燃煤电厂脱硫废水软化试验研究
摘 要：针对某电厂脱硫废水，开展了废液软化处理优化试验，分别考察了Ca(OH)2+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3对废水软化的处理效果，并分析了两种加药方案的经济性。试验结果表明，当水中的Mg2+和Ca2+质量浓度分别为7465和512mg/L时，Ca(OH)2、Na2SO4和Na2CO3的投加质量浓度分别为24.0、7.0和2.5g/L，能够脱除99.75%的Mg2+，并使产水中Ca2+质量浓度满足小于100 mg/L的软化要求；Ca(OH)2+Na2CO3软化体系则需分别投加24.0 g/L Ca(OH)2和7.0 g/L Na2CO3以达到软化要求。其中，Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3软化体系具有更好的经济性，每吨水处理成本为21.5元，与Ca(OH)2+Na2CO3软化体系相比，每吨废水能节约药剂成本约7.3元。
关键词：脱硫废水;预处理;软化;末端废水;
钙法脱硫废水一般呈弱酸性，pH值通常为4-5；废水中的悬浮物含量非常高、氟化物、化学需氧量和重金属超标，盐分极高，含有大量的Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-等。2017年颁布的《火电厂污染防治技术政策》鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺，实现脱硫废水零排放。目前脱硫废水零排放技术主要有蒸发结晶技术、主烟道蒸发技术、旁路热烟气蒸发技术。为降低蒸发结晶和热烟气蒸发技术等处理手段的投资运行成本，需要进行预浓缩减量。废水在浓缩减量之前，须首要去除结垢性物质，以免影响后续处理设备的正常运行。脱硫废水中存在的硬度离子主要有Ca2+、Mg2+、SiO2等。根据脱硫废水原水设计水质和蒸发器进水水质要求，预处理化学加药的主要目标为去除Ca2+、Mg2+、F-等离子及SiO2。目前采用的软化药剂主要有Ca(OH)2、Na2CO3、Na2SO4等。
某电厂拟采用软化+蒸发结晶的方法实现脱硫废水零排放。采集该厂的脱硫废水开展软化试验研究，对比了Ca(OH)2+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3这两种废水软化方案的处理效果及其经济性。
1 试验部分
1.1 材料与仪器
试验所用的水样取自某电厂三联箱出口，pH值为5.5，其余主要水质参数见表1。
试验采用的试剂Ca(OH)2、Na2CO3和Na2SO4均为分析纯。试验采用ZR4-6型自动控制六联搅拌机进行搅拌和沉淀试验；PHS-3C pH计和DDB-303A电导率仪分别用于测量水样的pH值和电导率；水样中的Ca2+和Mg2+离子物质浓度由SPECTRO公司的电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行测定；SO42-和Cl-浓度采用Dionex公司的离子色谱仪(ICS-2100)测定。
1.2 试验方法
1.2.1 Ca(OH)2剂量优化
在一组烧杯中分别加入1L实验水样，并分别加入不同量的Ca(OH)2。以200r/min的速度搅拌60min，静置60min，过滤上清液进行水质分析。Mg2+的物质浓度最低时Ca(OH)2的加药量即为最佳加药量。
1.2.2 Ca(OH)2+Na2CO3剂量优化
试验方法根据化学反应方程式Ca2++CO32-=CaCO3，参照Ca(OH)2最佳加药量时水样中的Ca2+和SO42-物质浓度，按照Ca2+物质浓度下降为100mg/L，计算得到Na2CO3的理论加药量。取4个烧杯置于多联搅拌器上，分别加入1 L脱硫废水沉淀上清液，先按照最佳加药量加入Ca(OH)2，搅拌30min、过滤，然后在清液中以计算所得的理论加药量为参照标准加入不同剂量的Na2CO3，继续搅拌30min、过滤，检测Ca2+物质浓度，确保产水的Ca2+物质浓度小于100mg/L。
1.2.3 Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3剂量优化
根据反应方程式Ca2++SO42-=CaSO4，参照Ca(OH)2最佳加药量时水样中的Ca2+和SO42-物质浓度，按照Ca2+和SO42-物质的量比为1:1计算得到Na2SO4的理论加药量。取一组烧杯置于多联搅拌器上，分别加入1L脱硫废水上清液，先加入最佳加药量的Ca(OH)2，搅拌30min、过滤，然后在清液中以计算所得的理论加药量为参考标准加入梯度量的Na2SO4，继续搅拌30min，过滤，检测Ca2+和SO42-物质浓度，找到Ca2+和SO42-物质的量比为1:1的Na2SO4的加药量，并以该水质为对象，按照相同的方式优化Na2CO3的加药量。
2 试验结果与讨论
2.1 脱硫废水软化试验
2.1.1 Ca(OH)2预处理
Ca(OH)2投加量对pH值和电导率影响如图1所示。可以看出，当Ca(OH)2投加量超过20g/L时，出水pH值高于10.31，并随着Ca(OH)2投加量的增加缓慢提高；当Ca(OH)2投加量从23g/L增加至24g/L时，水样pH发生较为明显的提升。而电导率随着Ca(OH)2投加量的增加不断降低，说明水中的离子浓度逐渐降低，电导率也在Ca(OH)2投加量从23g/L增加至24g/L时发生明显下降。由此可以推断，当Ca(OH)2投加量为24g/L时，Mg2+被有效脱除。
