中水污泥回用于脫硫系統(tǒng)現(xiàn)場中試工藝研究

水處理網(wǎng)訊:摘 要：針對中水污泥導入脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)起泡的問題，本研究以華能嘉祥電廠建立的現(xiàn)場中試裝置為平臺，首先利用高級氧化技術對中水污泥進行處理，降低污泥中有機物含量；然后與石灰漿液混合后通入脫硫吸收塔進行脫硫?？疾炝舜呋瘎┘尤肓繉χ兴勰嘤袡C物含量的脫除效果，分析了本工藝在中試裝置內連續(xù)運行的穩(wěn)定性。并進一步分析了經(jīng)高級氧化工藝處理后的污泥對脫硫石膏的影響。結果表明，當停留時間為2 h，催化劑床層高度為100 cm，中水污泥的COD和TOC可分別由85.6 mg/kg和9.7 mg/kg下降至37.6 mg/kg和1.9 mg/kg。系統(tǒng)連續(xù)運行30天，中水污泥的COD和TOC指標均維持在35～40 mg/kg和1.8～2.2 mg/kg，證明了本研究所制備的陶瓷催化劑效率高、穩(wěn)定好。且脫硫系統(tǒng)產(chǎn)出的石膏除Cl-滿足二級石膏標準外均，其余指標均滿足一級石膏標準。

關鍵詞：中試實驗;催化;中水污泥;脫硫;高級氧化;

電廠采用石灰處理中水會產(chǎn)生主要成分為碳酸鈣的中水污泥。目前中水污泥主要用于建筑材料燒制、廢棄坑道填埋等。由于中水污泥主要成分為碳酸鈣，在理論上可用于電廠脫硫系統(tǒng)，且無需對污泥進行脫水處理，不僅實現(xiàn)了中水污泥的資源化再利用，而且降低了處理成本。但在實際運行過程中出現(xiàn)了脫硫塔起泡問題，導致脫硫吸收塔內液位報警，影響脫硫過程正常進行。為此，本文以華能嘉祥電廠中水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥為研究對象，利用復合氧化物為催化劑，通過搭建的中水污泥氧化處理系統(tǒng)，降低中水污泥的有機物含量，以期消除中水污泥用于脫硫吸收塔的起泡問題。

1 實驗設備與方法

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 材料的名稱與規(guī)格

銅粉（Cu，分析純），二氧化硅（SiO2，分析純），氧化鋁（Al2O3，分析純），碳酸鈣（CaCO3，分析純），中水污泥（華能嘉祥電廠），石灰石（CaCO3>85%，華能嘉祥電廠自購）。

1.1.2 儀器的型號及名稱

釜式馬弗爐（SX-G03133），總有機碳分析儀（美國OI公司，TOC 1030D），COD分析儀（美國哈希公司，DR1010），COD消解儀（美國哈希公司，DRB200）。

1.2 催化劑制備

采用混合煅燒法制備催化劑：按照質量比1:10:5:3將銅粉、二氧化硅、氧化鋁、碳酸鈣進行充分混合，然后轉移至500 ℃馬弗爐進行煅燒3 h。冷卻至室溫后，利用自動壓片機把所得粉末壓成厚度0.5 cm、直徑1.0 cm的圓片。將壓縮得到的圓片置于馬弗爐中，按照5 ℃/min升溫至900 ℃，煅燒2 h。冷卻至室溫后用3%稀鹽酸浸泡，利用去離子水清洗3次，干燥即得中水污泥氧化所用催化劑。

1.3 中水污泥催化氧化

如圖1所示，中試現(xiàn)場設置的4個容積為8 m3的柱形反應罐采用并聯(lián)方式進行組合，各反應罐液位高度不超過4.5 m。反應器底部填裝催化劑，高度為20 cm~200 cm，每個反應罐通入中水污泥流量為4 m3/h，反應罐頂部和底部設置有電磁閥。中水污泥處理采用連進連出模式，通過DCS集中控制系統(tǒng)控制閥門的開啟和關閉，設定污泥的平均停留時間為2 h，經(jīng)高級氧化處理的污泥從脫硫地溝進入石灰漿液罐，與石灰漿液混合后進入脫硫吸收塔，塔內設有液位報警裝置，當起泡現(xiàn)象超過報警液位時，隨即發(fā)出報警信號。

每個反應罐底部設置一個臭氧分布器和一個空氣分布器，反應結束后的氣體由頂部的臭氧破壞裝置處理后排放。

1.4 指標分析

（1）化學耗氧量（COD）：取10.0 g完全烘干的中水污泥，充分研磨后用20 mL 10 wt.%鹽酸溶解，將溶解后的混合物轉移至離心機，11000 r/min離心10 min，分離出的未溶解固體，用5 mL去離子水清洗兩次。連同上層清液一同轉入50 mL容量瓶中，取2 mL待測液加入到COD分析管進行消解，然后用COD分析儀進行測試。

（2）總有機碳（TOC）：從上述容量瓶中取20 mL待測液，加入到總有機碳分析儀中，進行TOC測試。

2 結果與討論

2.1 中水污泥的高級氧化處理效果

本研究通過調變催化劑床層高度探究中水污泥的高級氧化處理效果。由于催化劑為片狀催化劑，填裝在反應罐內，一方面催化劑其催化臭氧的作用，將臭氧轉化為羥基自由基，提升臭氧的氧化電位，提高氧化效果。另一方面，催化劑也起到填料的作用，為氣液相接觸提供接觸面積，增強氧化效果。因此，催化劑的加入量，也就是催化劑床層的高度，將影響著催化氧化的效果。

