日照钢铁有限公司
摘要:针对电厂湿法脱硫废水零排放处理工艺展开优化研究,分析零排放处理系统处理工艺存在的各方面问题,整理相关工作经验,总结了更经济、高效、安全的后续改进处理工艺。
关键词:零排放;处理工艺;湿法脱硫;脱硫废水
引言
对于现代火力发电厂而言,脱硫废水处理多使用先中和、再絮凝、再沉降、最后澄清的“三联箱+澄清器”处理工艺,废水先经过以上工艺处理达到排放标准后,再进行排放,此系统处于正常运行状态情况下时,经过系统处理后的脱硫废水,能够大幅度降低水体本身的浊度,有效减少水体中含有的重金属比例,降低水体硬度,但是因为工艺本身限制,经过此种处理后的脱硫废水含盐量并未进行有效脱除,废水中还存留有大量的硝酸盐、砷类重金属及有机物等物质,排放后依旧会对外界水体造成一定程度的污染。
1、脱硫废水来源
截至目前,针对燃煤电厂在当前阶段的运行情况进行分析,采用锅炉湿法脱硫工艺方式产生的废水,主要源于脱硫塔生产过程中产生的排放废水,当这种废水排放量达到一定程度时,会使用脱硫塔内控制的方式,借助Cl-成分在浆液中的具体浓度指标完成检验工作。在使用FGD工艺时,在脱除烟气中存有的SO2,HCl、HF等多种存在于烟气结构中的酸性气体同样也会被吸收,然后一起转移至对应的脱硫浆液中。脱硫浆液一直会保持循环使用的状态,即使此时的HCl、HF等酸性气体含量较少,在烟气中的实际浓度占比要低出SO2很多,但是在脱硫系统持续、长时间的循环状态下,浆液中含有的Cl离子和HF浓度会逐渐增加,循环周期越长浓度会不断升高。而浆液中含有的铝元素会与HF产生联合效果,对脱硫剂石灰石的溶解产生抑制作用,进而会对脱硫吸收反应造成屏蔽作用,导致脱硫效率降低,脱硫正常运行受到影响;与此同时,浆液中因含有的Ca2+与Cl-成分,配成的离子形成CaCl2,会对吸收剂石灰石的正常溶解作用造成抑制影响,随着Cl-浓度的逐步升高,则会使脱硫效率不断降低,造成副产品石膏品质逐步恶化,在此期间,同时会对管道和处理系统产生一定程度的腐蚀作用。为进一步保证系统运行的整体稳定性,确保脱硫系统效率和石膏产品最终品质,需有针对性地外排部分石膏浆液,保证浆液中Cl-浓度值控制在最优标准10kg/m3(合格浓度20kg/m3)范围以下。
2、脱硫废水特点
石灰石品质、脱硫系统的整体设计和运行、脱硫塔入口前污染物控制设备、燃煤品质等因素,均会对脱硫废水过程中的水质及水量造成直接影响。其中,石灰石属于脱硫废水环节中的部分污染物的重要来源,分别包括脱硫废水结构中的镍和锌以及黏土杂质中含有的部分细微颗粒、铝和硅等其他物质,对于脱硫系统而言,其设计与运行对脱硫废水水质造成的影响主要体现在添加剂材料的使用方面、其氧化程度或最终的氧化方式方面,或脱硫系统建设材料等几个方面。脱硫塔前污染物材料控制设备主要为除尘设备和脱硝设备。提升除尘效率,则会使脱硫废水中总悬浮颗粒物浓度出现降低的情况,但是以细微颗粒存在的飞灰物质同样有概率增加挥发性金属材料在脱硫废水中的整体含量;脱硝设备则会增加Cr转为毒性的概率,因此,从脱硝系统中逃逸出的部分氨成分将会增加脱硫废水的固有氨氮浓度。而燃煤品质则属于对脱硫废水正常使用造成影响的主要因素,对于高硫煤、高氯煤而言,二者均会导致脱硫废水的总体排放量大幅增加。
3、烟气湿法脱硫废水工艺深度处理流程
脱硫废水经旋流分流后流入集水池,经一级提升泵提升至沉淀罐,经重力沉淀后上清液自流进入中和反应池,投加石灰乳溶液和适量HCl调节pH值为8.8~9.2,使大多数重金属离子在碱性环境中生成难溶的氢氧化物沉淀;废水自流入有机硫反应池,投加有机硫(TMT-15),使其与Hg2+、Cd2+等金属离子反应形成难溶的硫化物;出水自流入混凝反应池,投加絮凝剂(FeClSO4)使废水中的细小颗粒凝聚成大颗粒而沉降下来;出水进入絮凝反应池,投加PAM使细小的絮凝物变成更易沉降的絮凝体;出水自流至斜管沉淀池,经沉淀后上清液溢流至过渡池,在过渡池设曝气系统,通过O2氧化废水中的SO32-等还原性物质;出水由二级提升泵送至砂滤罐,经过滤后自流进入清水区达标排放。砂滤罐定期进行反冲洗,反冲洗水流入集水池。中和反应池和有机硫反应池内含重金属的污泥需外送至有资质的单位处理;沉淀罐和斜管沉淀池等污泥经泵输送至污泥池,再由螺杆污泥泵输送至板框压滤机脱水后外运合规处置。根据脱硫废水的组成特点,可采用混凝沉淀+多介质/活性炭过滤+超滤工艺。该工艺脱硫废水首先进入“三联箱”,在“三联箱”中对废水进行中和、混凝、沉淀处理,沉淀池上清液排入出水pH回调池二次中和,再经活性碳过滤及超滤装置后,除去氨氮及COD,达标排放。沉淀池底部沉淀物经污泥泵可送至电厂污泥掺烧系统处理,主要包括预处理、减量浓缩、固化、深度处理四个工序。
