生石灰-礦化垃圾床處理鍋爐酸洗廢水的研究

倪偉鳳¹ 趙軍^2# 王羅春³ 秦哲²

（1.上海市青浦區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,上海,201700;2.上海大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,上海,200072;

3.上海電力學(xué)院,上海,200090）

　　摘要：應(yīng)用生石灰-礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)電廠鍋爐酸洗廢水進(jìn)行處理。研究了生石灰投加量、攪拌時(shí)間、溫度及礦化垃圾反應(yīng)床級(jí)數(shù)對(duì)酸洗廢水處理效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:在每500mL酸洗廢水投加120mL濃度為160g/L的生石灰溶液、攪拌0.5h、室內(nèi)溫度為30℃、反應(yīng)床級(jí)數(shù)為3級(jí)時(shí)能夠取得最佳的處理效果，酸洗廢水COD_Cr、BOD₅、NH₃-N分別從30000mg/L、14500mg/L、180mg/L降至40mg/L、20mg/L、35mg/L，總?cè)コ士蛇_(dá)到99.9％、99.9％、80.6％。
　　關(guān)鍵詞：鍋爐酸洗廢水 生石灰 礦化垃圾反應(yīng)床
　　中圖分類號(hào):X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Research on the treatment of boiler purging wastewater by calcium oxide and mineralized rubbish equipment

Ni Weifeng¹ Zhao Jun² Wang Luochun³ Qin Zhe²

(1.Environmental Monitoring Station in qingpu,Shanghai,201700;

2.Department of Environment Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai,200072;

3.Shanghai University of Electric Engineering,Shanghai,200090)

Abstract: Calcium oxide and mineralized rubbish equipment are used for treating power plant boiler purging wastewater. Four factors of treatment efficiency including appending quantity of calcium oxide, whisking time, temperature, all levels of mineralized rubbish equipment were studied. It shows that under the conditions of appending 120mL calcium oxide liquor with the concentration of 160g/L in 500mL purging wastewater、whisking 0.5h、an indoor temperature of 30℃、the reaction of level 3, COD_Cr、BOD₅、NH₃-N of boiler purging wastewater are reduced from 30000mg/L、14500mg/L、180mg/L to 40mg/L、20mg/L、35mg/L,and the removal rate are about 99.9％、99.9％、80.6％.

Keywords: boiler purging wastewater; calcium oxide; mineralized rubbish equipment

　　火力發(fā)電廠化學(xué)清洗廢液是新建鍋爐清洗和運(yùn)行鍋爐周期清洗時(shí)排放的酸洗廢液，具有排放時(shí)間短、排放量大和廢液中污染物濃度高的特點(diǎn)。檸檬酸（C₆H₇O₈）是一種低分子有機(jī)酸，用它作為化學(xué)清洗劑清洗鍋爐，清洗廢水中COD_Cr可達(dá)30000mg/L左右。近年來(lái)對(duì)于檸檬酸酸洗廢水的處理已經(jīng)產(chǎn)生了許多較為成熟的化學(xué)處理法和生物處理方法，其中化學(xué)法包括鍋爐焚燒法、粉煤灰吸附法、中和沉淀處理法、次氯酸鈉氧化法和曝氣氧化法等^[1～4]，生物法包括固定床連續(xù)流反應(yīng)器厭氧生物處理法、活性污泥法、厭氧消化法等^[5～6]。
　　 垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)數(shù)年后，垃圾中易降解物質(zhì)完全或接近完全降解，垃圾填埋場(chǎng)表面沉降量非常小，垃圾自然產(chǎn)生滲濾液和氣體產(chǎn)生量很少或不產(chǎn)生，垃圾填埋場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)即無(wú)害化狀態(tài)，此時(shí)的垃圾稱為礦化垃圾^[7]。礦化垃圾容重較小,孔隙率大,有機(jī)質(zhì)含量高,陽(yáng)離子交換容量CEC與吸附和交換能力強(qiáng),含有種類繁多、生存和降解能力很強(qiáng)的微生物,是一種性能非常優(yōu)越的生物介質(zhì),可用來(lái)處理廢水。
　　 本試驗(yàn)采用化學(xué)法與生物法聯(lián)合對(duì)檸檬酸酸洗廢水進(jìn)行處理。投加生石灰進(jìn)行前處理，應(yīng)用礦化垃圾反應(yīng)床進(jìn)行后處理。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置
　　 前處理試驗(yàn)裝置為電磁攪拌器、曝氣器。后處理試驗(yàn)裝置由進(jìn)水裝置、布水器、反應(yīng)床體、多孔隔板、廢水桶、蠕動(dòng)泵幾部分組成（如圖1）。