由圖3和表1結果可知，當不添加催化劑時，中水污泥的COD和TOC分別為85.6 mg/kg和9.7 mg/kg，此時脫硫塔起泡時間為1.2 h。隨著催化劑床層高度的提升，中水污泥的COD和TOC逐漸降低，脫硫塔起泡時間逐漸延長，單純經(jīng)過臭氧處理的中水污泥的COD和TOC指標變化不大，可基本認為單純的臭氧對降解中水污泥中的有機物不起作用。當催化劑床層高度為100 cm時，中水污泥的COD和TOC下降至37.6 mg/kg 和1.9 mg/kg。繼續(xù)增加催化劑高度至200 cm，雖然中水污泥的COD和TOC仍保持下降趨勢，但下降速度明顯放緩，僅降至28.4 mg/kg和1.1 mg/kg。增加催化劑床層高度，即增加催化劑量可以提高反應過程中羥基自由基數(shù)量，從而增大有機物與羥基自由基的有效接觸，強化提升氧化處理效果。但一味地增加催化劑床層高度無法完全降解污泥中的頑固性有機物，并會提高運行成本。本研究的目的在于中水污泥回用于脫硫系統(tǒng)不發(fā)生起泡，由表1可以看出中水污泥的COD和TOC為37.6 mg/kg和1.9 mg/kg時，起泡現(xiàn)象消失。因此，催化劑床層高度設置為100 cm即可滿足此要求。

2.2 工藝穩(wěn)定性

催化劑使用壽命是臭氧催化氧化工藝保持高率的關鍵。若催化劑使用壽命較短，則會縮短工藝運行周期，并且失活后的催化劑作為固體廢棄物，造成二次污染。為此，本研究考察了在催化劑床層高度100 cm、中水污泥停留時間2 h工況下，中水污泥的COD和TOC隨運行天數(shù)的變化規(guī)律。如圖4所示，在連續(xù)運行30天過程中，COD和TOC去除效果保持穩(wěn)定，其中COD始終在35～40 mg/kg，TOC維持在1.8～2.2 mg/kg，表明本工藝采用的催化劑具有優(yōu)異的催化穩(wěn)定性。同時，本研究采用高溫煅燒制備的復合氧化物催化劑具有優(yōu)異的機械強度和穩(wěn)定性，能夠保證催化劑不會在使用過程中因磨損而發(fā)生機械損失。此外，本工藝只需加入催化劑和臭氧，不需要對中水污泥進行預處理，也不依賴酸堿的使用，不僅簡化了處理過程，而且降低了處理成本。

2.3 石膏品質分析

作為石灰石脫硫工藝的副產(chǎn)物，脫硫石膏具有重要的再利用價值，如用于建筑行業(yè)材料制造，這不僅減少了電廠固廢產(chǎn)生量，而且補償了電廠脫硫的成本。脫硫石膏必須滿足一定指標要求才能作用建筑行業(yè)的重要材料使用。依據(jù)國家標準《GB/T 37785—2019》，煙氣脫硫石膏的主要包括附著含水量、二水硫酸鈣、氯離子等指標，本工藝處理后中水污泥混合石灰石漿液進入脫硫吸收塔100 h后產(chǎn)生的石膏與單純的石灰石漿液在相同工況下得到的石膏品質如表2所示。

由表2可知，純石灰石脫硫得到的石膏除氯離子外，各項指標均復合1級石膏的要求，其Cl-含量（240～260 mg/kg）滿足二級石膏的要求，可用于建材生產(chǎn)行業(yè)。中水污泥摻混后，石膏中Cl-含量無明顯波動，仍維持在原水平，僅含水量略有升高。相較于純石灰石而言，中水污泥中含有一定量未被完全氧化的有機物，如在絮凝過程中加的助凝劑、污泥中吸附的難降解有機物等，這會造成石膏在真空皮帶機脫水時受到阻礙，導致含水量略有上升，但石膏品質仍可滿足二級標準要求。

3 結 論

為了解決中水污泥回用于電廠脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)的起泡問題，本研究以華能嘉祥電廠建立的中水污泥用于脫硫現(xiàn)場中試系統(tǒng)為平臺，通過臭氧催化高級氧化技術，得到停留時間為2 h，催化劑床層高度為100 cm，中水污泥中的COD和TOC可分別由85.6 mg/kg和9.7 mg/kg下降至37.6 mg/kg和1.9 mg/kg，從而解決了起泡問題。并且在連續(xù)運行30天內，中水污泥的COD和TOC指標分別維持在35～40 mg/kg和1.8～2.2 mg/kg。同時對中水污泥脫硫系統(tǒng)產(chǎn)出的石膏分析發(fā)現(xiàn)，Cl-符合二級石膏標準，其余指標均滿足一級石膏標準。

作者簡介：

吳中杰（1987年-），男（漢），山東省濰坊市，高級工程師，博士研究生，研究方向為電力行業(yè)環(huán)境保護，13287753724，E-mail: 414699594@qq.com;

李輝，E-mail:lihui2687459@163.com