申请日2009.03.20
公开(公告)日2010.09.22
IPC分类号C02F9/04; C02F1/66; C02F103/18; C02F1/62; C02F1/52
摘要
本发明提供一种处理脱硫废水的方法，包括以下步骤：(1)废水调节，将脱硫废水排入调节池以均衡水量和水质;(2)一级反应，粉煤灰和脱硫废水在反应池中进行中和反应，将pH控制在6.8-7.2;(3)一级沉淀，一级反应的出水进入一级沉淀池，在沉淀池中进行泥水分离，沉渣脱水后外运，上清液进入下一级反应;(4)二级反应，一级沉淀的出水进入二级反应池，继续添加粉煤灰，根据实际需要，将pH调节至9～9.5，去除各种重金属离子;以及(5)二级沉淀，二级反应的出水进入二级沉淀池，在沉淀池中进行泥水分离，沉渣脱水后外运，上清液达标排放或做它用。本发明用粉煤灰处理脱硫废水，处理流程缩短且成本降低。
权利要求书
1.一种处理脱硫废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)废水调节
将脱硫废水排入调节池以均衡水量和水质;
(2)一级反应
粉煤灰和脱硫废水在反应池中进行中和反应，将pH控制在6.8-7.2;
(3)一级沉淀
一级反应的出水进入一级沉淀池，在沉淀池中进行泥水分离，沉渣脱水后外运，上清液进入下一级反应;
(4)二级反应
一级沉淀的出水进入二级反应池，继续添加粉煤灰，将pH调节至9～9.5，去除各种重金属离子;以及：
(5)二级沉淀
二级反应的出水进入二级沉淀池，在沉淀池中进行泥水分离，沉渣脱水后外运，上清液达标排放。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰的主要组份(%)为SiO2：47.6-59.3、Al2O3：21.4-32.0、Fe2O3：4.0-12.2、CaO：1.3-7.9。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰中还含有(%)MnO：0-0.3、MgO：0.7-1.4、Na2O：0.2-0.4、K2O：0.8-2.7、SO3：0.3-0.5。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属离子包括Pb、Cd、Zn、Hg。
说明书
一种利用粉煤灰处理脱硫废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体地说，本发明涉及一种利用粉煤灰处理脱硫废水的方法。
背景技术
随着我国能源工业的迅速发展和大型燃煤电厂以及钢铁厂的兴建，燃料用量不断增加，SO2的排放量越来越多，由此造成的大气污染也日趋严重，采取脱硫措施已迫在眉睫。目前，烟气脱硫被认为是控制SO2排放量最行之有效的方法。石灰石-石膏湿式烟气脱硫是世界上应用最多、技术最成熟的脱硫工艺。这种湿法烟气脱硫工艺会产生部分废水，即脱硫废水，其pH一般在3～6之间，同时含有大量的悬浮物(石膏颗粒、SiO2、Al和Fe的氢氧化物)、氟化物和微量的重金属离子，如Pb、Cd、Zn、Hg等，直接排放将对环境造成严重危害，因而必须对其加以处理达标后才能排放。
目前，对脱硫废水一般采用化学处理法，其工艺包括中和、沉降、絮凝、浓缩澄清以及污泥处理系统等几个工序，流程如图1所示。中和是在脱硫废水进入中和箱的同时加入一定量的石灰乳溶液或氢氧化钠溶液等，将废水的pH提高至9以上;沉降是在pH为9.0～9.5时，使大多数重金属离子形成难溶的氢氧化物而沉淀下来，同时，如中和段投加石灰乳，则石灰乳中的Ca2+还能与废水中的部分F-反应，生成难溶的CaF2，达到除氟的作用;如果经中和处理后的废水中Cd2+、Hg2+含量仍然超标，则需要在沉降箱中加入有机硫化物(TMT15)或金属硫化物，使其与残余的离子态的Cd2+、Hg2+反应形成难溶的硫化物沉积下来;絮凝是在絮凝池中加入絮凝剂，使胶体颗粒和悬浮物颗粒发生凝聚和聚集，从液相中分离出来;浓缩澄清是将絮凝后的废水从反应池溢流进入装有搅拌器的澄清池中，絮凝物沉积在底部浓缩成污泥，上部则为处理出水。澄清池排出的污泥经压滤机脱水后，泥饼外运，滤液返回废水处理系统。
然而，上述工艺流程较长，操作复杂，建设和运行成本都比较高。其中和过程中大多采用石灰，而石灰乳的配药浓度很难准确控制，可能导致系统在运行过程中pH值波动范围较大，难以达到设计预期的控制范围。另外，由于石灰乳每次来料不稳定，且含有大量的固体颗粒杂质，石灰乳贮存罐的排污次数较多，增加了人工清理、冲洗工作量;而且由于石灰乳管道在停运后易堵塞管道，系统每次停运后需要进行及时的冲洗。
粉煤灰是火力发电厂产生的固体废弃物，主要由飞灰、底灰和炉底灰组成，以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主要成分，同时含有CaO、MgO、K2O、MnO等微量成分，不同地方产生的粉煤灰的成分组成不同，同一个厂不同时间产生的粉煤灰组成也有所差异，常见的粉煤灰主要组份见表1。