圖1 后處理試驗(yàn)裝置示意圖

　　礦化垃圾反應(yīng)床直徑25cm，分為三級(jí)，有效高度210cm。礦化垃圾挖出后經(jīng)篩分，剔除其中顆粒較大的石子、碎玻璃、未完全降解的橡膠塑料以及木棒紙類等雜物后，作為反應(yīng)床的生物填料，填料粒徑不超過(guò)5mm，重量約100kg。填料底部孔板上裝填粒徑大約20mm的碎砂石，起到撐托填料及隔離填料、澄清出水及充氧的作用。裝置在級(jí)間設(shè)有專用取樣口，并配有專用取樣器。
1.2 試驗(yàn)用水
　　 本試驗(yàn)所用檸檬酸酸洗廢水為金山石化自備電廠鍋爐清洗廢水，COD_Cr平均為30000mg/L，氨氮平均為180mg/L，BOD₅平均為14500mg/L。
1.3 試驗(yàn)方法
　　 前處理階段：
　　 將500mL檸檬酸廢水置于1L大燒杯中。添加濃度為160g/L的生石灰溶液進(jìn)行反應(yīng)（此濃度下生石灰溶解較為完全），利用電磁攪拌器充分?jǐn)嚢?，同時(shí)曝氣，測(cè)定反應(yīng)后廢水COD_Cr值。
　　 后處理階段：
　　 (1)填料中生物馴化過(guò)程的進(jìn)水采用經(jīng)生石灰前處理后的檸檬酸酸洗廢水同生活污水（采自河間路污水處理廠初沉池出水，該污水的各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1）的混合廢水，檸檬酸酸洗廢水所占比例逐漸加大，馴化期間以COD_Cr作為馴化效果的指標(biāo)，馴化階段共持續(xù)16d。馴化期進(jìn)水流量取1L/h，進(jìn)水濕干比取1:3，即進(jìn)水1h后落干3h每個(gè)周期為4h。

表1 河間污水處理廠初沉池出水水質(zhì)

　　(2)反應(yīng)床進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，測(cè)定室內(nèi)溫度、反應(yīng)床級(jí)數(shù)對(duì)廢水COD_Cr去除率的影響。
　　 我國(guó)目前的工業(yè)廢液排放標(biāo)準(zhǔn)以COD_Cr指標(biāo)作為排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，本次試驗(yàn)研究以COD_Cr作為確定最佳處理?xiàng)l件的標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 生石灰投加量對(duì)COD_Cr去除率影響。
　　 取六份500mL檸檬酸廢水置于1L大燒杯中，分別加入生石灰溶液，曝氣、攪拌2h結(jié)束后投加量為80mL、100mL、120mL的三個(gè)燒杯在1～2min內(nèi)即可有明顯分層，隨時(shí)間的增長(zhǎng)底部沉淀物逐漸濃縮；而投加量較大的幾個(gè)燒杯分層較慢，投加量為180mL的燒杯內(nèi)在靜置12h后仍無(wú)明顯分層。生石灰投加量對(duì)COD_Cr去除率影響如圖2所示。

圖2 生石灰投加量對(duì)COD_Cr去除率影響

　　從圖2可以看出，隨著生石灰投加量的增大COD_Cr去除率逐漸增大，但生石灰投加量增大至120mL后，COD_Cr去除率增大趨于平緩，不再有明顯提高。檸檬酸廢水中COD_Cr很高的原因是含有大量的檸檬酸，生石灰溶于廢水中產(chǎn)生的Ca²⁺與廢水中游離檸檬酸根離子有特殊親和力，會(huì)產(chǎn)生檸檬酸鈣，反應(yīng)式如下：

　　生石灰投加量小時(shí)，Ca²⁺不足于結(jié)合所有的檸檬酸根離子，隨著生石灰投加量的增加，檸檬酸根離子逐漸減少至幾乎全部被去除，溶液中過(guò)剩的Ca²⁺對(duì)檸檬酸根離子去除影響不明顯，從而COD_Cr去除率呈現(xiàn)隨著生石灰投加量的增大先增大后平緩趨勢(shì)。
2.2攪拌時(shí)間對(duì)COD_Cr去除率的影響。
　　 取500mL檸檬酸酸洗廢水4份，分別投加120mL生石灰溶液后，廢水?dāng)嚢钑r(shí)間與COD_Cr去除率的關(guān)系如圖3所示。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)COD_Cr去除率的影響

　　從圖3結(jié)果看，攪拌0.5h后隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，廢水COD_Cr去除率沒(méi)有明顯的提高，甚至還會(huì)有所下降，這是因?yàn)橛捎诰W(wǎng)捕和卷掃的作用，廢水中形成了較多的絮體，絮體對(duì)于廢水中的有機(jī)物有吸附作用，如果攪拌時(shí)間太長(zhǎng)，則會(huì)打碎較大的絮體而降低了吸附效用，COD_Cr去除率降低?？梢哉J(rèn)為0.5h是燒杯試驗(yàn)的最佳攪拌時(shí)間。
2.3溫度對(duì)對(duì)廢水COD_Cr的去除效果
　　 室內(nèi)平均溫度為13℃時(shí)，經(jīng)過(guò)八天低溫條件下的運(yùn)行，出水顏色明顯加深為淺黃色。在此溫度下反應(yīng)床對(duì)廢水COD_Cr的去除率同室溫為30℃時(shí)COD_Cr的去除率比較如圖4。

