国内电站脱硫废水处理系统通常加入石灰、絮凝剂、有机硫等药品, 采用三联箱+浓缩澄清池的工艺, 产水用于干灰拌湿;澄清池排泥经脱水机制成泥饼外运。工程实际运行中, 在三联箱、浓缩澄清池、污泥脱水机等设备及管路容易发生泥渣堵塞, 严重时因设备无法正常运行, 造成大量废水外排, 从而污染了环境;因计量泵加药量设计不准确, 造成出水水质不达标, 或过度加药, 造成药品浪费, 增加运行费用。针对上述情况, 依托某百万机组电站工程, 改进设计工艺, 消除设备堵塞因素;同时根据工程水质情况, 通过现场试验, 确定最佳石灰、絮凝剂、助凝剂、有机硫的投药量, 保证系统出水品质达标。

　　 锅炉烟气石灰石湿法脱硫过程产生的废水源于吸收塔排放水。脱硫废水的杂质主要来自煤燃烧后的烟气和脱硫剂石灰石的溶解。由于煤中含重金属等多种元素, 一部分随烟气进入脱硫装置吸收塔, 溶解于吸收浆液中, 并在系统中不断浓缩, 使得脱硫废水中的杂质含量较高, 主要包括悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属^[1]。某百万机工程脱硫废水进水水质见表1, 需处理水量为70m³/h。脱硫废水处理系统废水排放标准主要指标要求见表2。

　　 脱硫废水处理系统常规工艺如下:脱硫废水-石灰乳投加-pH调整中和箱-有机硫、凝聚剂投加-反应沉淀箱-助凝剂投加-絮凝箱-浓缩澄清器-加酸中和-出水池-去干灰拌湿。污泥处理工艺:浓缩澄清器排泥-脱水机-泥饼送至厂外灰场^[2]。工艺详见图1。

　　 理论计算进入澄清浓缩池的污泥量:M=QA+N。M为污泥量, m³/h;Q为处理水量70m³/h, A为固体含量1.5%, N为因加入石灰后增加的污泥量, m³/h (以CaCO₃计, Ca (OH) ₂加药量按2 500mg/L设计) , 代入公式计算, 得M为1.286m³/h。

　　 理论计算澄清浓缩池的直径:。D为直径, m;Q为处理水量70m³/h, V为上升流速, m/h (1~1.5m/h, 取下值1m/h) , 代入公式计算D为9.44m, 设计值定为10m。

　　 为解决常规工艺在实际运行中发生堵塞, 造成设备运行不稳定, 导致系统出水水质不稳定的问题, 对常规工艺改进设计如下:

　　 改进措施一:考虑到脱硫废水固体含量较高, 在废水加药前增设预沉池工艺, 废水将在预沉池内停留时间不小于2h, 池内设刮泥机、污泥界面仪, 池底设排泥装置。预沉池根据污泥界面仪设定的泥位信号, 定期自动排泥, 排泥浓度控制在2%左右, 并在设备底部采用防堵及水力冲洗的措施, 当一次排泥结束, 立即对排泥管路进行冲洗, 防止管路堵塞。

　　 改进措施二:考虑实际运行中脱硫废水固体含量及水力负荷的不稳定性, 且系统产生的泥渣颗粒较细, 易产生沉积堵塞, 在污泥进入脱水机前设置污泥缓冲罐, 保证进脱水机的污泥浓度及流量保持稳定。缓冲罐停留时间按1h设计, 设污泥回流系统、液位计、污泥输送系统。缓冲罐液位计与排泥进料泵、回流泵、输送泵联锁, 高位时停止进料泵, 输送泵工作, 将泥排入脱水机;低位时开启回流泵, 进料泵工作。

　　 改进后的脱硫废水处理工艺如下:脱硫废水-预沉池-缓冲水池-提升泵-石灰乳加药-pH调整中和箱-有机硫、凝聚剂投加-反应沉淀箱-助凝剂投加-絮凝箱-浓缩澄清器-加酸中和-出水池-去干灰拌湿;预沉池及浓缩澄清器排泥-污泥缓冲罐-脱水机-泥饼送至厂外灰场。改进后的工艺详见图2。

　　 理论计算废水预沉池的直径:。D为直径, m;Q为处理水量70m³/h, T为停留时间, h (取值2.5h) , H为有效水深, m (取值4m) , 代入公式计算, 得D为7.47m, 设计值定为7.5m。

