湿法烟气脱硫浆液TDS调控实验研究

孟维亮 华继洲 王慧兴

摘 要：某厂利用工业废水作为湿法烟气脱硫浆液TDS调控原料废水，为了解决的滤液水TDS浓度过高、脱硫废水处理难度增大的问题，开展实验研究。对该厂脱硫滤液水成分进行测定，设计实验对滤液水中TDS进行沉淀，设计滤液水回用工艺，并结合现有技术提出脱硫废水零排放技术方案。结果表明，滤液水中TDS主要成分为SO42-、Cl-、Na+、Mg2+、K+、Ca2+等，这六种物质占浆液中可溶性固体总量的92.8%;用Ca（OH）2对渗滤液中的SO42-进行沉淀测试，确定了SO42-沉淀的最佳反应条件，沉淀试验结果表明，在试验温度为20℃，反应时间50min，投料比1.6：1时，Ca（OH）2对渗滤液中的SO42-沉淀效率效果最好，沉淀效率高达85%。利用本文提出的工艺方法，该厂增设沉淀池可以对滤液水进行回用，实现对工厂渗滤液废水达标排放。

关键词：脱硫浆液;TDS调控;SO42-;沉淀实验;废水零排放

0 引言

火力发电行业石灰石--石膏湿法烟气脱硫（FGD，Flue Gas Desulfurization）产生的废水成分复杂，处理难度较高[1]，产生的废水呈弱酸性，悬浮物和可溶解性固体总量较高，且重金属超标，对处理技术要求较高[2]，处理费用较高，受到广泛关注[3]。尤其对于火电厂中水系统回用脱硫塔、白泥/电石渣/钢渣湿法烟气脱硫、含碱工业废水脱硫的FGD系统，其废水水质更为复杂。

本文对脱硫浆液成分进行测定，改进工艺对脱硫浆液进行处理，对处理后的浆液进行回用，通过当前市场上常见的对脱硫废水处理工艺进行分析，提出脱硫废水的处理方法。

1 脱硫浆液成分测定

真空皮带机脱除处理后滤液水中总悬浮固体（Total suspended solid，TSS）质量浓度为11 932mg/L，在正常范围内，但溶解性总固体（TDS）质量浓度可达90 340mg/L，远高于常规脱硫废水的浓度。

脱硫浆液TDS主要的污染成分是硫酸根离子（SO42-）、氯离子（Cl-）、钠离子（Na+）、镁离子（Mg2+）、钾离子（K+）、钙离子（Ca2+）等，且占比高达92.8%，其中以硫酸根离子的占比最高，约为TDS总量的69%。

真空皮带机脱除处理后滤液水中氯离子浓度为3000mg/L，

远远低于石灰石--石膏湿法烟气脱硫技术对氯离子的排放限值。

考虑对废水中硫酸盐进行脱除，实现渗滤水的再生利用，并通过废水处理后用于制浆工艺，在塔外沉淀硫酸盐，完成塔外脱硫过程，排出的废水经过试验设计的脱硫蒸发技术，实现对该工厂的硫酸根离子的沉淀去除。

2 实验原理

当前对工业废水中的硫酸根（SO42-）进行脱除时通常会选用BaCl2溶液，但BaCl2在脱除SO42-的同时会给废水中引入Cl-，难以使污染成分全部去除。且BaCl2费用较高，脱硫废水产生量较大，处理费用也会大大提高，且Ba属于重金属，容易带来重金属二次污染，也使后续脱硫废水治理成本提高。经观察，该工厂生产废水Mg2+较多，可以借助

Ca（OH）2对废水中的Mg2+实现沉淀脱除，且还能沉淀部分Na+、K+。

溶度积是指难溶解的电解质在一定温度下会达成溶解平衡，通常用饱和溶液中的离子浓度的幂乘积表达，通常用KSP表示溶度积，用其表示电解质在溶剂中的溶解能力。在25℃时，Ca（OH）2溶液KSP①/KSP②=0.102，KSP①/KSP③=4.18×105时，达到溶解平衡，此时溶液中大部分为Ca（OH）2。

