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.上海市青浦區環境監測站,上海,201700;2.上海大學環境科學與工程系,上海,200072;

3.上海電力學院,上海,200090）

　　摘要：應用生石灰-礦化垃圾反應床對電廠鍋爐酸洗廢水進行處理。研究了生石灰投加量、攪拌時間、溫度及礦化垃圾反應床級數對酸洗廢水處理效果的影響。試驗結果表明: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、室內溫度為30℃、反應床級數為3級時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，總去除率可達到99.9％、99.9％、80.6％。
　　關鍵詞：鍋爐酸洗廢水 生石灰 礦化垃圾反應床
　　中圖分類號:X703.1 文獻標識碼: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

　　火力發電廠化學清洗廢液是新建鍋爐清洗和運行鍋爐周期清洗時排放的酸洗廢液，具有排放時間短、排放量大和廢液中污染物濃度高的特點。檸檬酸（C₆H₇O₈）是一種低分子有機酸，用它作為化學清洗劑清洗鍋爐，清洗廢水中COD_Cr可達30000mg/L左右。近年來對于檸檬酸酸洗廢水的處理已經產生了許多較為成熟的化學處理法和生物處理方法，其中化學法包括鍋爐焚燒法、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流反應器厭氧生物處理法、活性污泥法、厭氧消化法等^[5～6]。
　　 垃圾填埋場封場數年后，垃圾中易降解物質完全或接近完全降解，垃圾填埋場表面沉降量非常小，垃圾自然產生滲濾液和氣體產生量很少或不產生，垃圾填埋場達到穩定化狀態即無害化狀態，此時的垃圾稱為礦化垃圾^[7]。礦化垃圾容重較小,孔隙率大,有機質含量高,陽離子交換容量CEC與吸附和交換能力強,含有種類繁多、生存和降解能力很強的微生物,是一種性能非常優越的生物介質,可用來處理廢水。
　　 本試驗采用化學法與生物法聯合對檸檬酸酸洗廢水進行處理。投加生石灰進行前處理，應用礦化垃圾反應床進行后處理。

1 試驗部分

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

圖1 后處理試驗裝置示意圖

　　礦化垃圾反應床直徑25cm，分為三級，有效高度210cm。礦化垃圾挖出后經篩分，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，作為反應床的生物填料，填料粒徑不超過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。裝置在級間設有專用取樣口，并配有專用取樣器。
1.2 試驗用水
　　 本試驗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的生石灰溶液進行反應（此濃度下生石灰溶解較為完全），利用電磁攪拌器充分攪拌，同時曝氣，測定反應后廢水COD_Cr值。
　　 后處理階段：
　　 (1)填料中生物馴化過程的進水采用經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，該污水的各項指標見表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，馴化階段共持續16d。馴化期進水流量取1L/h，進水濕干比取1:3，即進水1h后落干3h每個周期為4h。

表1 河間污水處理廠初沉池出水水質

　　(2)反應床進入穩態運行時，測定室內溫度、反應床級數對廢水COD_Cr去除率的影響。
　　 我國目前的工業廢液排放標準以COD_Cr指標作為排放標準。因此，本次試驗研究以COD_Cr作為確定最佳處理條件的標準。

2 試驗結果與討論

2.1 生石灰投加量對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結束后投加量為80mL、100mL、120mL的三個燒杯在1～2min內即可有明顯分層，隨時間的增長底部沉淀物逐漸濃縮；而投加量較大的幾個燒杯分層較慢，投加量為180mL的燒杯內在靜置12h后仍無明顯分層。生石灰投加量對COD_Cr去除率影響如圖2所示。

圖2 生石灰投加量對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生的Ca²⁺與廢水中游離檸檬酸根離子有特殊親和力，會產生檸檬酸鈣，反應式如下：

　　生石灰投加量小時，Ca²⁺不足于結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，溶液中過剩的Ca²⁺對檸檬酸根離子去除影響不明顯，從而COD_Cr去除率呈現隨著生石灰投加量的增大先增大后平緩趨勢。
2.2攪拌時間對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，廢水攪拌時間與COD_Cr去除率的關系如圖3所示。