表1粉煤灰的主要组份(%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MnO MgO Na2O K2O SO3 47.6-59.3 21.4-32.0 4.0-12.2 1.3-7.9 0-0.3 0.7-1.4 0.2-0.4 0.8-2.7 0.3-0.5
根据粉煤灰的成分及其性质，可以将粉煤灰用于脱硫废水处理。粉煤灰具有多孔性结构、比表面积较大、表面能高，且表面存在着许多铝、硅等物质，具有较强的吸附能力。吸附包括物理吸附和化学吸附，物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及其较大的比表面积;化学吸附主要是其表面具有大量的Si-O-Si键、Al-O-Al键与有一定极性的分子产生偶极-偶极键的吸附，或是阴离子与粉煤灰中次生的带正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。粉煤灰所含的Al3+、Fe3+具有絮凝作用，可构成吸附絮凝沉淀协同作用。粉煤灰中含有少量的氧化钙，正好可以中和脱硫废水的酸性，通过调整粉煤灰的投加量将脱硫废水的pH调整到适宜重金属离子沉淀的范围内，使废水中的重金属离子沉淀下来;此外，粉煤灰含有少量的活性炭，对重金属离子也有一定的吸附过滤作用。
每吨燃煤可产生250～300kg粉煤灰，我国每年排放的粉煤灰已超过2亿t，且呈逐年上升趋势。据有关报道，我国目前粉煤灰的利用率为70%左右，大多应用于建材制品、建筑工程、道路工程等方面，但仍有30%左右的粉煤灰未得到有效利用。因此，合理利用粉煤灰并将其资源化具有重大意义。
检索查阅国内外的专利及发表的文献，有利用粉煤灰作为吸附剂或制作成混凝剂去除废水中的有机物、脱色以及处理含磷废水、含氟废水、含铬废水等方面的报道，这些技术中大多只利用了粉煤灰中的一种有价成分，如Al2O3或CaO，已有的文献中尚无有效利用粉煤灰处理脱硫废水方面的报道。
本发明的目的在于深入挖掘粉煤灰中的有价成分，简化脱硫废水处理工艺，降低处理成本，通过以废治废，实现粉煤灰的资源化利用。
发明内容
本发明提供一种处理脱硫废水的方法，包括以下步骤：
(1)废水调节
将脱硫废水排入调节池以均衡水量和水质;
(2)一级反应
粉煤灰和脱硫废水在反应池中进行中和反应，将pH控制在6.8-7.2，以有效去除脱硫废水中的氟离子;
(3)一级沉淀
一级反应的出水进入一级沉淀池，在沉淀池中进行泥水分离，沉渣脱水后外运，上清液进入下一级反应;
(4)二级反应
一级沉淀的出水进入二级反应池，继续添加粉煤灰，将pH调节至9～9.5，去除各种重金属离子;以及
(5)二级沉淀
二级反应的出水进入二级沉淀池，在沉淀池中进行泥水分离，沉渣脱水后外运，上清液达标排放。
优选的是，所述粉煤灰的主要组份(%)可以为SiO2：47.6-59.3、Al2O3：21.4-32.0、Fe2O3：4.0-12.2、CaO：1.3-7.9;更优的是，所述粉煤灰中还可以含有(%)MnO：0-0.3、MgO：0.7-1.4、Na2O：0.2-0.4、K2O：0.8-2.7、SO3：0.3-0.5。
优选的是，所述重金属离子可以包括Pb、Cd、Zn、Hg等。
如果脱硫废水中氟离子不超过国家排放标准，可以省去步骤(2)和步骤(3)。
根据本发明，利用粉煤灰处理脱硫废水的工艺流程如图2所示。其中根据实际需要，反应、沉淀过程可以采用一级或多级。采用多级反应、沉淀时，可根据不同污染物所要求的最佳反应条件，分阶段控制反应条件，从而使得各污染物均得到有效去除。
粉煤灰中含有少量的CaO，正好可以中和脱硫废水的酸性，从而省去碱液投加系统;粉煤灰所含的Si、Al3+、Fe3+具有絮凝作用，具有吸附絮凝沉淀协同作用，可省去或减少脱硫废水处理过程中絮凝剂的投加;粉煤灰对重金属离子的吸附作用可进一步降低废水中的重金属离子含量，达到排放标准，因此可以取消硫化物或有机硫等物质的投加;同时粉煤灰对脱硫废水中的F有去除效果，可以使出水中的F达到排放标准。
粉煤灰对脱硫废水中F-的去除机理包括物理吸附和化学吸附。化学吸附发生在F-与粉煤灰中高度活泼的氧化钙和氧化铝颗粒之间。由于存在化学过程，在最初粉煤灰加到含氟水中F-的去除进行得很快，然后继续缓慢地进行，这是由于F-物理地吸附到次生的、带有正电荷的硅酸铝、硅酸钙、硅酸铁的胶体颗粒表面上，而这些大量的铝、钙、铁的硅酸盐矿物质是由于存在于粉煤灰中的CaO、Al2O3与水中的氢氧化物和硫酸盐之间的反应生成的，水和粉煤灰的混合，促使生成了这些新矿物质，这些矿物质有滞留氟离子的作用。
本发明利用粉煤灰中的氧化钙中和脱硫废水的酸性，达到除氟和去除重金属离子所要求的pH范围;利用粉煤灰中的氧化钙和氧化铝颗粒吸附、沉淀氟离子;利用粉煤灰中所含的Al3+、Fe3+的絮凝作用，构成吸附絮凝沉淀协同作用，强化对重金属离子的去除效果。
本发明的有益效果：
本发明深入挖掘粉煤灰的各种功能，使得粉煤灰同时具有中和酸性废水、充当絮凝剂、去除重金属以及除氟等多种功能，实现了以废治废，粉煤灰资源化再利用的目的。开辟了粉煤灰在脱硫废水处理中的新的应用。
应用粉煤灰处理脱硫废水，与原有的处理工艺相比，处理流程缩短，节约了基建费用;由于粉煤灰价格低廉，因此该处理工艺的运行费用大大降低;此外，产生脱硫废水的电厂本身生产粉煤灰，可以就地取材，降低运输费用。