降曲线.计算图曲线沉降区的斜率,得出对应的污泥沉降速率见表.图不同加药量下污泥沉降曲线F i g T h e s e t t l i n gc u r v e so f s l u d g ew i t hd i f f e r e n td o s a g e s表不同加药量下污泥沉降速率T a b l eT h e s e t t l i n gc u r v e so f s l u d g ew i t hd i f f e r e n t
23、d o s a g e s加药量/(m gL)p H值C uZ nF质量浓度/(m gL)去除率/质量浓度/(m gL)去除率/质量浓度/(m gL)去除率/S S质量浓度/(m gL)污泥沉降速率/(mms)由表可见,随着净水药剂添加量的增大,出水p H值不断增大,这是由于较大的药剂用量容易提高出水的p H值.出水中铜、锌离子质量浓度随加药量的增大而减少,一方面是因为加药量增多,废水p H值升高,铜、锌离子生成了更多的氢氧化物沉淀;另一方面是因为加药量较大时,净水药剂对铜、锌离子的吸附和络合能力增强.随着加药量的增加,氟离子与钙离子形成氟化钙的沉淀增多,铜、锌氢氧化物对氟离子的吸附作用增强,
24、从而出水中氟离子的质量浓度逐渐减少.随加药量的增大,出水S S先减少后保持不变,而污泥沉降速率则持续增大.这是因为加入少量药剂时,药剂与杂质的碰撞第期康勇 等燃煤锅炉烟气脱硫废水一步法处理工艺试验研究h t t p:w ww r l f d c o m c n h t t p:r l f d p e r i o d i c a l s n e t c n 概率小,只能吸附少量的悬浮物颗粒,吸附、架桥、网捕作用难以发挥;随着加药量的增大,药剂与杂质的有效碰撞增多,吸附、架桥、网捕作用增强,形成高效的絮凝反应,产生的絮体变大,出水中S S减少,污泥沉降速率增大.当加药量增至 m g/L时,出水中S
25、 S基本不变,污泥沉降速度逐渐增大,但增加幅度较小,表明此时加药量已经足够去除废水中的杂质.当加药量为 m g/L时,出水铜、锌离子以及氟化物质量浓度均满足出水水质要求;当加药量大于 m g/L时,铜、锌离子以及氟化物的去除率以及污泥沉降速率均继续增大,而出水S S接近加药量为 m g/L时的S S.因此,在搅拌时间为 m i n、搅拌速度为 r/m i n条件下,加药量为 m g/L即可.试验结果显示,脱硫废水处理一步法工艺的最佳条件为:搅拌时间 m i n,搅拌速度 r/m i n,加药量 m g/L,此时的出水水质指标见表.由表可见,各项指标均满足D L/T 的水质标准.由此可见,利用本
26、文所开发的新工艺和新药剂可以有效去除火电厂烟气脱硫废水中悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量以及调节p H值.因此,该工艺和药剂用于处理烟气脱硫废水是可行的.表最佳试验条件下水质检测结果T a b l eT h ec h a r a c t e r i s t i c so f e f f l u e n t u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s项目检测结果D L/T 指标p H值 C O D/(m gL)氟化物/(m gL)硫化物/(m gL)悬浮物/(m gL)总汞/(m gL)总镉/(m gL)总铬/(m gL)总砷/
27、(m gL)总铅/(m gL)总镍/(m gL)总锌/(m gL)控制值或最高允许排放浓度值.结语本文采用一步法工艺和净水药剂处理火电厂烟气脱硫废水,该工艺仅需添加种净水药剂即可有效去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量,并能有效调节p H值.试验得出该工艺的最佳搅拌时间为 m i n,搅拌速度为 r/m i n,加药量为 m g/L,此时出水的p H值为 ,铜、锌和氟离子的质量浓度分别为 ,m g/L,S S质量浓度为 m g/L,出水水质满足D L/T 标准要求,沉降速度可达 m m/s.参考文献周卫青,李进火电厂石灰石湿法烟气脱硫废水处理方法J电力环境保护,():
28、Z HOU W e i q i n g,L IJ i n M e t h o d st ot r e a tw a s t ew a t e rf r o ml i m e s t o n ew e tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o ni np o w e rp l a n tJ E l e c t r i c P o w e r E n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n,():吴怡卫石灰石石膏湿法烟气脱硫废水处理的研究J中国电力,():WUY i w e i S t u d yo n t h ew
29、 a s t e w a t e r t r e a t m e n t i n l i m e s t o n e g y p s u m w e tF G D p r o c e s sJ E l e c t r i cP o w e r,():聂鹏飞 MW废水处理系统的优化改造机组湿法脱硫J热力发电,():N I EP e n g f e i O p t i m i z e dr e t r o f i to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t s y s t e mi nw e td e s u l p h u r i z a t i o no
30、f MW u n i tJ T h e r m a lP o w e rG e n e r a t i o n,():G B/T ,水质悬浮物的测定重量法SG B T ,W a t e rq u a l i t y d e t e r m i n a t i o no fs u s p e n d e ds u b s t a n c e s g r a v i m e t r i cm e t h o dSH J/T ,高氯废水化学需要量测定SH J/T ,H i g h c h l o r i n ew a s t e w a t e r d e t e r m i n a t i o n
31、o fc h e m i c a lo x y g e nd e m a n dc h l o r i n ee m e n d a t i o nm e t h o dS陈泽峰,冯铁玲电厂脱硫废水处理J工业水处理,():CHE N Z e f e n g,F E N G T i e l i n g W a s t e w a t e rt r e a t m e n ti np o w e rp l a n tJ I n d u s t r i a lW a t e rT r e a t m e n t,():管一明燃煤电厂烟气脱硫废水处理J电力环境保护,():GUAN Y i m i n
32、g F G D w a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nc o a l f i r e dp o w e rp l a n tJ E l e c t r i cP o w e rE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n,():魏代波,郑爽英,蒋利鑫,等湿法烟气脱硫废水处理技术探讨J环境科学与管理,():WE ID a i b o,Z HE N GS h u a n g y i n g,J I AN GL i x i n,e ta l T r e a t m e n td i s c u s s i o no
33、fw a s t e w a t e ri n w e tf l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o nJ E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n dM a n a g e m e n t,():(下转第 页)热力发电 年h t t p:w ww r l f d c o m c n h t t p:r l f d p e r i o d i c a l s n e t c n 对应真空严密性 P a/m i n;若真空数值变化 k P a,则对应真空严密性 P a/m i n.结语目前国内现行的标准对于负荷率低于 的调峰机组的真空严密性并未做出明确的要求和规定,因此本文中提及的定量修正方法对于评价机组在调峰区域真空系统的严密性有着一定的参考意义.部分机组长期运行在 额定负荷之下,无条件进行真空严密性试验以对
