药剂软化预处理脱硫废水的试验研究

钟天东

(福建华电可门发电有限公司，福建 福州 350512)

国内大多数燃煤电厂采用石灰石-石膏法进行烟气脱硫，为保证脱硫塔效率，需从脱硫岛非定期排出的浆液维持岛内氯离子平衡，产生脱硫废水[1]。脱硫废水是电厂最难处理的废水之一，具有水质复杂、水量不稳定等特点，而且废水中悬浮物、钙镁离子、重金属离子及氯离子含量高[2-4]。目前脱硫废水主要采用达标处理工艺和零排放工艺[5-6]。脱硫废水处理工艺中的预处理是必不可少的环节，主要去除脱硫废水中的悬浮物、钙离子、镁离子等，使废水水质满足深度处理要求，保证后续工艺的运行稳定。

本文通过试验检测不同软化预处理加药投加量及投加方式对脱硫废水的软化处理效果，并对加药成本进行分析。研究结果将为脱硫废水预处理软化工艺的加药方案选择、成本控制和工程应用提供一定参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验水样

试验所用水样为某电厂实际所取脱硫废水，经测试后水质的主要指标见表1。

表1 脱硫废水水质主要指标

1.1.2 试验仪器

六联混凝试验搅拌器(联华ZR8型)、水质参数分析仪(联华5B-3A型)、便携式pH计(联华S-1型)、精密分析天平(力辰YH21型)、浊度计(联华WGZ-300型)等。

1.2 试验步骤与方法

1.2.1 药剂投加预试验

准确量取1 L试验水样的上清液，以250 r/min速度进行搅拌，逐步定量加入Ca(OH)2，并测定相应pH值，得到脱硫废水pH值随Ca(OH)2投加剂量变化的曲线。脱硫废水pH值随NaOH投加剂量变化曲线试验方法同上。

1.2.2 Ca(OH)2、NaOH剂量优化试验

1.2.3 Na2CO3软化试验方法

取1 L的某电厂脱硫废水的清液于6个1 L的玻璃烧杯中，确定最佳Ca(OH)2和NaOH剂量，以250 r/min速度搅拌25 min。待前述阶段搅拌结束后，静置1 h，单独取出上清液后，再分别加入不同剂量的Na2CO3，继续以相同搅拌速度搅拌25 min，搅拌结束后静置沉淀30 min，过滤上清液测定Ca2+、Mg2+含量。

2 试验结果与讨论

2.1 药剂投加预试验

Ca(OH)2和NaOH投加剂量与pH的关系曲线如图1所示。pH值对镁离子沉淀的去除影响显著，维持体系pH值在11以上，将保证对镁离子较好的处理效果[7]。由图1(a)可知，初步投加Ca(OH)2剂量至2.0 g/L时，原水pH值由7.71骤升至9.71；Ca(OH)2的投加剂量继续增大，pH值总体变化不大；增至17.5 g/L时，体系pH值由10.36迅速升至11.05。由图1(b)可知，投加NaOH剂量仅为1 g/L时，水样pH值从7.16迅速升至9.59；此后继续增大NaOH投加剂量，水样pH值几乎保持平稳；直至NaOH投加剂量大于15 g/L时，水样pH值才显著升高至11以上。出现这一现象的原因是该电厂脱硫废水中含有一定浓度的镁离子，在碱性条件下与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀析出，导致随着Ca(OH)2或NaOH投加量的增加而体系pH值并未明显增大，直至废水中镁离子被消耗掉后，pH值才开始迅速上升[8-9]。因此Ca(OH)2或NaOH的投加量受废水中镁离子浓度的影响较大，需要充分考虑镁离子浓度对药剂进行投加。

2.2 Ca(OH)2加药量优化试验

(a)

(b)

为保证Mg2+反应充分，通过Ca(OH)2剂量的投加，控制反应后的pH值，试验结果由图2所示。由图2可知，随着Ca(OH)2投加剂量从16.5 g/L增至19.5 g/L，水样pH值基本维持在11.5～12，Mg2+浓度从35 mmol/L逐步降至约10 mmol/L后不再继续下降，相应的去除率从83.8%升至94.5%。根据热力学原理[10]，Ca(OH)2加入并电离后，使废水中的离子积变大，即ΔG>0，反应向生成Mg(OH)2方向进行。

(1)

(2)

(a)pH值

(3)

SiO2+Mg(OH)2→Mg(HSiO3)2↓

(4)

2.3 NaOH加药量优化试验

(a)pH值

2.4 Ca(OH)2联合Na2CO3加药量优化试验

在脱硫废水中投加Ca(OH)2或NaOH，可有效降低脱硫废水中的Mg2+、硅含量，但对脱硫废水中Ca2+无明显去除作用，同时在投加Ca(OH)2时还会增大废水中Ca2+含量。Ca2+含量过高会增加后续反渗透浓缩的结垢倾向，因此需要通过二级反应投加Na2CO3降低脱硫废水中Ca2+含量，如图4所示。

(a)悬浮液

Ca(OH)2的最佳投加剂量为18.0 g/L时，上清液Ca2+浓度约为145 mmol/L，Mg2+浓度约为9 mmol/L。按Na2CO3与Ca2+摩尔比1∶1进行Na2CO3投加，投加剂量为15.4 g/L。直接加药及取出上清液后再加药，Ca2+、Mg2+去除效果如图4(a)和(b)所示。

(5)

(6)

2.5 NaOH联合Na2CO3优化试验

NaOH投加剂量为15 g/L时，上清液Ca2+浓度为25 mmol/L，Mg2+浓度约为4 mmol/L。按Na2CO3与Ca2+摩尔比1∶1进行投加，药剂量为2.65 g。取上清液后再单独加药，Ca2+、Mg2+去除效果如图5所示。

图5 取出上清液后加Na2CO3的Ca2+、Mg2+的去除效果

由图5可知，随着Na2CO3投加量增加，Ca2+浓度逐渐降低，当投加量大于2.8 g/L时，Ca2+浓度降至0.3 mmol/L左右，并趋于稳定。Mg2+浓度则稳定在1 mmol/L以下，影响较小。由此可知，Na2CO3的最佳投加剂量为2.8 g/L。

3 预处理工艺方案对比选择

表2 水质软化处理工艺出水水质比较

表3 水质软化处理工艺加药剂量及费用比较

4 结论

a.对比了采用不同药剂的软化效果，结果表明，Ca(OH)2和Na2CO3联合使用、NaOH和Na2CO3联合使用对水质中Ca2+、Mg2+的去除均具有良好的效果。

c.综合2种软化处理方案，可选择Ca(OH)2、NaOH联合Na2CO3软化工艺。工艺参数为石灰加药量为3 g/L，氢氧化钠加药量为12 g/L，碳酸钠加药量为2.7 g/L，相应的药剂成本为每吨水39.15元。实际的电厂具体预处理方案需要根据实际废水水质情况对加药量和加药配比进行确定。