煤化工企业脱硫废水零排放工艺研究

闫卫军

（山西晋环科源环境资源科技有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

煤化工企业在生产过程中会产生大量的脱硫废水，这些脱硫废水具有pH 值低、悬浮颗粒含量高、氟化物及重金属超标等特性，属于我国严格限制排放的污染物。目前煤化工企业对脱硫废水的处理主要是沉淀过滤、生物净化处理等，但在实际使用过程中存在着净化流程复杂、净化成本高的不足。据统计现有处理方案的脱硫废水处理成本达到了46.1 元/t，存在着净化成本高、经济性差的不足，因此急需开发新的脱硫废水处理技术，满足对脱硫废水高效、经济的处理需求。

提出了一种新的综合过滤系统，通过软化预处理+管式微滤+管网式、碟管式双重反渗透浓缩技术，实现了对脱硫废水的多重净化处理，最大限度的提升了废水的回收率，将过滤的废水根据不同的过滤情况应用在工业生产和生活清洁中，最终实现了脱硫废水的零排放。目前该零排放净化处理技术已经在煤化工企业得到了应用，极大的提升了废水处理的效率和经济性。

1 脱硫废水零排放系统设计

1.1 系统设计背景

煤化工企业在一期厂区包含由2×600 MW+2×660 MW（1～4 机组）锅炉，二期包括了4×1 240 MW锅炉机组（5～8 机组）。在工作过程中通过烟气脱硫而形成的脱硫废水主要采用的是化学沉淀法来祛除废水中的重金属离子和悬浮颗粒污染物[1]，要求净化后的废水要满足脱硫废水排放控制安全。一期4 台锅炉满负荷运行时废水的排放量达到了20 t/h，二期机组满负荷运行时的脱硫废水量达到了48 t/h。厂区内的脱硫废水较多，需要对其净化处理，但现有废水处理系统效率较低，而且每吨水的处理成本达到了46.1 元，经济性极差。脱硫废水中水质含量，如表1 所示。

表1 脱硫废水水质含量汇总表

由实际监测结果可知，脱硫废水中含有较多的汞、铬等重金属，COD 含量严重超标，氟化物、悬浮物浓度高，在溶解固形物质中含有大量的硫酸根和氯离子。由于两个厂区内的总废水量达到了68 t/h，但在生产过程中，电厂冲渣和煤厂冲洗水所需的量仅22 t/h，因此需要将整个脱硫废水进行浓缩减量，将冲洗水之外的部分进行进一步净化处理，实现再次利用，减少废水的排放。

1.2 脱硫废水零排放系统设计

根据上述分析，提出了一种新的脱硫废水零排放系统，其整体结构如图1 所示[2]。

图1 脱硫废水零排放系统示意图

由图1 可知，2 期的5～8 机组脱硫废水通过脱硫系统的废水箱进入到脱硫废水处理系统的初始沉淀池，在沉淀池内进行初沉处理，将废水中的悬浮物和固体颗粒分离出来。过滤后形成的上清液流入到调节曝气池中，然后和1 期4 个机组的脱硫废水进行混合。在曝气池中，通过设置在水池底部的曝气装置来对脱硫废水进行曝气处理，将曝气池中的废水进行充分混合。

在完成曝气以后，把废水输送到中和箱、沉淀箱以及絮凝箱中。为了提高净化效果，在中和箱中加入了石灰乳来降低硫酸根的浓度并对废水中的氟化物、镁、硅等重金属进行沉淀。在沉淀箱中则加入了NaOH，将废水中的镁离子及其他中金属离子析出。在絮凝箱中则加入了聚合硫酸铁混凝剂，使反应过程中所形成的各类悬浮物进行沉淀。最后再在一级澄清池中将絮凝物分离出来，将过滤出来的一级软化水送入到二级反应池中，在反应池中加入一定的碳酸钠溶液把软化水中的钙进行沉淀出来，然后再进行二级沉淀并完成软化要求。

