摘 要：針對(duì)某電廠脫硫廢水，開(kāi)展了廢液軟化處理優(yōu)化試驗(yàn)，分別考察了Ca(OH)2+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3對(duì)廢水軟化的處理效果，并分析了兩種加藥方案的經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水中的Mg2+和Ca2+質(zhì)量濃度分別為7465和512mg/L時(shí)，Ca(OH)2、Na2SO4和Na2CO3的投加質(zhì)量濃度分別為24.0、7.0和2.5g/L，能夠脫除99.75%的Mg2+，并使產(chǎn)水中Ca2+質(zhì)量濃度滿足小于100 mg/L的軟化要求；Ca(OH)2+Na2CO3軟化體系則需分別投加24.0 g/L Ca(OH)2和7.0 g/L Na2CO3以達(dá)到軟化要求。其中，Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化體系具有更好的經(jīng)濟(jì)性，每噸水處理成本為21.5元，與Ca(OH)2+Na2CO3軟化體系相比，每噸廢水能節(jié)約藥劑成本約7.3元。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水;預(yù)處理;軟化;末端廢水;

鈣法脫硫廢水一般呈弱酸性，pH值通常為4-5；廢水中的懸浮物含量非常高、氟化物、化學(xué)需氧量和重金屬超標(biāo)，鹽分極高，含有大量的Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-等。2017年頒布的《火電廠污染防治技術(shù)政策》鼓勵(lì)采用蒸發(fā)干燥或蒸發(fā)結(jié)晶等處理工藝，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。目前脫硫廢水零排放技術(shù)主要有蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)、主煙道蒸發(fā)技術(shù)、旁路熱煙氣蒸發(fā)技術(shù)。為降低蒸發(fā)結(jié)晶和熱煙氣蒸發(fā)技術(shù)等處理手段的投資運(yùn)行成本，需要進(jìn)行預(yù)濃縮減量。廢水在濃縮減量之前，須首要去除結(jié)垢性物質(zhì)，以免影響后續(xù)處理設(shè)備的正常運(yùn)行。脫硫廢水中存在的硬度離子主要有Ca2+、Mg2+、SiO2等。根據(jù)脫硫廢水原水設(shè)計(jì)水質(zhì)和蒸發(fā)器進(jìn)水水質(zhì)要求，預(yù)處理化學(xué)加藥的主要目標(biāo)為去除Ca2+、Mg2+、F-等離子及SiO2。目前采用的軟化藥劑主要有Ca(OH)2、Na2CO3、Na2SO4等。

某電廠擬采用軟化+蒸發(fā)結(jié)晶的方法實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。采集該廠的脫硫廢水開(kāi)展軟化試驗(yàn)研究，對(duì)比了Ca(OH)2+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3這兩種廢水軟化方案的處理效果及其經(jīng)濟(jì)性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

試驗(yàn)所用的水樣取自某電廠三聯(lián)箱出口，pH值為5.5，其余主要水質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)采用的試劑Ca(OH)2、Na2CO3和Na2SO4均為分析純。試驗(yàn)采用ZR4-6型自動(dòng)控制六聯(lián)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌和沉淀試驗(yàn)；PHS-3C pH計(jì)和DDB-303A電導(dǎo)率儀分別用于測(cè)量水樣的pH值和電導(dǎo)率；水樣中的Ca2+和Mg2+離子物質(zhì)濃度由SPECTRO公司的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)進(jìn)行測(cè)定；SO42-和Cl-濃度采用Dionex公司的離子色譜儀(ICS-2100)測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 Ca(OH)2劑量?jī)?yōu)化

在一組燒杯中分別加入1L實(shí)驗(yàn)水樣，并分別加入不同量的Ca(OH)2。以200r/min的速度攪拌60min，靜置60min，過(guò)濾上清液進(jìn)行水質(zhì)分析。Mg2+的物質(zhì)濃度最低時(shí)Ca(OH)2的加藥量即為最佳加藥量。

