改性粉煤灰在脱硫废水处理工艺中的应用

郭晨夫

（1.山西奇色环保科技股份有限公司，山西 太原 030100；2.山西沪金新材料有限公司，山西 太原 030006）

引言

针对燃煤电厂所排放的废气主要采用石灰石-石膏湿法对其进行脱硫操作，该脱硫工艺由于其较高的脱硫效率和稳定性被广泛应用。但是，该种脱硫工艺实际操作时其所产生的脱硫废水中含有大量的悬浮物、硫酸盐以及重金属离子等杂质，直接排放会对环境造成严重的污染。目前，针对脱硫废水的处理采用中和池、沉淀池、澄清池等装置完成，该种脱硫工艺对应的处理成本较高。粉煤灰作为电厂的副产物之一，对其进行改进处理后可极大提升其混凝效果[1]。采用改性粉煤灰实现对脱硫废水的处理，不仅可实现粉煤灰的再利用，而且还能够降低脱硫废水的处理成本等。本文将重点开展改性粉煤灰在脱离废水处理工艺中的应用。

1 改性粉煤灰的制备

1.1 酸法改性粉煤灰的制备

酸法改性粉煤灰的制备实验工艺流程如下：预先准备12 mL的混合酸溶液，将2.4 g粉煤灰加入上述混合酸溶液中，对其进行均匀搅拌且振荡完成后，在其中继续加入0.02 g的铁粉；将上述溶液置于温度为55℃的水中，并保持120 min，最终得到酸法改性的粉煤灰。

1.2 酸碱联合法改性粉煤灰的制备

酸碱联合法改性粉煤灰的制备工艺流程如下：预先准备浓度为4 mol/L的氢氧化钠溶液20 mL，将4 g粉煤灰加入上述氢氧化钠溶液中，并将其在温度为80℃的水中进行充分振荡反应1 h，对反应后的溶液冷却后过滤。对过滤操作涉及到的滤渣和锥形瓶等进行充分冲洗，并将冲洗所得的冲洗液与之前过滤所得的滤液充分混合，并保留[2]。

将充分冲洗后的滤渣放入浓度为1 mol/L且体积比为1∶1的12 mL盐酸和硫酸的混合溶液中，并将其放入温度为95℃的水中进行充分振荡反应。此步骤得到酸浸滤渣。

将上述两个步骤中分别得到的滤液和酸浸滤渣充分均匀混合后，得到所需要的酸碱联合法改性粉煤灰。

2 改性粉煤灰在脱硫废水处理工艺的应用

2.1 实验设计与分析

本实验采用单因素试验验证不同pH值、混凝时间对脱硫废水的处理效果进行对比，从而得住最佳的混凝条件，为改性粉煤灰在脱硫废水的实际应用奠定基础。所设计的实验如下：pH值分别为3、5、6、7、8、9、10；对混凝时间分别为20 min、30 min、40 min、60 min、80 min、100 min、120 min和150 min；对所添加酸法改性粉煤灰的量分别为1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、12 g/L、16 g/L、20 g/L、24 g/L；对所添加酸碱联合法改性粉煤灰的量为1 g/L、3 g/L、6 g/L、12 g/L、18 g/L、21.75 g/L、24 g/L。

本次实验采用单因素实验方法对不同参数下对脱硫废水的混凝效果进行对比，所设计的实验步骤及结果分析如下：

2.1.1 pH值对脱硫废水处理的影响

根据工艺流程制备改性粉煤灰2.4 g，将其放入平均7份脱硫废水，将每瓶中的脱硫废水的pH值进行调节，混凝30 min并静置30 min后对所得液体的上层液各离子的含量进行测定，得出不同pH值对不同离子的去除率进行对比，见表1。

表1 不同p H值对脱硫废水的处理效果

如表1所示，当pH值为7时对应的Zn2+和Cu2+的去除率已经达到100%；随着pH值的继续增大，Zn2+和Cu2+的去除率保持100%，COD的去除率存在不同程度的波动，但均维持在80%左右。因此，将pH值确定为7为最佳[3]。

2.1.2 反应时间对脱硫废水处理的影响

根据工艺流程制备改性粉煤灰2.4 g，将其放入平均8份脱硫废水，将每瓶中的脱硫废水的pH调节为7，对混凝分别为20 min、30 min、40 min、60 min、80 min、100 min、120 min和150 min且静置30 min后对所得液体的上层液各离子的含量进行测定，得出不同混凝时间对COD的去除率进行对比，见表2。

表2 不同混凝时间值对脱硫废水COD的去除率

如表2所示，当混凝时间为40 min，且随着混凝时间的增加COD的去除率维持在80%左右。因此，将混凝时间确定为40 min为最佳。

2.1.3 改性粉煤灰添加量对脱硫废水处理效果的影响

根据工艺流程制备酸法改性粉煤灰1 g/L、2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、12 g/L、16 g/L、20 g/L、24 g/L，将其放入平均9份脱硫废水，将每瓶中的脱硫废水的pH调节为7，对混凝分别为40 min且静置30 min后对所得液体的上层液各离子的含量进行测定，得出不同酸法粉煤灰添加量对COD的去除率进行对比，见表3。

表3 不同酸法改性粉煤灰添加量对脱硫废水COD的去除率

如表3所示，随着酸法改性粉煤灰添加的增加对应脱硫废水中COD的去除率在12 g/L时达到最大值。因此，将酸法改性粉煤灰的添加量设定为12 g/L为最佳。同理，当采用酸碱联合法改性粉煤灰对脱硫废水进行处理时，对应的最佳酸碱联合法改性粉煤灰的添加量为6 g/L[4]。

2.2 脱硫废水处理工艺流程设计

在上述实验的基础上得出最佳的实验工艺参数，结合实际脱硫废水的处理的工艺需求，设计如图1所示的工艺流程。

根据上述工艺流程完成主要构筑物包括调节池、絮凝器、澄清浓缩池、净水箱、污泥沉淀池的选型；关键脱硫废水处理工艺设备包括中间水泵、输水泵、澄清浓缩池排泥泵、石灰乳加药泵和改性粉煤灰加药泵的选型[5]。

通过实践生产可知，采用酸性改性粉煤灰对脱硫废水进行处理所需药剂的总费用为136.5元/d；而采用酸碱联合法改性粉煤灰对脱硫废水进行处理所需药剂的总费用为127元/d。综合分析，采用改性粉煤灰比常规传统的处理工艺直接节约药剂的费用为400元/d。

3 结语

脱硫废水为煤电厂进行脱硫操作后的产物，其处理不当极易造成对环境的污染。目前，脱硫废水的处理存在成本高、效率低的问题；而且粉煤灰为煤电厂的副产物之一，其并未充分再利用。本文采用改性粉煤灰对脱硫废水进行处理，重点研究不同工艺参数对应的处理效果进行对比研究，并对改性粉煤灰在脱硫废水的经济成本进行分析，并总结如下：

1）改性粉煤灰在脱硫废水处理的最佳工艺参数如下：pH为7，混凝时间为40 min，酸法改性粉煤灰的添加量为12 g/L，酸碱联合法改性粉煤灰的添加量为6 g/L。

2）改性粉煤灰在脱硫废水处理的应用较传统脱硫废水处理工艺直接节约的药剂费用约为400元/d。