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发电厂脱硫废水处理的必要性及其技术应用

发布时间：2011/5/28 阅读次数：2170 字体大小: 【小】【中】【大】

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(呼和浩特金桥热电厂，内蒙古呼和浩特 010070)
摘要：文章阐述了石灰石湿法烟气脱硫装置废水处理的必要性及废水处理的原理，介绍了脱硫废水处理的工艺系统及技术应用。
关键词：废水处理；原理;工艺与系统；技术应用
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2010)13—0073—02
1 发电厂脱硫系统废水的产生及对其进行处理的必要性

近年来，随着国民经济的日益增长，对电力的需求增长加快，作为主要电源供应的燃煤发电机组逐年增加，燃煤量也大大增加，燃煤的区域性和全球性的环境问题越来越突出，因此各火力发电厂均投入烟气脱硫系统，通过烟气脱硫技术控制硫氧化物的排放。由于脱硫工艺采用的是湿法脱硫，产生出大量的废水，这些废水含有大量的重金属离子，直接外排会造成新的污染，因此必须对废水进行处理，以达到合格的排放标准。

锅炉烟气湿法脱硫(石灰石/石膏法)过程产生的废水来源于吸收塔排放水，为了维持脱硫装置浆液循环系统物质的平衡，防止烟气中可溶部分即氯浓度超过规定值和保证石膏质量，必须从系统中排放一定量的废水，废水主要来自石膏脱水和清洗系统。废水中含有的杂质主要包括悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属，其中很多是国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物。发电厂燃煤中除了一些主要元素C、H、N、O、S和次量元素Al、Ca、N a、K、Fe、Si等外，还含有多种痕量重金属元素，如Cr、Ni、Hg、As、Pb等，这些重金属元素最后分别以不同的形态随烟气、飞灰等排出锅炉。这其中，烟气中的重金属元素大多富集在亚微米级的颗粒上，另有少部分以气体形态存在于烟气中。实践经验表明，目前的除尘设备对一些痕量元素的收集效率并不高，因此尽管进入吸收塔的烟气已经经过除尘，但还是有相当多的重金属元素随烟气进入到了吸收塔中，从而在烟气与浆液的接触过程中溶解到浆液中。同时，石灰石中也存在重金属元素，如Hg和Cd等，这些元素在石灰石形成浆液的过程中也会溶解到浆液中，并进入到脱硫废水中。许多重金属离子都有相当大的毒性，并且重金属离子在自然界没有自净与生物降解能力，排入水体后通过生物链不断富集，对动植物的生命活动造成很大危害。因此，国内外均十分重视含有重金属的废水治理。
2 脱硫系统废水处理的原理

石灰石——石膏法是目前使用最广泛的一种烟气脱硫法，它能高效脱除烟气中的S。脱硫FGD 的废水必须综合考虑如下污染物的去除效率和程度：①pH值(随FGD流程不同有差异，一般为 1～65)；②浮物固体成分及含量；③石膏过饱和度；④重金属含量。

对于湿法烟气脱硫技术，一般控制氯离子含量小于2 000mg/L。脱硫废液呈酸性(pH值4～6) ，悬浮物质量分数为9 000mg/L～12 700mg/L，一般含Hg、Pb、Ni、Zn等重金属以及As、F 等非金属污染物脱硫废水，属弱酸性，故此时许多重金属离子仍有良好的溶解性。所以，脱硫废水的处理主要是以化学、机械方法分离重金属和其他可沉淀的物质，如氟化物、亚硫酸盐和硫酸盐。对于废水的处理主要有氢氧化物沉淀法和脱除Cd和Hg的硫化物法。
2.1 氢氧化物沉淀法的基本原理

先在废水中加入石灰乳或其他碱性化学试剂(如：NaOH等)，将pH值调至6～7，为后续处理工艺环节创造良好的技术条件，同时在该环节可以有效去除氟化物(产品CaF2沉淀)和部分重金属。然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂，将pH升至8～9，使其生成不溶于水的金属氢氧化物和硫化物的形式沉淀，以达到对脱硫废水进行处理的目的，达到合格的排放标准。氢氧化物沉淀法具有操作简单、脱除效率高等优点，被广泛应用于脱硫废水的处理。
2.2 硫化物法的基本原理

并非所有的重金属元素都可以通过与石灰浆作用形成氢氧化物的形式很好的沉淀出来，例如，废水中的Cd和Hg，单纯靠石灰乳中和，很难形成相应的氢氧化物大量沉淀下来，因此需要在沉淀室中按比例加入重金属沉淀剂，常用的为硫化物，及所谓的硫化物沉淀法。硫化物沉淀法是向废水中加入硫化氢、硫化铵或碱金属的硫化物，是预处理物质生成难溶硫化物沉淀已达到分离净化的目的。这种方法的基本原理是：许多硫化物的溶度积相当低，因此硫化物的沉淀通常在络合剂存在时也能进行，即使在酸性条件下也能得到很好的分离。与中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的优点是：重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，而且反应的pH值在7~9之间，处理后的废水一般不需要中和。硫化物沉淀法的缺点是：硫化物沉淀物颗粒小，易形成胶体，硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸形成硫化氢气体，产生二次污染。
2.3 脱硫废水处理的几个反应步骤

