氧化镁脱硫废水处理絮凝剂研究

第２２卷第３期　２００６年９月　上　海　电　力　学　院　学报　Ｖ０ｌ＿２２．Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．　２００６　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　文章编号：１００６—４７２９（２００６）０３—０２３９—０４　氧化镁脱硫废水处理絮凝剂研究　葛红花，华晶晶，曹雨欣　（上海电力学院能源与环境工程学院，上海２０００９０）　摘要：利刚工业氧化镁和硫酸制备一定浓度的硫酸镁，结合高岭土配制氧化镁烟气脱硫的模拟废水，通过　分光光度计吸光度测定了聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺在模拟废水中的絮凝效　果．结果显示，３种絮凝剂中阳离子型聚丙稀酰胺的絮凝效果最佳，且在低使用浓度时显示出较好的絮凝效　果．温度和ｐＨ对絮凝剂的絮凝效果也可产生较大的影响．　关键词：氧化镁脱硫；絮凝；聚丙烯酰胺；阳离子型聚丙烯酰胺；阴离子型聚丙烯酰胺　中图分类号：ＴＫ２２３．５　；ＴＬ２８５　文献标识码：Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ　ｉｎ　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｓｉａ　ＦＧＤ　ＧＥ　Ｈｏｎｇ—ｈｕａ，ＨＵＡ　Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ，ＣＡＯ　Ｙｕ—ｘｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｆ　ｏＴｈｅｒｍａｌ　Ｐｏｗｅｒ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｍａｇｎｅｓｉａ　ａｎｄ　ｖｉｔｉｏｌｒ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｉｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｎｄ　ｋａｏｌｉｎ．Ｔｈｅ　ｌｏｃｃｕｌｆａｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ，ｃａｔｉｏｎｉｃ　ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ　ａｎｄ　ａｎｉｏｎｉｃ　ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ　ｂｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃａｔｉｏｎｉｃ　ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｅｓｅ　ｔｈｒｅｅ　ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｔ　ｌｏｗ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐＨ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ　ｅｖｉｄｅｎｔｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｍａｇｎｅｓｉａ　ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ；ＰＡＭ；Ｃ—ＰＡＭ；Ａ—ＰＡＭ　烟气脱硫作为控制以高硫煤为燃料的锅炉烟　气污染的有效措施，正被越来越多的国家接受和　采用，研究和开发出的烟气脱硫技术已达２００多　种，工业化的也有数十种．其中采用最多的是以石　灰石浆为吸收剂的湿法烟气脱硫技术，但该法由　产生具有应用价值的硫酸镁肥料等副产品，是烟　气脱硫领域中出现的一条脱硫联产肥料的新路　线　］．　