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摘要: 锅炉除尘脱硫废水呈酸性，悬浮物浓度高，悬浮颗粒沉淀性能好。颗粒表面电荷呈正电性。废水中Al3+、Fe3+离子浓度变大。调整pH值是废水处理的技术关键。处理方法可采用中和法、沉淀法、过滤法。
关键词：除尘废水、水质、处理策略
1.研究背景
目前我国投入使用的工业锅炉达30~40万台，燃料主要为煤炭，其中一大部分配套了湿式脱硫除尘器。本研究对湿式脱硫除尘器排放废水的水质特征进行研究，并据此对其处理与运营管理对策进行了讨论。
2.试验水样
试验水样取自张家口市黄磷厂锅炉房除尘器排水系统。
3.一般物理化学特征分析
试验水样的悬浮性固体、溶解性固体含量及pH值见表1。
表1： 试验水样的一般物理化学指标
水质分析表明，该水样呈酸性，溶解性杂质和悬浮物浓度都很高，且含有Al3+与Fe3+。
4.悬浮颗粒粒度分布试验研究
对于自由沉淀水样，完全去除颗粒沉速为ui时对应的总去除率可根据式（1）计算[1]。
式中：A、B为水中悬浮颗粒沉淀性能常数。
4.2试验装置 实验系统如图1。沉淀柱利用有机玻璃柱制成，柱内径为185mm，溢流口和取样口高差为1200mm，下部设有锥形积泥斗。进水系统设有水泵提升及回流搅拌管路。
4.3 试验结果及其分析 将试验数据进行整理，各沉淀速度对应的水样浓度见表2。
利用斯笃克司公式算出各沉淀速度对应的颗粒粒径，并校核雷诺数，绘制di与ui的关系曲线如图2。
表2：沉淀速度与对应的水样浓度
绘制pi随ui变化的关系曲线如图2。由图2可见，曲线以ui=0.65mm/s（di=5.0×10-3mm）為分界线分为两个部分。当沉淀速度ui≤0.65mm/s时，pi随着ui的增加而缓慢增加。沉淀速度ui≤0.65mm/s的悬浮颗粒的累积百分率不足7%；ui＞0.65mm/s时，随着ui的增加，pi几乎线性增加，表明各种沉淀速度（粒径）颗粒的比率基本相等。利用沉淀工艺处理该废水时，表面负荷率选用0.65mm/s即可达到93%以上的去除率，选用更小的表面负荷率对提高去除率帮助不大。
经曲线拟合，得到试验水样的pi表达式为pi = 0.141ui1.624（R2=0.9213）。所以，试验水样的沉淀性能常数A=0.141，B=1.624，总去除率表达式为Ei = 1 – 0.0537ui1.624。绘制Ei随ui变化的关系曲线如图2。由图可见，当ui=1.5mm/s时，总去除率Ei可达到90%。
由此可见，试验水样中悬浮颗粒的沉淀性能比较好。造成这一特点的原因是废水中悬浮颗粒主要由燃烧后的烟尘组成，主要为无机成分，密度大，大粒径颗粒在其中所占比率较高。
5.悬浮颗粒表面荷电特性试验研究
5.1试验原理锅炉烟气中固体颗粒为煤炭在锅炉中燃烧的产物，成分和煤炭种类及燃烧状况等有关，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3等[4]。
5.2试验装置与设备
混凝试验机SC656型，湖北潜江市梅宇仪器厂生产；
5.3 试验结果及其分析 试验的混凝剂种类、数量、投加方式及处理效果汇总于表3。以试验杯号为横坐标，出水浑浊度及pH值为纵坐标作图，分别得到试验1与试验2出水水质变化图3及图4。
表3试验的主要条件及结果表
由试验1的试验结果可见：平行试验的出水浑浊度基本相同，试验重现性较好。投加Na2HPO4出水的浑浊度比NaCl的小得多，而空白试验的出水浑浊度略有增加。由于1#~4#
杯试验水样中Na+浓度均为0.17mmol/L，1#、2#杯的HPO42-浓度为3#、4#杯的Cl-浓度的1/2，所以，投加Na2HPO4使得原水被充分脱稳、出水的浑浊度大幅度降低的原因是由于HPO42-比Cl-具有更强的脱稳能力而造成的。由此可推断，原水中烟尘颗粒表面所荷电荷为正电荷。