1.2.2 Ca(OH)2+Na2CO3劑量?jī)?yōu)化

試驗(yàn)方法根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式Ca2++CO32-=CaCO3，參照Ca(OH)2最佳加藥量時(shí)水樣中的Ca2+和SO42-物質(zhì)濃度，按照Ca2+物質(zhì)濃度下降為100mg/L，計(jì)算得到Na2CO3的理論加藥量。取4個(gè)燒杯置于多聯(lián)攪拌器上，分別加入1 L脫硫廢水沉淀上清液，先按照最佳加藥量加入Ca(OH)2，攪拌30min、過(guò)濾，然后在清液中以計(jì)算所得的理論加藥量為參照標(biāo)準(zhǔn)加入不同劑量的Na2CO3，繼續(xù)攪拌30min、過(guò)濾，檢測(cè)Ca2+物質(zhì)濃度，確保產(chǎn)水的Ca2+物質(zhì)濃度小于100mg/L。

1.2.3 Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3劑量?jī)?yōu)化

根據(jù)反應(yīng)方程式Ca2++SO42-=CaSO4，參照Ca(OH)2最佳加藥量時(shí)水樣中的Ca2+和SO42-物質(zhì)濃度，按照Ca2+和SO42-物質(zhì)的量比為1:1計(jì)算得到Na2SO4的理論加藥量。取一組燒杯置于多聯(lián)攪拌器上，分別加入1L脫硫廢水上清液，先加入最佳加藥量的Ca(OH)2，攪拌30min、過(guò)濾，然后在清液中以計(jì)算所得的理論加藥量為參考標(biāo)準(zhǔn)加入梯度量的Na2SO4，繼續(xù)攪拌30min，過(guò)濾，檢測(cè)Ca2+和SO42-物質(zhì)濃度，找到Ca2+和SO42-物質(zhì)的量比為1:1的Na2SO4的加藥量，并以該水質(zhì)為對(duì)象，按照相同的方式優(yōu)化Na2CO3的加藥量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 脫硫廢水軟化試驗(yàn)

2.1.1 Ca(OH)2預(yù)處理

Ca(OH)2投加量對(duì)pH值和電導(dǎo)率影響如圖1所示。可以看出，當(dāng)Ca(OH)2投加量超過(guò)20g/L時(shí)，出水pH值高于10.31，并隨著Ca(OH)2投加量的增加緩慢提高；當(dāng)Ca(OH)2投加量從23g/L增加至24g/L時(shí)，水樣pH發(fā)生較為明顯的提升。而電導(dǎo)率隨著Ca(OH)2投加量的增加不斷降低，說(shuō)明水中的離子濃度逐漸降低，電導(dǎo)率也在Ca(OH)2投加量從23g/L增加至24g/L時(shí)發(fā)生明顯下降。由此可以推斷，當(dāng)Ca(OH)2投加量為24g/L時(shí)，Mg2+被有效脫除。

Ca(OH)2投加量對(duì)Mg2+的去除效果如圖2所示。隨著Ca(OH)2投加量的不斷增加，Mg2+濃度先快速下降，然后逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)Ca(OH)2的投加量為24 g/L時(shí)，Mg2+的去除率可以達(dá)到99.75%，基本實(shí)現(xiàn)完全脫除。

表2對(duì)比了脫硫廢水原水水質(zhì)和投加24 g/L Ca(OH)2后的產(chǎn)水水質(zhì)。可以看出，經(jīng)Ca(OH)2預(yù)處理后，脫硫廢水中的Mg2+、SO42-物質(zhì)濃度明顯下降，而Ca2+物質(zhì)濃度有所上升。這是由于添加的Ca(OH)2會(huì)引入Ca2+，部分Ca2+與脫硫廢水中含有的SO42-，反應(yīng)生成了微溶的CaSO4，從而顯著的降低了SO42-的物質(zhì)濃度。脫除的Ca2+和SO42-物質(zhì)的量比約為1.06:1，說(shuō)明除了生成CaSO4外，還有部分Ca2+可能是以Ca(OH)2沉淀的形式被脫除的。

2.1.2 Ca(OH)2+Na2CO3軟化

當(dāng)Mg2+被Ca(OH)2脫除之后，需要進(jìn)一步降低廢水中Ca2+的物質(zhì)濃度。投加Na2CO3后，CO32-會(huì)和Ca2+反應(yīng)生成CaCO3沉淀，從而降低廢水中Ca2+的物質(zhì)濃度。投加24 g/L Ca(OH)2和不同濃度Na2CO3后產(chǎn)水中的Ca2+物質(zhì)濃度見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，水中的Ca2+物質(zhì)濃度隨Na2CO3投加量的增加而不斷降低，當(dāng)Na2CO3投加量為7 g/L時(shí)，水中的Ca2+物質(zhì)濃度滿足小于100mg/L的軟化要求。該步驟產(chǎn)生的沉淀物主要為CaCO3，可以作為脫硫劑直接回收用于電廠的脫硫系統(tǒng)。