圖4 溫度對(duì)COD_Cr去除率的影響

　　溫度降低后，礦化垃圾反應(yīng)床出水COD_Cr迅速降低，在4～5d后又進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)出水COD_Cr不再有大的變化。這是由于溫度的降低導(dǎo)致礦化垃圾反應(yīng)床內(nèi)微生物活性大大降低，對(duì)于有機(jī)質(zhì)的需求量減少，從而使COD_Cr去除率明顯降低。但微生物逐漸適應(yīng)較低的溫度后，仍可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。在13℃溫度條件下運(yùn)行時(shí)礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)COD_Cr的去除率平均比30℃條件下低14％，說(shuō)明溫度對(duì)于礦化垃圾反應(yīng)床的處理效果影響較大。
2.4 反應(yīng)床級(jí)數(shù)對(duì)廢水COD_Cr的去除效果
　　 在30℃和13℃時(shí)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下各級(jí)出水COD_Cr情況如表2所示。各級(jí)COD_Cr去除率對(duì)比情況如圖5。

表2 在30℃和13℃時(shí)各級(jí)出水COD_Cr(mg/L)表

圖5 不同溫度下各級(jí)COD_Cr去除率

　　從圖5中可以看出，在30℃條件下，反應(yīng)床達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)后，二級(jí)出水COD_Cr為154mg/L，難以達(dá)到排放要求，所以認(rèn)為本反應(yīng)床在處理檸檬酸酸洗廢水時(shí)，長(zhǎng)度不可再減小，否則難以達(dá)到廢水處理要求。在13℃條件下，一級(jí)反應(yīng)床對(duì)廢水COD_Cr的去除效果較差，這是由于溫度較低而導(dǎo)致微生物活性較低，當(dāng)COD_Cr負(fù)荷太大時(shí)，不利于微生物對(duì)COD_Cr的去除，因此實(shí)際工程中在溫度較低的情況下應(yīng)適當(dāng)降低COD_Cr負(fù)荷。
2.5 生石灰-礦化垃圾反應(yīng)床聯(lián)合工藝對(duì)檸檬酸酸洗廢水的處理效果
　　 在每500mL酸洗廢水投加120mL濃度為160g/L的生石灰溶液、攪拌0.5h、室內(nèi)溫度為30℃、反應(yīng)床級(jí)數(shù)為3級(jí)的條件下，聯(lián)合工藝對(duì)酸洗廢水的處理效果見(jiàn)表3。

表3 生石灰-礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)酸洗廢水的處理效果

3 結(jié)論

　　(1)前處理過(guò)程用500mL檸檬酸廢水進(jìn)行燒杯試驗(yàn),生石灰采用濕式投加法，溶液濃度為160g/L，投加量為120mL，攪拌0.5h可以達(dá)到最佳COD_Cr去除率。
　　(2)溫度對(duì)礦化垃圾反應(yīng)床處理效果影響明顯，平均氣溫從30℃降至13℃后，礦化垃圾反應(yīng)床對(duì)COD_Cr的去除率平均降低14％。
　　(3)通過(guò)分級(jí)試驗(yàn)，各級(jí)對(duì)廢水的處理效果無(wú)明顯差別，且反應(yīng)器高度不可再變小，否則難以達(dá)到處理效果，本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)床級(jí)數(shù)為3級(jí)。
　　(4)在最佳試驗(yàn)條件下，采用生石灰-礦化垃圾反應(yīng)床聯(lián)合工藝對(duì)檸檬酸酸洗廢水進(jìn)行處理，COD_Cr、BOD₅、NH₃-N分別從30000mg/L、14500mg/L、180mg/L降至40mg/L、20mg/L、35mg/L，總?cè)コ士蛇_(dá)到99.9％、99.9％、80.6％。
　　(2)礦化垃圾反應(yīng)床裝置采用的填料為礦化垃圾，體現(xiàn)了“以廢治廢”的思想。因此對(duì)該處理工藝進(jìn)行進(jìn)一步研究后，可推廣應(yīng)用于火力發(fā)電廠酸洗廢水的處理。

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^#通訊作者

作者簡(jiǎn)介:倪偉鳳(1973- ),女,華東理工大學(xué)畢業(yè), 現(xiàn)供職于上海市青浦區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站。

電話:13391346812,E-mail:mical_zj@163.com