摘 要：針對(duì)中水污泥導(dǎo)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(chǎng)中試裝置為平臺(tái)，首先利用高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)中水污泥進(jìn)行處理，降低污泥中有機(jī)物含量；然后與石灰漿液混合后通入脫硫吸收塔進(jìn)行脫硫。考察了催化劑加入量對(duì)中水污泥有機(jī)物含量的脫除效果，分析了本工藝在中試裝置內(nèi)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。并進(jìn)一步分析了經(jīng)高級(jí)氧化工藝處理后的污泥對(duì)脫硫石膏的影響。結(jié)果表明，當(dāng)停留時(shí)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(yùn)行30天，中水污泥的COD和TOC指標(biāo)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(jí)石膏標(biāo)準(zhǔn)外均，其余指標(biāo)均滿足一級(jí)石膏標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：中試實(shí)驗(yàn);催化;中水污泥;脫硫;高級(jí)氧化;

電廠采用石灰處理中水會(huì)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(wú)需對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理，不僅實(shí)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(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)了脫硫塔起泡問題，導(dǎo)致脫硫吸收塔內(nèi)液位報(bào)警，影響脫硫過程正常進(jìn)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(duì)象，利用復(fù)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(jī)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(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)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(gòu)）。

1.1.2 儀器的型號(hào)及名稱

釜式馬弗爐（SX-G03133），總有機(jī)碳分析儀（美國(guó)OI公司，TOC 1030D），COD分析儀（美國(guó)哈希公司，DR1010），COD消解儀（美國(guó)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(zhì)量比1:10:5:3將銅粉、二氧化硅、氧化鋁、碳酸鈣進(jìn)行充分混合，然后轉(zhuǎn)移至500 ℃馬弗爐進(jìn)行煅燒3 h。冷卻至室溫后，利用自動(dòng)壓片機(jī)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(chǎng)設(shè)置的4個(gè)容積為8 m3的柱形反應(yīng)罐采用并聯(lián)方式進(jìn)行組合，各反應(yīng)罐液位高度不超過4.5 m。反應(yīng)器底部填裝催化劑，高度為20 cm~200 cm，每個(gè)反應(yīng)罐通入中水污泥流量為4 m3/h，反應(yīng)罐頂部和底部設(shè)置有電磁閥。中水污泥處理采用連進(jìn)連出模式，通過DCS集中控制系統(tǒng)控制閥門的開啟和關(guān)閉，設(shè)定污泥的平均停留時(shí)間為2 h，經(jīng)高級(jí)氧化處理的污泥從脫硫地溝進(jìn)入石灰漿液罐，與石灰漿液混合后進(jìn)入脫硫吸收塔，塔內(nèi)設(shè)有液位報(bào)警裝置，當(dāng)起泡現(xiàn)象超過報(bào)警液位時(shí)，隨即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

每個(gè)反應(yīng)罐底部設(shè)置一個(gè)臭氧分布器和一個(gè)空氣分布器，反應(yīng)結(jié)束后的氣體由頂部的臭氧破壞裝置處理后排放。

1.4 指標(biāo)分析

（1）化學(xué)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(zhuǎn)移至離心機(jī)，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(zhuǎn)入50 mL容量瓶中，取2 mL待測(cè)液加入到COD分析管進(jìn)行消解，然后用COD分析儀進(jìn)行測(cè)試。

（2）總有機(jī)碳（TOC）：從上述容量瓶中取20 mL待測(cè)液，加入到總有機(jī)碳分析儀中，進(jìn)行TOC測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 中水污泥的高級(jí)氧化處理效果

本研究通過調(diào)變催化劑床層高度探究中水污泥的高級(jí)氧化處理效果。由于催化劑為片狀催化劑，填裝在反應(yīng)罐內(nèi)，一方面催化劑其催化臭氧的作用，將臭氧轉(zhuǎn)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(qiáng)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(jié)果可知，當(dāng)不添加催化劑時(shí)，中水污泥的COD和TOC分別為85.6 mg/kg和9.7 mg/kg，此時(shí)脫硫塔起泡時(shí)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(shí)間逐漸延長(zhǎng)，單純經(jīng)過臭氧處理的中水污泥的COD和TOC指標(biāo)變化不大，可基本認(rèn)為單純的臭氧對(duì)降解中水污泥中的有機(jī)物不起作用。當(dāng)催化劑床層高度為100 cm時(shí)，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(shì)，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(yīng)過程中羥基自由基數(shù)量，從而增大有機(jī)物與羥基自由基的有效接觸，強(qiáng)化提升氧化處理效果。但一味地增加催化劑床層高度無(wú)法完全降解污泥中的頑固性有機(jī)物，并會(huì)提高運(yùn)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(shí)，起泡現(xiàn)象消失。因此，催化劑床層高度設(shè)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(guān)鍵。若催化劑使用壽命較短，則會(huì)縮短工藝運(yùn)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(shí)間2 h工況下，中水污泥的COD和TOC隨運(yùn)行天數(shù)的變化規(guī)律。如圖4所示，在連續(xù)運(yùn)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(shí)，本研究采用高溫煅燒制備的復(fù)合氧化物催化劑具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠保證催化劑不會(huì)在使用過程中因磨損而發(fā)生機(jī)械損失。此外，本工藝只需加入催化劑和臭氧，不需要對(duì)中水污泥進(jìn)行預(yù)處理，也不依賴酸堿的使用，不僅簡(jiǎn)化了處理過程，而且降低了處理成本。

2.3 石膏品質(zhì)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(jià)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(bǔ)償了電廠脫硫的成本。脫硫石膏必須滿足一定指標(biāo)要求才能作用建筑行業(yè)的重要材料使用。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)，本工藝處理后中水污泥混合石灰石漿液進(jìn)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(zhì)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(xiàng)指標(biāo)均復(fù)合1級(jí)石膏的要求，其Cl-含量（240～260 mg/kg）滿足二級(jí)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(wú)明顯波動(dòng)，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(jī)物，如在絮凝過程中加的助凝劑、污泥中吸附的難降解有機(jī)物等，這會(huì)造成石膏在真空皮帶機(jī)脫水時(shí)受到阻礙，導(dǎo)致含水量略有上升，但石膏品質(zhì)仍可滿足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié) 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(chǎng)中試系統(tǒng)為平臺(tái)，通過臭氧催化高級(jí)氧化技術(shù)，得到停留時(shí)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(yùn)行30天內(nèi)，中水污泥的COD和TOC指標(biāo)分別維持在35～40 mg/kg和1.8～2.2 mg/kg。同時(shí)對(duì)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(jí)石膏標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)均滿足一級(jí)石膏標(biāo)準(zhǔn)。

作者簡(jiǎn)介：

吳中杰（1987年-），男（漢），山東省濰坊市，高級(jí)工程師，博士研究生，研究方向?yàn)殡娏π袠I(yè)環(huán)境保護(hù)，13287753724，E-mail: 414699594@qq.com;

李輝，E-mail:lihui2687459@163.com

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