2.1.3 Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化

廢水中含有大量的Ca2+和SO42-，而CaSO4在水中的溶解度較低，因此通過(guò)投加Na2SO4向廢水中引入SO42-，促進(jìn)形成CaSO4沉淀以實(shí)現(xiàn)Ca2+物質(zhì)濃度的大幅度降低。投加24 g/L Ca(OH)2和不同濃度Na2SO4后的水質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，投加Na2SO4后，水中的Ca2+物質(zhì)濃度逐漸下降，SO42-物質(zhì)濃度緩慢上升；當(dāng)Na2SO4的投加量為7g/L時(shí)，水中的Ca2+和SO42-物質(zhì)的量比約為1:1；當(dāng)Na2SO4的投加量超過(guò)7 g/L時(shí)，進(jìn)一步增加Na2SO4的投加量，對(duì)Ca2+的脫除效果明顯減弱。因此，Na2SO4的投加量應(yīng)為7g/L，此時(shí)去除了約57.8%的Ca2+。

在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)投加Na2CO3以去除剩余的Ca2+。表5顯示了投加不同濃度Na2CO3對(duì)剩余Ca2+濃度的影響�？梢钥闯�，當(dāng)Na2CO3投加量為3g/L時(shí)，水中的Ca2+幾乎被完全去除，而當(dāng)Na2CO3投加量為2.5g/L時(shí)，產(chǎn)水的Ca2+物質(zhì)濃度已經(jīng)能夠滿足低于100mg/L的軟化要求。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化體系時(shí)，1L的脫硫廢水中應(yīng)該投加24g Ca(OH)2,7g Na2SO4和2.5g Na2CO3，能夠脫除99.75%的Mg2+，并使產(chǎn)水中的Ca2+物質(zhì)濃度滿足小于100 mg/L的軟化要求。

2.2 運(yùn)行成本分析

對(duì)Ca(OH)2+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3這2種軟化方案的藥劑成本進(jìn)行對(duì)比分析，其中Ca(OH)2價(jià)格為500元/t,Na2SO4價(jià)格為500元/t,Na2CO3價(jià)格為2400元/t。從表5可見(jiàn)，方案2使用的藥劑品種要多于方案1，但藥劑成本反而比方案1低7.3元/t。按照30 t/h的脫硫廢水處理量進(jìn)行估算，可知采用方案2每年能節(jié)約藥劑成本約191.8萬(wàn)元。因此，對(duì)于本研究中的脫硫廢水水質(zhì)，Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3是最優(yōu)的軟化藥劑組合體系。

3 結(jié)論

3.1采用Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3聯(lián)合體系軟化脫硫廢水效果顯著。結(jié)果表明當(dāng)水中的Mg2+和Ca2+物質(zhì)濃度分別為7465和512 mg/L時(shí)，Ca(OH)2、Na2SO4和Na2CO3的投加量分別為24、7和2.5 g/L,能夠脫除99.75%的Mg2+，并使產(chǎn)水中的Ca2+物質(zhì)濃度滿足小于100 mg/L的軟化要求。

3.2對(duì)比Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3和Ca(OH)2+Na2CO3這兩種軟化體系的藥劑成本可知，Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化體系具有更好的經(jīng)濟(jì)性，每年能節(jié)約藥劑成本約191.8萬(wàn)元。

3.3需要說(shuō)明的是，脫硫廢水水質(zhì)差異較大，軟化加藥量會(huì)受到廢水中Ca2+、Mg2+、SO42-物質(zhì)濃度的影響而發(fā)生變化，因此不同廢水水質(zhì)可能對(duì)應(yīng)不同的加藥組合。但是，本文提供的脫硫廢水軟化加藥組合優(yōu)化思路具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：袁宏偉（1981-），男，籍貫：河北唐山，學(xué)歷：本科，職稱：高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠技術(shù)管理。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”