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零排放背景下,常规的蒸发和结晶工艺无法有效避免二次污染,提出了一种脱硫废水烟气浓缩及水泥化固定的技术路线。在烟气浓缩塔中,利用部分电除尘器后的烟气对脱硫废水进行蒸发浓缩,浓缩后的脱硫废水与水泥、粉煤灰等材料拌合后制得固化体,从而实现污染物的水泥化固定。

实验将模拟高盐水与水泥、粉煤灰和河砂拌合,制得固化体,养护至特定龄期后,对其抗压强度和结合氯离子能力进行检测。

通过控制单变量的方法,实验探究了不同组分材料的配比对固化体的抗压强度和结合氯离子能力的影响,并利用XRD对固化体粉末进行了产物表征。

结果表明:在水泥配比为1.08时固化体的抗压强度最高,粉煤灰配比大于0.25后固化体的抗压强度提升明显,模拟高盐水配比越大,固化体的抗压强度越低,河砂量对固化体的抗压强度影响小。

实验中制得的固化体在养护28天后,其抗压强度值在30MPa以上,能达到《混凝土路缘石》标准中路缘石的最低抗压强度要求。随着水泥配比的增大,固化体的结合氯离子能力增大21.7%,且受水泥水化所需水量的限制,其增大趋势渐缓;由于粉煤灰在水化过程中的产物与氯离子生成的Friedel's盐量较少,随着粉煤灰配比的增大,固化体的结合氯离子能力仅增大4.9%。XRD的结果验证了水泥固化过程中Friedel's盐的存在。

石灰石/石膏湿法脱硫工艺作为当前燃煤电厂主流脱硫技术,具有脱硫效率高,技术成熟,运行稳定等优点,但为了防止循环浆液系统氯离子等元素的过度富集,脱硫系统需要定期外排一定量的脱硫废水。脱硫废水具备以下特点:

1)水质受多种因素影响,且易随工况及煤种变化而变化;

2)pH在4.5-6.5之间,呈弱酸性,氯离子含量高;

3)以石膏颗粒、二氧化硅、铁铝化合物为主要成分的悬浮物含量较高;

4)总溶解性固体含量较高,且变化范围大,一般在30000-60000mg/L,Ca2+和Mg2+等硬度离子含量高;

5)汞、铅、砷等重金属第Ⅰ类污染物超标。因此,脱硫废水处理倍受业内关注。

随着《水污染防治行动计划》(又称为“水十条”)和《火电厂污染防治可行技术指南》的先后发布,脱硫废水零排放成为燃煤电厂环保的重中之重。目前常用的处理工艺是传统化学沉淀方法,脱硫废水经过中和沉淀、沉降、絮凝以及浓缩澄清过程,大部分悬浮物和重金属离子会被去除,这一工艺能满足废水行业排放标准(DL/T997-2006),但无法去除迁移性较强的氯离子等可溶性盐分,对硒离子去除效果也不佳,无法实现真正的脱硫废水零排放。

以蒸发结晶和蒸发技术为主的零排放技术是当前脱硫废水处理领域的研究热点。蒸发结晶技术工艺复杂,运行成本高,通过简单预处理后得到的混盐无利用价值,采用分盐工艺能得到纯度较高的结晶盐,但会进一步加大运行成本;低温烟道蒸发以及旁路烟道蒸发技术增加飞灰中含尘量,将处理压力转移至电除尘器,粉煤灰中盐分过高会影响水泥品质。

本研究涉及一种脱硫废水烟气浓缩减量及水泥化固定工艺。如图1所示,在电除尘器后设置带有液柱喷管系统的烟气浓缩塔,利用电除尘器后10%-15%的热烟气与脱硫废水液柱循环换热,实现脱硫废水5-10倍的减量浓缩。浓缩后的高盐废水与水泥、粉煤灰等胶凝材料经混合搅拌机搅拌后进入成型设备,随后转入恒定温度及湿度的养护室中进行养护,根据性能可将养护后的固化体用作混凝土或路缘石等材料。

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图1脱硫废水烟气浓缩及水泥化固定工艺图

上述工艺的有益效果为:

1)充分利用电除尘器后烟气,与脱硫废水接触进行传质传热,达到脱硫废水浓缩减量的效果,是对电厂余热资源的充分利用;

2)液柱喷管系统能减少喷淋层设置造成的喷嘴堵塞问题;

3)脱硫塔前烟气含湿量增加,大幅度减少脱硫系统的工艺补充水;

4)水泥固定脱硫废水中的盐分和重金属离子,将流动性的脱硫废水转化为物化性能稳定,不易弥散的固化体,有效避免二次污染;

5)充分利用电厂副产品粉煤灰。

水泥固化技术具有工艺简单,原材料简单易获取,固化体性能稳定的优点,被广泛应用于放射性废物、重金属污染废水及污泥等废弃物处理领域。但固化技术用于脱硫废水处理的研究较少,且主要利用粉煤灰的火山灰反应来实现固化稳定化,考虑到脱硫废水水量巨大,固化体中水泥掺入少甚至不掺入,因此,制得的固化体抗压强度性能差,一般只能作填埋处置。Renew等研究了同时固化脱硫废水浓缩液和粉煤灰后的重金属浸出性能,水泥占总混合物的10%,用量较少,所得固化体重金属离子浸出率较低。

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