Ca(OH)2投加量对Mg2+的去除效果如图2所示。随着Ca(OH)2投加量的不断增加，Mg2+浓度先快速下降，然后逐渐趋于稳定。当Ca(OH)2的投加量为24 g/L时，Mg2+的去除率可以达到99.75%，基本实现完全脱除。
表2对比了脱硫废水原水水质和投加24 g/L Ca(OH)2后的产水水质。可以看出，经Ca(OH)2预处理后，脱硫废水中的Mg2+、SO42-物质浓度明显下降，而Ca2+物质浓度有所上升。这是由于添加的Ca(OH)2会引入Ca2+，部分Ca2+与脱硫废水中含有的SO42-，反应生成了微溶的CaSO4，从而显著的降低了SO42-的物质浓度。脱除的Ca2+和SO42-物质的量比约为1.06:1，说明除了生成CaSO4外，还有部分Ca2+可能是以Ca(OH)2沉淀的形式被脱除的。
2.1.2 Ca(OH)2+Na2CO3软化
当Mg2+被Ca(OH)2脱除之后，需要进一步降低废水中Ca2+的物质浓度。投加Na2CO3后，CO32-会和Ca2+反应生成CaCO3沉淀，从而降低废水中Ca2+的物质浓度。投加24 g/L Ca(OH)2和不同浓度Na2CO3后产水中的Ca2+物质浓度见表3。由表3可见，水中的Ca2+物质浓度随Na2CO3投加量的增加而不断降低，当Na2CO3投加量为7 g/L时，水中的Ca2+物质浓度满足小于100mg/L的软化要求。该步骤产生的沉淀物主要为CaCO3，可以作为脱硫剂直接回收用于电厂的脱硫系统。
2.1.3 Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3软化
废水中含有大量的Ca2+和SO42-，而CaSO4在水中的溶解度较低，因此通过投加Na2SO4向废水中引入SO42-，促进形成CaSO4沉淀以实现Ca2+物质浓度的大幅度降低。投加24 g/L Ca(OH)2和不同浓度Na2SO4后的水质参数见表4。由表4可见，投加Na2SO4后，水中的Ca2+物质浓度逐渐下降，SO42-物质浓度缓慢上升；当Na2SO4的投加量为7g/L时，水中的Ca2+和SO42-物质的量比约为1:1；当Na2SO4的投加量超过7 g/L时，进一步增加Na2SO4的投加量，对Ca2+的脱除效果明显减弱。因此，Na2SO4的投加量应为7g/L，此时去除了约57.8%的Ca2+。
在此基础上，继续投加Na2CO3以去除剩余的Ca2+。表5显示了投加不同浓度Na2CO3对剩余Ca2+浓度的影响。可以看出，当Na2CO3投加量为3g/L时，水中的Ca2+几乎被完全去除，而当Na2CO3投加量为2.5g/L时，产水的Ca2+物质浓度已经能够满足低于100mg/L的软化要求。
根据以上实验结果，使用Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3软化体系时，1L的脱硫废水中应该投加24g Ca(OH)2,7g Na2SO4和2.5g Na2CO3，能够脱除99.75%的Mg2+，并使产水中的Ca2+物质浓度满足小于100 mg/L的软化要求。
2.2 运行成本分析
对Ca(OH)2+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3这2种软化方案的药剂成本进行对比分析，其中Ca(OH)2价格为500元/t,Na2SO4价格为500元/t,Na2CO3价格为2400元/t。从表5可见，方案2使用的药剂品种要多于方案1，但药剂成本反而比方案1低7.3元/t。按照30 t/h的脱硫废水处理量进行估算，可知采用方案2每年能节约药剂成本约191.8万元。因此，对于本研究中的脱硫废水水质，Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3是最优的软化药剂组合体系。
3 结论
3.1采用Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3联合体系软化脱硫废水效果显著。结果表明当水中的Mg2+和Ca2+物质浓度分别为7465和512 mg/L时，Ca(OH)2、Na2SO4和Na2CO3的投加量分别为24、7和2.5 g/L,能够脱除99.75%的Mg2+，并使产水中的Ca2+物质浓度满足小于100 mg/L的软化要求。
3.2对比Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2CO3这两种软化体系的药剂成本可知，Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3软化体系具有更好的经济性，每年能节约药剂成本约191.8万元。
3.3需要说明的是，脱硫废水水质差异较大，软化加药量会受到废水中Ca2+、Mg2+、SO42-物质浓度的影响而发生变化，因此不同废水水质可能对应不同的加药组合。但是，本文提供的脱硫废水软化加药组合优化思路具有广泛的应用价值。
作者简介：袁宏伟（1981-），男，籍贯：河北唐山，学历：本科，职称：高级工程师，主要从事火力发电厂技术管理。
以上是小编收集整理的燃煤电厂脱硫废水软化试验研究部分内容来自网络，如有侵权请联系删除：153045535@qq.com;
本文地址：https://www.koman.com.cn/shuichuli/699.html
