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新型、经济高效的脱硫废水处理工艺的研究进展

2017-08-27 10:17:04 来源:网络

而且流化床法产生的污泥密度高达2.5!3.0kg/L[21],具有很好的沉降性能。Lee等[19]采用流化床法处理溶液中的Cu2+,在Cu2+初始浓度为10mg/L时,处理后Cu2+去除率可达96%。此外,废水pH变化会对重金属的去除产生显著影响[20],在最佳pH条件下,流化床法对镍、锌和镉等重金属离子的去除率可达99%、97%和92%[21],该工艺目前己在丹麦爱屋德电厂投入实际运行。值得注意的是,由于脱硫废水中的Hg可与Cl-发生络合反应,因此流化床法对废水中Hg去除效果较差。

2.3膜分离法

近年来,膜分离法作为一种高效的分离技术得到迅速发展和应用,被广泛应用于废水处理和纯水制造等领域[22-25]。Lee等[26]采用膜电容脱盐处理(membranecapacitivedeionization,MCDI)系统处理电厂废水,盐脱除率可达92%。膜分离技术也被应用于电厂脱硫废水处理中,周卫青等采用化学沉淀-微滤工艺处理脱硫废水[27],工艺流程如图3所示,该工艺设计类似膜生物反应器(MBR),即将膜组件浸没在反应池中,膜组件下方设置曝气装置,以防止膜污染产生,经过连续60d运行表明该处理系统出水浊度低于0.1NTU,最大膜通量为40L/(m2˙h)。

此外,研究者还对运行中膜污染问题进行研究,发现废水中的Ca2+、Mg2+等离子会形成氢氧化物沉淀并粘附在膜表面,造成膜污染,污染后的膜通过物理和化学清洗可使膜通量分别恢复90%和95%以上[28]。

脱硫废水

图3化学沉淀-微滤法处理脱硫废水工艺流程

Enoch等[29]采用微滤工艺处理脱硫废水时与上述工艺不同,研究中单独设置微滤池,脱硫废水首先经过化学沉淀和澄清处理后,澄清池出水进入后续微滤池,经过微滤处理后的出水进入清水池。通过该工艺处理后,出水中悬浮物和砷、汞、镍等离子浓度均达到欧洲相关的污染物排放标准[21]。此外,研究者还讨论了废水流速对膜污染的影响,并对相应的清洗方法进行分析。

2.4吸附法

吸附法是废水处理中常用的方法之一[30],其既可以去除废水中离子态无机污染物,也可以去除废水中的大分子有机物[31]。吸附法在电厂废水处理中也有较多研究报道[32]。采用吸附法处理脱硫废水主要是利用多孔吸附剂吸附去除废水中的重金属,Huang等采用复合零价铁材料(主要成分为零价铁粉)处理脱硫废水中的重金属[7],经过该工艺处理后废水中汞和硒的去除率均大于99%,出水浓度分别小于0.005,7μg/L。

此外,出水中砷、镉、铬、镍、铅、锌和钒的浓度也都接近或低于微克级水平。而且该工艺可直接以调节池废水为工艺进水,无需对废水进行预处理。张华峰等采用序批式活性污泥法(SBR)处理脱硫废水[33],利用污泥吸附废水中的镉、铬和铅,试验结果表明工艺出水中的重金属离子浓度远低于我国国家排放标准,研究者还讨论了废水停留时间(HRT)、污泥浓度、重金属浓度以及pH对吸附效果的影响。同时,采用SBR工艺还可有效去除脱硫废水中的COD和氨氮等污染物[34]。

此外,在采用酸法和酸碱联合法改性粉煤灰处理脱硫废水的研究中[35],发现随着废水pH的升高,Cu2+、Zn2+和COD的去除率先升高后趋于稳定,当pH为7!9,混凝时间为40min时,出水中未检测到Cu2+、Zn2+,COD去除率可达80%以上。吸附法具有运行成本低、工艺操作简单和处理效率高等优点[36]。

脱硫废水的处理中最重要的一方面是去除废水中的重金属,但由于脱硫废水属于高盐废水,而废水中大量无机离子的存在会与大多数吸附剂吸附重金属时产生竞争或抑制作用,因此目前大多研究仍然停留在实验阶段。要实现吸附法在脱硫废水中的实际应用,还需在吸附剂选择、运行条件优化、吸附剂再生和工业化设计和运行方面开展大量工作。

2.5电絮凝法

电絮凝法是将吸附络合与中和反应、氧化还原反应、气浮等结合起来的处理方法[37],是利用电化学原理[38],在电流作用下阴极处水电解产生氢气和OH-,阳极(铁或铝等)电解产生金属阳离子,在电场作用下OH-和金属阳离子发生迁移,在溶液中形成氢氧化物絮体。

由于氢氧化物絮体具有巨大的比表面积和丰富的表面羟基,因此可以通过絮体的吸附等作用去除废水中的污染物。同时,由于阴极产生氢气的气浮作用,将絮体上浮至溶液表面而分离。电絮凝法是一项较新的废水处理技术,能有效处理重金属废水,该工艺具有成本低、占地面积小和效果好等优点,在国外已逐步运用于湿法脱硫的废水处理中。

但是电絮凝法也存在许多不足,如一般电絮凝不能去除废水中的氯离子,而用高频电絮凝法则存在电极寿命短和耗能高的缺点。目前电絮凝技术主要应用于化工废水和含油污水,在脱硫废水处理中相关报道较少,内蒙古某电厂计划采用电絮凝方法处理脱硫废水[13]。

3结论与展望

综上所述,尽管湿法脱硫废水处理方法较多,但大多处于实验室研究阶段,实际应用中仍以化学沉淀法为主。通过对上述各种脱硫废水处理方法的原理、应用情况和优缺点进行系统分析,初步结论如下:在我国燃煤电厂中广泛应用的脱硫废水处理工艺为化学沉淀法,该工艺运行成本相对较低、经验丰富,但是存在设备运行维护困难,污泥产生量大和处置困难,出水COD和SS不易达标,出水无法回用以及排入环境后可能引起二次污染等问题。

流化床法、吸附法、电絮凝法等处理方法具有各自优点,但这些技术还主要停留在实验室研究阶段,工业化应用较少,而且上述工艺对废水含盐量均无明显去除效果。随着人们环保意识的不断提高和水处理技术的不断进步,脱硫废水的排放标准也更加严格,尤其是第1类污染物排放浓度的限制,以及对废水含盐量的排放控制等。

因此,脱硫废水处理技术的发展方向包括两个方面:一方面是针对废水中特定污染物的深度处理技术,尤其是针对各种重金属的去除方法的研究,其中吸附法是研究重点;另一方面是废水零排放技术的开发,是为了防止高盐废水污染环境并同时回收水资源。

参考文献略

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