氧化镁法烟气脱硫工艺是将氧化镁进行熟化　反应生成氢氧化镁，制成一定浓度的氢氧化镁吸　收浆液，在吸收塔内氢氧化镁与烟气中的ＳＯ　反　应生成亚硫酸镁从而达到脱硫目的，亚硫酸镁可　进一步氧化生成硫酸镁肥料．氧化镁法烟气脱硫　工艺具有投资少、吸收剂用量少、占地面积相对较　于有大量的副产物——硫酸钙生成，使得利用和　堆存都成问题，因此具有一定的局限性．利用氧化　镁脱硫是烟气脱硫的又一新途径．该法既可达到　脱硫的目的，又可避免新的污染源产生，同时还可　收稿日期：２００６—０７—０７　维普资讯 http://www.cqvip.com

上海电力学院学报　２００６年　小、脱硫效率高等特点，脱硫效率可达９５％以上．　３０～４０　ｏＣ　７　３因此氧化镁脱硫过程中生成的　日本首先采用氧化镁、氢氧化镁等镁剂进行烟气　脱硫　］，美国和韩国也有应用　．与其他大多数　脱硫技术一样，我国目前还没有具有自主知识产　权的氧化镁湿法烟气脱硫技术．　氧化镁湿法烟气脱硫在我国的应用实例很　少，但有着广阔的发展前景．首先，随着环保意识　的不断增强，更多的火电厂将要安装烟气脱硫装　置．其次，我国的镁资源储量丰富，占世界第二位．　我国辽宁、山东等省有菱镁矿及其加工产品轻烧　氧化镁、水镁石（天然氢氧化镁）等丰富的镁质矿　物资源，为实施镁剂脱硫提供了丰富的吸收剂来　源．镁剂湿法脱硫对我国火电行业来说是一项实　施可持续发展战略、保护环境、综合利用资源的新　课题，也是一项技术含量高、具有一定难度又颇具　发展潜力和应用前景的课题．　本文主要研究脱硫废水的絮凝处理，由于该　越采　４　３　２　ｌ　种脱硫方法得到的废水均含有较大浓度的镁盐，　因此，对有硫酸镁存在的模拟水中的３种聚丙烯　酰胺絮凝剂的絮凝效果进行研究．　１　实　验　实验用的絮凝剂有３种，即：聚丙稀酰胺　（ＰＡＭ）；阳离子型聚丙稀酰胺（Ｃ．ＰＡＭ）；阴离子　型聚丙稀酰胺（Ａ．ＰＡＭ）．聚丙稀酰胺由上海精细　化工科技有限公司生产，阳离子型聚丙稀酰胺和　阴离子型聚丙稀酰胺由上海未来企业有限公司提　供．工业氧化镁（ＭｇＯ）由江苏新中环保有限公司　提供，其余药品从上海化学试剂公司购买．　利用ＭｇＯ和浓硫酸配制约５％的硫酸镁溶　液，加入高岭土和蒸馏水配制成悬浊液，加入一定　量的絮凝剂后，以６０　ｒ／ｍｉｎ的转速搅拌５　ｍｉｎ．停　止搅拌后静置沉淀３０　ｍｉｎ，之后采用７５１　Ｇ分光　光度计，在４００　ｎｍ波长下测定上层清液的透光　率，对絮凝剂的性能进行对比研究．　２结果与讨论　２．１硫酸镁溶液在不同ｐＨ条件下的稳定性　氧化镁脱硫过程中生成的ＭｇＳＯ　浓度约５％　～６％，ＭｇＳＯ４在０℃时溶解度达２６．９　ｇ／１００　ｇ　水，１００　ｏＣ时达６８．３　ｇ／１００　ｇ水　，脱硫废水的实　际水温一般比较高，进入废水处理系统的水温在　，ＭｇＳＯ　可以完全溶解在废水中．　由于吸收了大量的ＳＯ　气体，脱硫废水呈弱　酸性，ｐＨ值一般在５～６之间．在废水处理过程中　为了除去水中的大部分重金属离子，需要将废水　的ｐＨ值调整至８以上．ｐＨ值的升高会影响　ＭｇＳＯ　溶液的稳定性．图１为在不同的ｐＨ值条　件下测得的１０％硫酸镁溶液的吸光度．　图１　１０％硫酸镁溶液的吸光度随ｐＨ的变化曲线　吸光度的增大表明溶液中形成了不溶性物质　（氢氧化镁）．图１显示：当ｐＨ≤９．５时，硫酸镁溶　液可以保持稳定；当ｐＨＩ＞９．６４，溶液中因出现氢　氧化镁沉淀使吸光度突然增大．因此，在氧化镁脱　硫废水处理中，应注意控制废水的ｐＨ值不能太　大．　２．２　３种絮凝剂的絮凝效果比较　本实验利用配制的含硫酸镁的高岭土悬浊　液，通过分光光度计测定吸光度确定絮凝效果．图　２为标准悬浊液浓度与吸光度的关系．　《　悬浊物浓度／ｍｓ．Ｌ一１　图２标准悬浊液浓度与吸光度的关系曲线　脱硫废水中的悬浮物一般可达５　０００～１０　０００　ｍｇ／Ｌ，通过废水处理要求悬浮物浓度小于１００　ｍｇ／Ｌ　．实验中配制含悬浮物５　０００　ｍｇ／Ｌ，５％的　硫酸镁水溶液．　Ｏ　维普资讯 http://www.cqvip.com