3 实验药品与方法

3.1 实验药品与装置

實验废水置于500mL烧杯作为反应装置;

磁力搅拌器型号为DF-101S（集热恒温加热设备，温度调控范围在20-80℃）;

抽滤装置采用0.45μm的水相微孔滤膜;

慢速定量滤纸;

实验用水用实验所用水为超纯水，采用高纯水制备机制备;

实验药剂氢氧化钙（Ca（OH）2）的纯度为95%，无水硫酸钠（Na2SO4）、硫酸镁（MgSO4）、硫酸钾（K2SO4）纯度均≥99.0%。

3.2 实验方法

按照溶液配制方法分别配制250mL 0.5mol/L的硫酸钠（Na2SO4）溶液、硫酸镁（MgSO4）溶液和硫酸钾（K2SO4）溶液，并分别置于500mL烧杯的反应装置中。通过磁力搅拌器设置不同的水浴温度，并往反应装置中加入一定量的Ca（OH）2，待反应一段时间后，采用氯化钡对反应装置上清液中的SO42-进行测定，确定反应后的溶液中硫酸根的量。

在试验过程中根据试验温度、试验时间以及投加的Ca（OH）2对硫酸根的沉淀率进行测定，并对实验结束后的溶液pH值进行测定。实验室测定结束后，取工厂脱硫渗滤液5份进行测试，设定不同温度、不同反应时间、不同投料比下硫酸根离子的沉淀效果。

4 结果与讨论

4.1 反应温度

对磁力搅拌器搅拌速率进行固定，测定反应时间为30min，投料比为1：1时的硫酸根沉淀效率，反应过程中测定20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃时Ca（OH）2对硫酸钠溶液、硫酸镁溶液和硫酸钾溶液的沉淀的沉淀效果。

经测定，在20℃时，硫酸根的沉淀效率最高，Na2SO4、

MgSO4、K2SO4的沉淀率分别为30.5%，2.6%，95.1%。因此，在工厂生产时可以设立独立的渗滤液沉淀池，通过引入自然降温方式，降低废水温度至20℃后，再加入Ca（OH）2，去除镁离子，再采用溢流方式，使沉淀结束后的上清液进入脱硫系统实现废水回用。

4.2 投料比

对磁力搅拌器搅拌速率进行固定，固定反应时间为30min，反应温度为20℃，投料比进行变化，实验中Ca（OH）2

投料比为1：1、1.2：1、1.4：1、1.6：1、1.8：1、2：1，测定Ca（OH）2

对硫酸钠溶液、硫酸镁溶液和硫酸钾溶液的沉淀效果。

随投料比的增大，Ca（OH）2对Na2SO4、MgSO4、K2SO4沉淀效果逐渐提升，当投料比为1.2：1时，镁离子完全沉淀，沉淀率达99.6%;硫酸钙（CaSO4）是微溶物，随着Ca（OH）2投料量不断增加，Na2SO4和K2SO4的沉淀效率也得到快速提高，当投料比1：1时，Na2SO4和K2SO4的沉淀率分别为30.5%和32.6%，投料比为1.6：1时，Na2SO4和K2SO4的沉淀率分别为41.5%和45.6%。

虽然投加量增加，沉淀效率也相应提升，但提升效果并不明显，因此投料比过高并不适用，需要控制在1.6：1较为适宜。

4.3 反应时间

对磁力搅拌器搅拌速率进行固定，反应温度为20℃，投料比1：6，改变反应时间分别为10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min，测定Ca（OH）2对对硫酸钠溶液、硫酸镁溶液和硫酸钾溶液的沉淀效果。