软化完成后的废水中仍然含有一定的悬浮物，因此需要进一步进行精过滤处理，将废水引入到滤膜高效固液分离系统（TMF）中进行过滤[3]。TMF 设备在运行一段时间后需要利用过滤水对其进行冲洗，冲洗水可以流回到循环水箱中再次利用。

在对废水处理过程中所形成的各类沉淀物，均统一传输到污泥池中，然后再利用螺杆泵将其传输到压滤机中进行造饼处理，在压滤过程中所形成的污水循环流入曝气池中进行处理。

在膜浓缩段采用了管网式反渗透+碟管式反渗透双重过滤[4]处理，TMF 过滤后的水在进入到反渗透浓缩之前，需要在里面加入还原剂和阻垢剂，防止反渗透膜被氧化或者堵塞。经过处理后的TMF 过滤水首先在管网式反渗透系统中进行一次浓缩，然后再进入到碟管式反渗透系统进行二次浓缩。经过二次浓缩后的浓水可以用于煤化工厂的地面冲洗，在过滤时形成的淡水则进入淡水储存池中，可以将该部分水用于系统冲洗、脱硫用水等。

由于在反渗透运行的过程中水中的物质会慢慢的浓缩，因此为了防止停机以后水在静止情况下析出晶体，所以在停机时需要利用淡水对反渗透膜进行冲洗。为了保证对厂区内脱硫废水的处理效果，对零排放过滤系统设置了一定的余量。初沉池的容积设置为80 t/h，调节曝气池、清水池均按照70 t/h 的容积进行设置。

2 零排放系统效果分析

该零脱硫废水排放系统在2022 年9 月份完成性能严重试验，系统所生成的浓缩水能够用于煤化工的清洁冲洗用水，所生成的淡水则可以用于脱硫处理中，废水的整体回用率达到了100%。

为了保证废水处理的效果，对废水处理参数进行了研究[5]。在中和箱、沉淀箱以及絮凝箱入口位置的流量设置为47.33 m3/h，将二级反应池的液体流入量设置为44.6 m3/h，将曝气池中的pH 值调整为7.1，中和箱中的pH 值调整为8.99，沉降箱中的pH 值调整为11.4，二级反应池中的pH 值调整为10.8。为了对软化预处理效果进行分析，将曝气池、一级澄清池和二级澄清池中的过滤水进行化验，水中各离子含量如表2 所示。

表2 软化预处理后水质情况汇总表 单位：mg/L

由实测结果可知，废水经过中和箱、沉淀箱以及絮凝箱的软化处理后，水中的各类重金属离子、硫酸根、COD 含量均出现了明显的下降。这主要是在反应过程中生成了大量的沉淀物，这些金属离子随着沉淀物被除去了。钠离子含量增加主要是由于水中加入了氢氧化钠，钠离子不与水中的其他物质反应，所以出现了明显的增加。

在反应过程中虽然加入了氢氧化钙，但是水中的钙离子含量并没有增加，这主要是由于氢氧化钙和废水中的硫酸根离子生成了硫酸钙沉淀，进而实现了对溶液中钙离子含量的控制，显著的降低了过滤后水的硬度。

3 系统运行成本分析

该脱硫废水零排放运行中的主要运行费用包括了电费和净化药物。其中净化药物的成本为28.7 元/t，电费为5.6 元/t，因此其实际运行成本约为34.3 元/t。比优化前的46.1 元/t 降低了25.6%。

4 结论

1）通过设置在水池底部的曝气装置能够对脱硫废水进行曝气处理，使曝气池内的废水能够充分的混合；

2）将废水引入到滤膜高效固液分离系统（TMF）中进行过滤，能够快速除去废水中残留的悬浮物；

3）氢氧化钠+氢氧化钙的预处理方法能够显著降低污水的硬度。

4）优化后废水的处理成本比优化前降低了25.6%。