由试验2的试验结果可见：当向水中投加适量的NaOH，使水的pH值增加到8.0左右时，水中胶体颗粒被有效脱稳，出水浑浊度显著降低。这一试验现象表明：试验水样中烟尘颗粒表面存在羟基化层，当pH值较低时，颗粒表面带正电荷，随着pH值的增加，颗粒表面净电量逐渐减小，当pH≈pH0时，颗粒表面的电量接近于零，颗粒被脱稳。
一般地，Al2O3、Fe2O3晶体的等电点为9.0左右[6]。试验原水pH=2.9，这也是其荷正电的一个辅证。
6.水中Al3+、Fe3+离子浓度的变化
试验测定了除尘器进水和出水的Al3+、Fe3+浓度，测定结果表明，水样中Al3+、Fe3+浓度的增加值分别为0.74mg/L及2.74mg/L，折合成Al2（SO4）3和FeCl3的浓度分别为9.32 mg/L及7.92mg/L，接近混凝处理的混凝剂投加量。
分析试验水样的水质特征可以发现，废水的pH值偏低是水质问题的关键。调整pH值不仅能够改善水的酸性，而且可以使水中胶体脱稳。
7.废水处理策略探讨
根据该废水的水质特征，归纳出其处理手段：
（1）中和法。向废水中投加碱性物质，使废水得到中和[2]。
（2）沉淀法。沉淀法可分为自然沉淀法和混凝沉淀法两种。
（3）过滤法。过滤法有深层过滤和表面过滤两种方法[3]。
8.结论与建议
锅炉除尘脱硫废水的主要水质特征为：呈酸性（一般pH值为3.0左右）；悬浮物浓度高；沉淀速度ui＞0.65mm/s的悬浮颗粒占97%以上，沉淀性能好；颗粒表面电荷呈正电性；废水中Al3+、Fe3+离子浓度接近混凝处理的混凝剂投加量；投加阴离子混凝剂以及调节pH值到等电点附近可使胶体颗粒有效脱稳，其中调整pH值是废水处理的技术关键。废水可采用中和法、沉淀法、过滤法处理。
建议进一步开发高效、低耗、方便管理的处理设备。
注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看
关键词：除尘废水、水质、处理策略
1.研究背景
目前我国投入使用的工业锅炉达30~40万台，燃料主要为煤炭，其中一大部分配套了湿式脱硫除尘器。本研究对湿式脱硫除尘器排放废水的水质特征进行研究，并据此对其处理与运营管理对策进行了讨论。
2.试验水样
试验水样取自张家口市黄磷厂锅炉房除尘器排水系统。
3.一般物理化学特征分析
试验水样的悬浮性固体、溶解性固体含量及pH值见表1。
表1： 试验水样的一般物理化学指标
水质分析表明，该水样呈酸性，溶解性杂质和悬浮物浓度都很高，且含有Al3+与Fe3+。
4.悬浮颗粒粒度分布试验研究
对于自由沉淀水样，完全去除颗粒沉速为ui时对应的总去除率可根据式（1）计算[1]。
式中：A、B为水中悬浮颗粒沉淀性能常数。
4.2试验装置 实验系统如图1。沉淀柱利用有机玻璃柱制成，柱内径为185mm，溢流口和取样口高差为1200mm，下部设有锥形积泥斗。进水系统设有水泵提升及回流搅拌管路。
4.3 试验结果及其分析 将试验数据进行整理，各沉淀速度对应的水样浓度见表2。
利用斯笃克司公式算出各沉淀速度对应的颗粒粒径，并校核雷诺数，绘制di与ui的关系曲线如图2。
表2：沉淀速度与对应的水样浓度
绘制pi随ui变化的关系曲线如图2。由图2可见，曲线以ui=0.65mm/s（di=5.0×10-3mm）為分界线分为两个部分。当沉淀速度ui≤0.65mm/s时，pi随着ui的增加而缓慢增加。沉淀速度ui≤0.65mm/s的悬浮颗粒的累积百分率不足7%；ui＞0.65mm/s时，随着ui的增加，pi几乎线性增加，表明各种沉淀速度（粒径）颗粒的比率基本相等。利用沉淀工艺处理该废水时，表面负荷率选用0.65mm/s即可达到93%以上的去除率，选用更小的表面负荷率对提高去除率帮助不大。