葛红花等：氧化镁脱硫废水处理絮凝剂研究　实验采用聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙稀酰胺、　阴离子型聚丙稀酰胺３种不同类型的聚丙烯酰胺　絮凝剂进行试验，通过实验确定合适的絮凝用聚　丙烯酰胺品种．　示出最佳的絮凝效果，剩余悬浮物浓度只有２Ｏ　ｍｇ／Ｌ．随着药剂浓度的增加，絮凝效果不增反降，　可能是药剂之间产生的相互作用影响了絮凝效　果．　２．２．１　聚丙烯酰胺的絮凝实验　首先在悬浊液中加入一定浓度的聚丙烯酰　胺，充分搅拌，静止３０　ｍｉｎ后测定溶液吸光度，根　据标准曲线求出相应的剩余悬浮物浓度，结果见　图３和表１．　二　致　哟　娱　熏　图３聚丙烯酰胺浓度与相应的　剩余悬浮物浓度的关系　表１聚丙烯酰胺浓度与相应的剩余悬浮物浓度　ｍｇ／Ｌ　絮凝剂浓度　剩余悬浮物　絮凝剂浓度　剩余悬浮物　０．１　ｌ　０８０　ｌ　ｌｏｏ　０．３　２５０　３　５８　０．５　ｌｌ５　５　５９　０．７　１０２　１０　５７　从图３和表１可见，这种药剂的絮凝效果在　低浓度时较差，随着药剂投加浓度的增加，絮凝效　果有较显著提高，水体中剩余悬浮物浓度降低．在　药剂浓度达到３～１０　ｍｇ／Ｌ时，水体中悬浮物浓度　可降至小于６０　ｍｇ／Ｌ．　２．２．２　阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝实验　表２和图４为阳离子型聚丙稀酰胺的实验结　果，显示出其很好的絮凝能力．　表２阳离子型聚丙烯酰胺浓度与相应的　絮凝剂浓度　剩余悬浮物　絮凝剂浓度　剩余悬浮物　０．１　３４　１　２４．５　０．３　２０　３　２５　０．５　２ｌ　５　３ｌ　Ｏ．７　２２　１０　３３．５　在整个实验浓度范围（０．１—１０　ｍｇ／Ｌ）内，该　药剂均可使水体中剩余悬浮物浓度小于３５　ｍｇ／　Ｌ．当阳离子型聚丙稀酰胺浓度为０．３　ｍｇ／Ｌ时，显　３５　管３０　姓２５　啭　２０　０　２　４　６　８　ｌ０　絮凝剂浓度／ｍｇ．Ｌ－　图４　阳离子型聚丙烯酰胺浓度与相　应的剩余悬浮物浓度的关系　２．２．３阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝实验　表３和图５为采用不同浓度的阴离子型聚丙　烯酰胺的实验结果．在药剂浓度为０．７　ｍｇ／Ｌ时絮　凝效果最好，此时水体中剩余悬浮物浓度为３９　ｍｇ／Ｌ．药剂浓度小于等于０．３　ｍｇ／Ｌ或大于等于３　ｍｇ／Ｌ，水体中剩余悬浮物浓度均大于１００　ｍｇ／Ｌ，　絮凝效果较差．　表３　阴离子型聚丙烯酰胺浓度与相应的　剩余悬浮物浓度　ｍｇ／Ｌ　絮凝剂浓度　剩余悬浮物　絮凝剂浓度　剩余悬浮物　０．１　３ｌ０　ｌ　７０　Ｏ．３　１９０　３　１６５　０．５　７８　５　ｌ６２　０．７　３９　ｌ０　ｌ７２　—　３００　目　＼　２００　驶　ｌ００　熏　０　０　２　４　６　８　１０　絮凝剂浓度／ｍｇ・Ｌ－　图５　阴离子型聚丙烯酰胺浓度与相应的　剩余悬浮物浓度的关系　对上述３种聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝效果进　行比较，发现在实验浓度范围内，Ｃ．ＰＡＭ的絮凝　效果最好，其最佳使用浓度为０．３　ｍｇ／Ｌ．低浓度　维普资讯 http://www.cqvip.com

２４２　上海电力学院学报　２００６钲　时Ａ—ＰＡＭ的絮凝效果优于ＰＭＡ．有机高分子絮　凝剂的作用机理主要是在污染物颗粒间发生吸附　随着ｐＨ的升高，溶液中剩余悬浮物浓度增　大，絮凝效果下降．一般认为ｐＨ值能改变固体表　面电性和双电层的厚度，从而影响聚丙烯酰胺类　架桥作用，使颗粒桥连而变大下沉．决定桥连效果　的因素主要是高分子链与颗粒物的吸附能力，以　及高分子链的伸展程度．自然界多数悬浊液颗粒　带有负电荷，因此，带有正电荷的Ｃ．ＰＡＭ具有更　强的吸附颗粒的能力，絮凝效果较好；ＰＡＭ与颗　絮凝剂在固体表面的吸附，同时改变絮凝剂的形　状．卷曲或刚性伸展的分子链，其絮凝效果不如柔　性伸展的分子链　．　∞粒场间无静电引入，仅存在相对较弱的分子间作　３　结　论　用力，絮凝效果较差　．　２．３温度和ｐＨ对絮凝效果的影响　温度和ｐＨ是影响絮凝效果的两大因素．图６　为不同温度下０．３　ｍｇ／Ｌ　Ｃ－ＰＡＭ的絮凝结果．　