3.1预处理
石膏旋流器溢流排放的脱硫废水流入初沉池,废水含固率小于5%,经预沉淀去除部分悬浮物后进入废水池,经废水箱及提升泵输送到pH调节箱。在pH调节箱内,投加NaOH溶液,调整pH值到9~10,使氟化物及部分重金属离子产生沉淀。pH调节箱设有搅拌器、pH监控仪表。经pH调节后的废水进入有机硫反应箱,在箱内添加有机硫TMT15,使重金属离子形成金属硫化物沉淀。反应箱设有搅拌器,使反应充分彻底、溶液均衡。反应箱的废水进入电絮凝箱,电絮凝装置产生絮凝剂,在絮凝箱出口管道中投加助凝剂PAM以增强絮凝效果。絮凝箱设有搅拌器,促使絮凝反应的均匀。电絮凝箱后的废水进入调节池,经废水输送泵送至高密度澄清池进行处理,污泥由1套污泥脱水系统处理。电子絮凝技术是通过在水中通入电流,以电荷为絮凝辅助介质对废污水进行絮凝,打破水中悬浮物、乳化物或溶解状污染物的稳定状态的一种废污水处理方法。电子絮凝与传统化学絮凝相比,投加的药品量更少,运行维护费用更低,处理效果更稳定,且不会造成水质和沉淀物的二次污染。此外自动化提升减少了人工操作,使产生的污泥量减少、污泥密实度更高,是一项高效、环保的水处理技术。
3.2浓缩减量
废水在中和箱内调整好pH值后,液位越过挡板自流进入反应箱,同时向箱内加入有机硫化物,使其与废水中的Pb2+、Hg2+等重金属离子反应形成难溶的硫化物沉淀。同样在搅拌的条件下,上述细小的沉淀颗粒在水中基本呈悬浮状态。当废水充满反应箱后,越过挡板自流进入絮凝箱,此时箱中持续投加絮凝剂(聚合硫酸铝铁、PAM),絮凝剂水解生成细小矾花,吸附水中悬浮微粒聚集形成较大的絮凝体,确保在澄清器中能完成固液分离。碱性条件下,聚合硫酸铝水解生成的氢氧化铝与废水中剩余的F-反应生成氟铝络合物,被水中矾花吸附转化为沉淀,水中F-浓度进一步降低。
3.3固化含有絮凝体的废水
通过自流进入机械搅拌澄清器,在澄清器内进一步完成接触絮凝和澄清过程,上清液经集水槽收集进入pH回调箱,因回调箱中废水的PH值、氨氮及COD含量还不能满足环保排放标准,还需进一步处理。沉降的污泥经污泥泵外送至电厂污泥掺烧系统处理。深度处理为了保证废水水质符合环保排放要求,深度处理工艺采用多介质/活性炭过滤+超滤方式。具体流程为,向pH回调箱中加酸(HCl)调整出水pH值达到6~9,再通过过滤水泵加压,依次进入多介质过滤器和活性炭过滤器,主要是去除水中可见的悬浮物、胶体及细小颗粒,同时保证后续超滤装置进水满足要求。过滤器出水送入超滤装置,在超滤超滤装置中,进一步除去水中的微粒、胶体、有机物和病菌等,保证出水氨氮及COD含量达标。
结束语
燃煤电厂脱硫废水零排放系统可使零排放系统保持更加安全、经济、高效的运行状态。为未来的相似系统设计提供借鉴作用,同时也可以为零排放处理工艺在水处理领域的推广应用发挥带动作用。
参考文献
[1]李世雄,郭聪明,郭俊,胡朝友,杜志刚,于中凯,冯宝泉,刘政修,郭强,赵潇然.火力发电厂湿法脱硫废水深度处理工艺选择探讨[J].全面腐蚀控制,2021,35(02):25-35.DOI:10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2021.02.025.11.
[2]钟靖弘.火电厂湿法烟气脱硫废水处理施工技术[J].当代化工研究,2021(01):113-114.
[3]韩子华.石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理研究[J].化工设计通讯,2020,46(11):155-156.