经曲线拟合，得到试验水样的pi表达式为pi = 0.141ui1.624（R2=0.9213）。所以，试验水样的沉淀性能常数A=0.141，B=1.624，总去除率表达式为Ei = 1 – 0.0537ui1.624。绘制Ei随ui变化的关系曲线如图2。由图可见，当ui=1.5mm/s时，总去除率Ei可达到90%。
由此可见，试验水样中悬浮颗粒的沉淀性能比较好。造成这一特点的原因是废水中悬浮颗粒主要由燃烧后的烟尘组成，主要为无机成分，密度大，大粒径颗粒在其中所占比率较高。
5.悬浮颗粒表面荷电特性试验研究
5.1试验原理锅炉烟气中固体颗粒为煤炭在锅炉中燃烧的产物，成分和煤炭种类及燃烧状况等有关，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3等[4]。
5.2试验装置与设备
混凝试验机SC656型，湖北潜江市梅宇仪器厂生产；
5.3 试验结果及其分析 试验的混凝剂种类、数量、投加方式及处理效果汇总于表3。以试验杯号为横坐标，出水浑浊度及pH值为纵坐标作图，分别得到试验1与试验2出水水质变化图3及图4。
表3试验的主要条件及结果表
由试验1的试验结果可见：平行试验的出水浑浊度基本相同，试验重现性较好。投加Na2HPO4出水的浑浊度比NaCl的小得多，而空白试验的出水浑浊度略有增加。由于1#~4#
杯试验水样中Na+浓度均为0.17mmol/L，1#、2#杯的HPO42-浓度为3#、4#杯的Cl-浓度的1/2，所以，投加Na2HPO4使得原水被充分脱稳、出水的浑浊度大幅度降低的原因是由于HPO42-比Cl-具有更强的脱稳能力而造成的。由此可推断，原水中烟尘颗粒表面所荷电荷为正电荷。
由试验2的试验结果可见：当向水中投加适量的NaOH，使水的pH值增加到8.0左右时，水中胶体颗粒被有效脱稳，出水浑浊度显著降低。这一试验现象表明：试验水样中烟尘颗粒表面存在羟基化层，当pH值较低时，颗粒表面带正电荷，随着pH值的增加，颗粒表面净电量逐渐减小，当pH≈pH0时，颗粒表面的电量接近于零，颗粒被脱稳。
一般地，Al2O3、Fe2O3晶体的等电点为9.0左右[6]。试验原水pH=2.9，这也是其荷正电的一个辅证。
6.水中Al3+、Fe3+离子浓度的变化
试验测定了除尘器进水和出水的Al3+、Fe3+浓度，测定结果表明，水样中Al3+、Fe3+浓度的增加值分别为0.74mg/L及2.74mg/L，折合成Al2（SO4）3和FeCl3的浓度分别为9.32 mg/L及7.92mg/L，接近混凝处理的混凝剂投加量。
分析试验水样的水质特征可以发现，废水的pH值偏低是水质问题的关键。调整pH值不仅能够改善水的酸性，而且可以使水中胶体脱稳。
7.废水处理策略探讨
根据该废水的水质特征，归纳出其处理手段：
（1）中和法。向废水中投加碱性物质，使废水得到中和[2]。
（2）沉淀法。沉淀法可分为自然沉淀法和混凝沉淀法两种。
（3）过滤法。过滤法有深层过滤和表面过滤两种方法[3]。
8.结论与建议
锅炉除尘脱硫废水的主要水质特征为：呈酸性（一般pH值为3.0左右）；悬浮物浓度高；沉淀速度ui＞0.65mm/s的悬浮颗粒占97%以上，沉淀性能好；颗粒表面电荷呈正电性；废水中Al3+、Fe3+离子浓度接近混凝处理的混凝剂投加量；投加阴离子混凝剂以及调节pH值到等电点附近可使胶体颗粒有效脱稳，其中调整pH值是废水处理的技术关键。废水可采用中和法、沉淀法、过滤法处理。
建议进一步开发高效、低耗、方便管理的处理设备。
注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看