①先行加入碱液，调整废水pH值，在调整酸碱度的同时，为后续处理工艺环节创造适宜的反应条件；②加入有机硫化物、絮凝剂和适量的助凝剂，通过机械搅拌创造合适的反应梯度使废水中的大部分重金属形成沉淀物并沉降下来；③通过投加的絮凝剂和适宜的反应条件，使得废水中的大部分悬浮物沉淀下来，通过澄清池(斜板沉淀池)予以去除；④加入絮凝剂使沉淀浓缩成为污泥，污泥被送至灰场堆放。 

在石灰中和法处理废水工艺流程中，为了消除可能生成的胶体，改善生成物的沉降性能，需要加入絮凝剂和适量的助凝剂。向水中加入絮凝剂的效用在于：絮凝剂水解产物压缩胶体颗粒的双电层，达到胶粒脱稳而相互聚结，混凝过程包含了凝聚和絮凝2个阶段。凝聚阶段形成较小微粒，通过絮凝以形成较大的絮粒，絮粒可在一定条件下从水中分离并沉淀出来。常用的混凝剂有：水解阳离子的无机盐类或无机聚合盐类。助凝剂是指在混凝过程中，为了提高混凝效果，加快凝絮过程中所需添加的辅助药剂。按助凝剂在助凝中的作用大致可分为：pH值调整剂、氧化剂、絮凝体加固剂、高分子吸附剂4类。
3 脱硫废水处理工艺系统及应用
3.1 目前发电厂典型的石灰石沉淀法脱硫废水处理工艺流程

湿法脱硫废水的主要特征是呈现弱酸性，pH值低于5.7；悬浮物高，但颗粒细小，主要成分为粉尘和脱硫产物(CaSO4和CaSO₃)。

含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸盐等；还有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金属离子。由此国内的处理技术基本基于如上废水的排放性质，采用物化法针对不同种类的污染物，分别创造合宜的理化反应条件，使之予以彻底去除，工艺流程如图所示：

脱硫废水→ 中和箱(加入石灰乳)→ 沉淀箱(加入硫化物)→ 絮凝箱(加入混凝剂)→ 澄清池 → 清水pH值调整箱 → 排放

脱硫废水处理系统的出力按脱硫废水排放量确定，系统采用连续自动运行，处理过程采用重力自流，泵类设备常设备用，废水箱设搅拌装置。脱硫废水处理系统的设备、管道及阀门等均根据接触介质的性质采用防腐材质。
3.2 脱硫废水处理工艺步骤
3.2.1 脱硫装置产生的弱酸性废水通过管路流入中和箱。将石灰浆配比成一定浓度(一般为20%左右)通过加料管送入石灰浆制备箱。石灰浆浓度通过安装在石灰浆循环管中的密度测量装置来监测。石灰浆根据废水pH值、流量及石灰浆浓度加入废水中。废水的pH值一般控制在9.5±0.3，因为此pH值范围适于沉淀大多数重金属。
3.2.2 废水流入沉降箱中。由于并非所有的重金属都可通过与石灰浆作用形成氢氧化物的形式很好的沉淀出来，例如Cr和Hg，因此需在沉淀室中按比例加入硫化物，使镉和汞形成微细絮凝体。
3.2.3 废水中沉淀出来的氢氧化物及其他固形物，极细的分散在体系中，难于沉降。为了提高絮凝效果，须向絮凝箱中加入混凝剂。反应池每个箱中都装有搅拌器，以确保废水和化学物质的均匀混合。为了不影响絮凝粒子的形成，絮凝箱中的搅拌器转速要小于前两室。 
3.2.4 以处理的废水在重力作用下由反应池经管道流出。废水一经流出反应池，即向其中加入助凝剂，以产生易于沉降的更大絮凝粒子。随后废水进入澄清池，在此处，固体物质与废水分离。经澄清的废水从澄清池流出，经溢流槽沿边缘向下顺着管路自流进入出水箱中。为保证出水的pH值，出水箱上安装了pH值测量装置。如果所测的pH值在6~9范围内，采用出水泵送至冲渣系统。如果超过了pH值上限，需另加浓盐酸调节pH值至设定范围；如果相反，pH值低于定义下限，需经管路将废水返回反应池进行再处理。在清水排出废水处理装之前，需由浊度测量装置进行检测。如果超出上限，就要中止向主排水口排放，出水返回反应池，进行再处理。
3.2.5 在浓缩池中把絮凝体和水分离，絮凝体在重力浓缩重力下形成浓缩污泥，泥浆由压滤机脱水。在沉降系统中，一部分污泥通过污泥循环泵返回到中和箱，有助于提高净化效果，以利于更好的沉降。
4 结束语

综上所述，脱硫废水的处理是必须且必要的，国内现行的典型废水处理方法均是基于脱硫除尘废水的排放特征衍生而来，处理方法经过实践验证并得到了广泛的利用，使脱硫之后排出的废水得到了充分的处理，以达到合格的排放标准，有效的保护好我们的生存环境。

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