烟气湿法脱硫废水处理工艺的优化与应用

2022-02-25许怀鹏杜伟华

冶金动力 2022年1期

许怀鹏，杜伟华

（马钢股份公司能源环保部，安徽马鞍山24300）

前言

烟气湿法脱硫（石灰石/石膏法）工艺中，石灰石浆液与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙的同时，烟气中大量可溶性杂质如氯离子、氟离子、重金属离子等也会溶于石灰石浆液中，当这些杂质在浆液中累积超过一定浓度时，会导致浆液中毒，严重影响脱硫效率。为了防止石灰石浆液中毒，必须从系统中排放一定量的浆液，从而产生脱硫废水。废水中含有的杂质主要包括悬浮物、硫酸盐、亚硫酸盐、氯离子、氟离子、重金属离子等，其浓度大多远远超过国家环保排放标准，所以，脱硫废水必须经过处理达标后才能进行排放。

1 脱硫废水水质特点及排放标准

1.1 脱硫废水水质特点

湿法脱硫废水中的杂质主要来自烟气、脱硫剂(石灰石)和工艺水。其中，污染成分主要来自烟气，而烟气中的杂质又来源于燃料的燃烧。煤炭是我国耗能企业的主要能量来源，煤在燃烧过程中，其所含的有机物质和部分无机物会氧化、分解成多种气体物质，随烟气进入脱硫系统，溶解于吸收浆液中。脱硫废水一般具有以下几个特点：一是废水的pH值一般在5.0～6.5，有较强的腐蚀性；二是含有大量的可溶盐，如硫酸盐、亚硫酸盐、氯盐等，还含有大量过饱和的硫酸钙颗粒和烟气带来的不溶物质，导致废水中盐类物质含量高，悬浮物含量高；三是存在很多有害物质，如COD，氟化物，砷、汞、镉、铅等重金属元素。

1.2 脱硫废水排放标准

国内湿法脱硫废水的常规处理工艺是“三联箱+澄清”工艺，其出水可以满足《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T 997-2020)的要求。经此工艺处理后，废水中的重金属离子浓度基本都能达到排放标准,实际运行中，控制好铝盐混凝剂的絮凝反应条件，氟离子浓度也能达到排放标准，但出水的SS 和COD 很高，远远超过环保排放标准。见表1。

表1 脱硫废水的水质控制标准

传统工艺处理脱硫废水，出水COD 高的主要原因是废水中COD 浓度高，采用沉淀絮凝方法一般只能去除总COD 的40%～60%；SS 浓度高主要是因为澄清和污泥浓缩在同一设备内，造成沉降时间不足所导致的。

马钢热电南区1#～3#锅炉系SG 220/9.8-M295型燃煤自然循环高压汽包炉，共用一套烟气石灰石-石膏湿法脱硫装置，采用“三炉一塔”工艺布置方式。北区12#锅炉系DGJ480/13.7-Ⅱ1型燃煤自然循环超高压汽包炉，设一套烟气石灰石-石膏湿法脱硫装置。其运行产生的脱硫废水水质见表2。如采用传统工艺方法处理，出水水质很难达到直接排放要求，需进行进一步处理。

表2 2019年（一季度）脱硫废水的水质单位:mg/L

2 工艺处理流程的优化

2.1 工艺流程介绍

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。工艺流程示意图如图1所示。

图1 工艺流程示意图

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。

（1）预处理

脱硫废水首先进入废水收集箱缓冲，再通过提升泵恒流送入中和箱，同时向箱内投加5%左右的石灰浆液，将废水pH 值由5.0～6.5 调节至9.0 以上。大多数金属离子在此碱性条件下基本都生成难溶的氢氧化物沉淀。石灰浆液中的Ca2+也会与废水中的部分F-反应，生成难溶的CaF2沉淀；与As3+络合生成Ca（AsO3）2等难溶物质。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。

（2）浓缩减量

废水在中和箱内调整好pH 值后，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，同时向箱中投加絮凝剂（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，聚合硫酸铝铁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）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。

（4）深度处理

为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。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。