　　 通过增设脱硫废水预沉池, 增加了沉淀设备面积44.1 m², 将脱硫废水中固体含量浓度减少了40%~60%, 使得进入中和、反应、絮凝三联箱的废水最高含固浓度低于1%, 防止泥渣在三联箱内的沉积, 避免了设备、管道的污堵。

　　 废水预沉池排泥浓度控制在2%, 浓缩澄清池排泥浓度控制在4%。通过增设污泥缓冲罐及回流系统, 使得进脱水机的污泥浓度及进泥量保持稳定, 从而保证了脱水机的运行平稳, 防止因泥渣浓度不均匀性导致脱水机出现污堵、卡机甚至出现烧电机的故障。通过某百万机组电站工程实际运行验证, 改进后的工艺系统运行良好, 解决了设备、管路系统的污堵问题。

　　 通过某百万机组电站工程现场试验, 确定最佳石灰投加量、混凝剂投加量、助凝剂投加量、有机硫投加量, 保证脱硫废水处理系统出水浊度、重金属离子等含量满足水质标准要求。

　　 (1) 石灰加药量与出水pH关系试验。在进水水质稳定的条件下, 保持进水流量15m³/h, 维持石灰加药泵满频率运行, 在配制石灰乳时控制石灰乳制备箱满水, 通过改变石灰计量输送装置运行时间控制石灰浆液浓度, 记录石灰计量输送装置运行时间及浓缩澄清池出水pH, 分析石灰加药量与出水pH关系, 数据见表3。由表3可以看出, 随着石灰乳浓度的增加, 出水pH相应增加, pH越高, 投加石灰量越大。

　　 (2) 石灰乳浓度与出水浊度关系试验。脱硫废水中含有大量的重金属离子, 通过投加石灰或其他碱性物质, 废水中大部分重金属离子生成氢氧化物沉淀得以去除。通过调整石灰乳浓度控制出水pH, 并观察不同出水pH下出水浊度的变化, 分析石灰乳浓度与出水浊度关系, 具体数据见表4。

　　 由表4可以看出, 随着pH的增加, 即石灰乳浓度的增加, 出水浊度逐渐减小;当pH增加到9.1左右, 随着pH的增加, 浊度依然降低, 但降低幅度减少。在出水浊度保证达到要求的前提下, 考虑到系统运行成本, 尽量减少石灰投加量, 同时能降低石灰乳加药管道污堵的可能性, 避免pH过高使部分重金属离子的氢氧化物沉淀继续反应生成羟基化合物并溶于水中。因此推荐按照出水pH 9.1~9.3控制石灰乳投加量, 得出石灰最佳加药量为2.5~2.8g/L。

　　 通过类似试验, 包括混凝剂投加量与出水浊度关系试验、助凝剂投加量与出水浊度关系试验、有机硫投加量与出水浊度及重金属含量关系试验, 分别绘制出相应的关系曲线, 在分析曲线图的基础上, 确定了药品的最佳投加量分别为:混凝剂13mg/L;助凝剂20mg/L;有机硫30mg/L。

　　 工艺改进后, 为了达到更好的运行效果, 在运行过程中以及设计的细节方面需要注意以下几点:

　　 (1) 预沉池底部设有排泥系统, 运行中要定期排放, 以便改善水质, 减少后续处理设备的污泥负荷。

　　 (2) 石灰乳配药系统投入前和使用后, 要及时对管道及设备进行冲洗, 防止管道堵塞;石灰乳管道内流速不宜小于2.5m/s, 自流管坡度不宜小于5%。

　　 (3) 三联箱至浓缩澄清池为重力自流方式, 布置管道时, 应尽量降低水平管道的设计高度, 避免管道出现气塞现象。若不可避免时, 在管路设计中增加小管径排气口。

　　 (4) 为防止仪表管路污堵, 控制石灰乳加药浓度的pH计可直接深入三联箱测量;出水浊度仪建议设在浓缩澄清池至清水池的管道上。

　　 依托某百万机组工程设计案例, 针对脱硫废水处理常规工艺中易出现的设备、管道堵塞问题, 通过系统优化设计研究, 制定解决方案。一方面改进工艺设计, 解决了实际运行中容易出现的设备及管路的堵塞问题;另一方面进行现场试验, 通过试验数据, 绘制各种药品投加量与出水水质的关系曲线图, 在分析关系曲线图的基础上, 确定药品的最佳投加量。目前系统已运行了近3个月, 系统出水品质符合标准, 运行各项记录保持良好状态。