随反应时间的增长，沉淀率明显增加。实验数据显示，反应时间为10min时，Na2SO4、MgSO4、K2SO4的硫酸根沉淀率分别为21.2%、90.1%和22.1%;反应时间为30min时，MgSO4100%完全沉淀;反应时间为50min时，Na2SO4、K2SO4的沉淀率分别为53.9%、55.3%;随着反应时间增加，后续的沉淀率增加效果不明显。因此，最佳反应时间应为50～60min为宜。

4.4脱硫滤液水SO42-沉淀

对磁力搅拌器搅拌速率进行固定，反应温度为20℃，投料比1：6，反应时间50min，测定Ca（OH）2对该工厂的脱硫滤液水中SO42-的沉淀效果，实验测定了5份滤液水，其硫酸根浓度分别为0.64～0.85mol/L，经测定对脱硫滤液水的硫酸根去除率高达85%。

当废水中镁离子的浓度高时，硫酸根去除率较高;而当钾离子和钠离子浓度较高时，硫酸根去除率较低，大概为50%-60%。

因此，在该厂镁离子浓度较高的前提下，考虑采用废水烟道蒸发工艺能够在实现脱离废水零排放的基础下更高效降低处理成本。

5 脱硫废水烟道蒸发

该厂空预器后烟气温度为140～160℃，可以借助空预器温度对废水蒸发处理，引入废水泵把废水经喷嘴喷入空预器烟道，实现废水蒸发。

首先，将Ca（OH）2投入沉淀池去除硫酸根，并对废水中的镁离子、钠离子和钾离子进行沉淀，如废水中钠和钾含量高时，则利用含碱工艺废水调节pH，直至蒸发干。调节蒸发区pH到9，利用废水泵把混合废水通过气液两相流喷嘴泵入空预器的烟道，调节pH值的目的是降低Cl、F等离子蒸发过程中的挥发量，避免烟道腐蚀，同时吸收烟气中的部分SO3。

6 结论

本文对某厂脱硫废水中TDS沉淀和废水蒸发进行调控试验，并最终实现该厂脱硫废水的再生利用，并利用煙道蒸发技术达到脱硫废水零排放，该实验得出以下结论：

①投料比增加，则Na2SO4和K2SO4的沉淀率也随之提升，当投料比为1.6：1时，沉淀率最优;在投料比为1：2时，MgSO4基本完全沉淀;

②反应时间越长，Na2SO4和K2SO4的沉淀率也不断提高，但在反应时间50min后增加效果不明显;在反应时间30min时，MgSO4完全沉淀;

③用Ca（OH）2对脱硫滤液水进行沉淀，反应温度为20℃，反应时间为50min，投料比1.6：1时，SO42-沉淀效率可达85%以上。

参考文献：

[1]刘海洋，江澄宇，谷小兵，等.燃煤电厂湿法脱硫废水零排放处理技术进展[J].环境工，2016（04）：33-36.

[2]胡石，丁绍峰，樊兆世.燃煤电厂脱硫废水零排放工艺研究[J].洁净煤技术，2015，21（02）：129-133.

[3]杨跃伞，苑志华，张净瑞，等.燃煤电厂脱硫废水零排放技术研究进展[J].水处理技术，2017，43（06）：29-33.

作者简介：

孟维亮（1984- ），男，河北邯郸人，理学硕士，邯郸市环境保护研究所工程师，研究方向：环保。

华继洲（1992- ），男，河北邯郸人，工程硕士，邯郸市环境督查中心工程师，研究方向：大气、水污染控制。

王慧兴（1984- ），男，河北邯郸人，工学硕士，大唐河北发电有限公司马头热电分公司工程师，研究方向：锅炉。基金项目：

邯郸市科学技术研究与发展项目“基于遥感影像和环境监测数据的可视化治霾监测技术研究”（项目编号：1521109072-8）。

邯郸市科学技术研究与发展项目“邯郸市扬尘污染时空分布特征及污染热点研究”（项目编号：1723209003ZC）的研究成果。