■　目　＼　矬　图６不同温度下０．３　ｍｇ／Ｌ　Ｃ—ＰＡＭ的絮凝效果　在２Ｏ～３Ｏ℃时，Ｃ－ＰＡＭ的絮凝效果较好．温　度对絮凝效果的影响较为复杂．温度升高，液体的　粘度和比重下降，对絮团的沉降有利．但在温度较　高时，会影响絮凝剂在颗粒表面的吸附效果，热对　流作用也会干扰颗粒的聚集与下沉　］．　在废水处理的过程中，通常还通过调节ｐＨ　来改善废水处理的效果．图７为不同ｐＨ下０．３　ｍｇ／Ｌ　Ｃ－ＰＡＭ的絮凝结果．　■　目　＼　矬　踊　娱　ｐＨ　图７不同ｐＨ下０．３　ｍ　Ｌ　Ｃ－ＰＡＭ的絮凝效果　在ｐＨ≤９．５时，１０％的硫酸镁溶液可以保持　一定的稳定性．在由硫酸镁和高岭土组成的模拟　废水中，实验用的３种絮凝剂的絮凝结果显示：阳　离子型聚丙稀酰胺的絮凝效果最佳，且在低使用　浓度（０．３　ｍｇ／Ｌ）时显示出较好的絮凝效果；在实　验浓度范围（０．１～１０　ｍｒＣＬ）内，均可使模拟废水　的剩余悬浮物小于３５　ｍｇ／Ｌ．温度和ｐＨ对絮凝效　果可产生影响，在２Ｏ～３Ｏ℃时，Ｃ．ＰＡＭ的絮凝效　果较好；随着ｐＨ的升高，溶液中剩余悬浮物浓度　增大，絮凝效果下降．　参考文献：　［１］　张强，许世森．湿法氧化镁烟气脱硫技术在我国的发展　前景［Ｊ］．热力发电，２００５，８（５）：ｌ一５．　［２］　毛健全．治理环境污染中应用“绿色技术”之探讨［Ｊ］．贵　州工业大学学报，自然科学版，２００１，３０（５）：１．６．　［３］　Ｓｉｍｓ　Ｓ．Ｃａｕｓｔｉｃ　Ｍａｇｎｅｓｉａ［Ｊ　．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｍｉｎｅｒｌａｓ，１９９７，　３５８：２１－３３．　［４］　Ｂｉｓｈｏｐ　Ｐ，Ｗｕ　Ｑ　Ｚ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ　Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　Ｈｙ。ｄｍｘｉｄｅ　ｆｒｏｍ　ａ　Ｆｌｕｅ　Ｇａｓ　Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　，Ｗａｓｔｅｗａｔｅｍ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［ｃ］．１６ｔｈ　Ｐｒｏ－Ａｎｎｕ．１ｎｔ．Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ　Ｃ０ａｌ　Ｃｏｎｆｅｒ．１９９９．４７７－４８６．　［５］Ｌｅｅ　Ｈ　Ｋ，Ｙｏｏｎ　Ｈ　Ｓ，Ｃｈｏ　Ｈ　Ｄ．ｅｔ　ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆＧａｓ—　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｏｎｔａｃｔｏｍ　ｉｎ　Ｗｅｔ　Ｆｌｕｅ　Ｇａｓ　Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂｙ　Ｍｇ（ＯＨ）２［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａ１．Ｋｏｒｅａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０００，３８（５）：７６０￣６６．　［６］　郝吉明．燃煤二氧化硫污染控制技术手册［Ｍ］．化学工　业出版社，２００１，　［７］　应春华，杨宝红，刘柏辉，等．火电厂脱硫废水处理试验研　究［Ｊ］．热力发电，２００５，（６）：４５－４７．　［８］　赵立志，范晓宇，何红梅，等．聚丙烯酰胺改性絮凝剂的制　备及其应用研究［Ｊ］．石油与天然气化工，２００４。３３（２）：　ｌ３５．１３９．　［９］　徐初阳，罗慧．聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的　影响［Ｊ］．煤炭技术，２００４，２３（１）：ｌ５．１８．　［１Ｏ］　郑红．在废水处理中影响聚丙烯酰胺絮凝效果的若干　因素［Ｊ］．青海环境，２００２，１２（２）：１．６．