圖3 攪拌時間對COD_Cr去除率的影響

　　從圖3結果看，攪拌0.5h后隨著時間的增長，廢水COD_Cr去除率沒有明顯的提高，甚至還會有所下降，這是因為由于網捕和卷掃的作用，廢水中形成了較多的絮體，絮體對于廢水中的有機物有吸附作用，如果攪拌時間太長，則會打碎較大的絮體而降低了吸附效用，COD_Cr去除率降低。可以認為0.5h是燒杯試驗的最佳攪拌時間。
2.3溫度對對廢水COD_Cr的去除效果
　　 室內平均溫度為13℃時，經過八天低溫條件下的運行，出水顏色明顯加深為淺黃色。在此溫度下反應床對廢水COD_Cr的去除率同室溫為30℃時COD_Cr的去除率比較如圖4。

圖4 溫度對COD_Cr去除率的影響

　　溫度降低后，礦化垃圾反應床出水COD_Cr迅速降低，在4～5d后又進入穩態運行狀態，此時出水COD_Cr不再有大的變化。這是由于溫度的降低導致礦化垃圾反應床內微生物活性大大降低，對于有機質的需求量減少，從而使COD_Cr去除率明顯降低。但微生物逐漸適應較低的溫度后，仍可以達到穩態運行狀態。在13℃溫度條件下運行時礦化垃圾反應床對COD_Cr的去除率平均比30℃條件下低14％，說明溫度對于礦化垃圾反應床的處理效果影響較大。
2.4 反應床級數對廢水COD_Cr的去除效果
　　 在30℃和13℃時、穩態運行條件下各級出水COD_Cr情況如表2所示。各級COD_Cr去除率對比情況如圖5。

表2 在30℃和13℃時各級出水COD_Cr(mg/L)表

圖5 不同溫度下各級COD_Cr去除率

　　從圖5中可以看出，在30℃條件下，反應床達到穩態運行狀態后，二級出水COD_Cr為154mg/L，難以達到排放要求，所以認為本反應床在處理檸檬酸酸洗廢水時，長度不可再減小，否則難以達到廢水處理要求。在13℃條件下，一級反應床對廢水COD_Cr的去除效果較差，這是由于溫度較低而導致微生物活性較低，當COD_Cr負荷太大時，不利于微生物對COD_Cr的去除，因此實際工程中在溫度較低的情況下應適當降低COD_Cr負荷。
2.5 生石灰-礦化垃圾反應床聯合工藝對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、室內溫度為30℃、反應床級數為3級的條件下，聯合工藝對酸洗廢水的處理效果見表3。

表3 生石灰-礦化垃圾反應床對酸洗廢水的處理效果

3 結論

　　(1)前處理過程用500mL檸檬酸廢水進行燒杯試驗,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可以達到最佳COD_Cr去除率。
　　(2)溫度對礦化垃圾反應床處理效果影響明顯，平均氣溫從30℃降至13℃后，礦化垃圾反應床對COD_Cr的去除率平均降低14％。
　　(3)通過分級試驗，各級對廢水的處理效果無明顯差別，且反應器高度不可再變小，否則難以達到處理效果，本實驗反應床級數為3級。
　　(4)在最佳試驗條件下，采用生石灰-礦化垃圾反應床聯合工藝對檸檬酸酸洗廢水進行處理，COD_Cr、BOD₅、NH₃-N分別從30000mg/L、14500mg/L、180mg/L降至40mg/L、20mg/L、35mg/L，總去除率可達到99.9％、99.9％、80.6％。
　　(2)礦化垃圾反應床裝置采用的填料為礦化垃圾，體現了“以廢治廢”的思想。因此對該處理工藝進行進一步研究后，可推廣應用于火力發電廠酸洗廢水的處理。

參考文獻

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^#通訊作者

作者簡介:倪偉鳳(1973- ),女,華東理工大學畢業, 現供職于上海市青浦區環境監測站。

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