钙矾石法去除脱硫废水硫酸根沉淀物沉降特性研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0655

摘要/Abstract

摘要：

硫酸根难以稳定高效去除，造成浓缩、蒸发单元结垢是工业废水零排放系统面临的主要难题之一。以脱硫废水为研究对象，开展了钙矾石法深度去除硫酸根与沉淀物沉降条件优化研究，系统分析了初始n（Ca²⁺）/n（SO₄^2-）（ICS）、n（Al³⁺）/n（SO₄^2-）（IAS）和混合条件的影响机制，利用扫描电镜、X 射线衍射等手段对沉淀物进行了表征。结果表明，钙矾石沉淀法的硫酸根去除率可达99.5%；由于形成沉淀物的Zeta电位较高，静电斥力影响了沉淀物颗粒的聚集，造成沉降性能恶化。ICS和IAS的变化可以改变产物的结构、形貌与沉降特性。提升ICS有助于提高硫酸根去除率，并改善沉淀物的沉降特性；提升IAS会造成硫酸根去除率先增大后减小，沉降特性则能有效改善。投加聚丙烯酰胺能够有效改善沉淀物的沉降性能，离子度为39%的支链高分子阳离子型聚丙烯酰胺可将30 min沉降比降低至30.5%。

关键词: 硫酸根去除, 钙矾石, 沉降性能, 脱硫废水, 聚丙烯酰胺

Abstract:

One of the main challenges in zero liquid discharge of industrial wastewater is ineffective removal of sulfate and the consequent scaling in concentration and evaporation units. Effects of initial n（Ca²⁺）/n（SO₄^2-）（ICS），initial n（Al³⁺）/n（SO₄^2-）（IAS） and mixing conditions on sulfate removal and precipitate settling by ettringite precipitation were investigated by using flue gas desulfurization wastewater. Composition and morphology of the precipitate were characterized by scanning electron microscope，X-ray diffraction，et al. The results showed that ettringite precipitation achieved sulfate removal as high as 99.5%，but harvested precipitate with higher Zeta potential and thus deteriorating settling performance. Changing of ICS and IAS altered structural，morphological and settling properties of the precipitates. Increasing ICS improved both sulfate removal and settleability of the precipitate. Increasing IAS made sulfate removal increased firstly and then decreased，but improved settleability of the precipitate. Dosing polyacrylamide could effectively improve the settling performance of the precipitate，and the 30 min sludge volume of precipitate could decrease to 30.5% after dosing cationic polyacrylamide with branched structure，high molecular weight and cation degree of 39%.

Key words: sulfate removal, ettringite, settling performance, flue gas desulfurization wastewater, polyacrylamide

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I3/123

图/表 8

表1 实验所用PAM物化参数

Table 1 Physicochemical parameters of PAM used in the experiment

名称	aPAM934	aPAM923	cPAM支高	cPAM支中	cPAM线高	cPAM线中
种类	阴离子型	阴离子型	阳离子型	阳离子型	阳离子型	阳离子型
结构	—	—	支链	支链	线性	线性
相对分子质量/10⁴	1 800~2 000	1 200~1 400	1 800~2 000	1 200~1 400	1 800~2 000	1 200~1 400
离子度/%	—	—	39	39	70	70
水解度/%	30	20	—	—	—	—

图1 反应时间对SRE和沉淀物Zeta电位、粒径的影响

Fig. 1 Effect of reaction time on SRE，and Zeta potential and particle size of precipitate

图2 ICS对废水SRE、RCS及沉淀物Zeta电位、粒径和SV₃₆₀的影响

Fig.2 Effect of ICS on SRE and RCS of wastewater，and Zeta potential，particle size and SV₃₆₀ of precipitate

图3 不同ICS下SO₄^2-去除沉淀物的XRD图谱与SEM图像

Fig.3 XRD patterns and SEM images of SO₄^2-removal precipitate under different ICS

图4 IAS对废水SRE、RCS及沉淀物Zeta电位、粒径和SV₃₆₀的影响

Fig.4 Effect of IAS on SRE and RCS of wastewater，and Zeta potential，particle size and SV₃₆₀ of precipitate

图5 不同IAS下SO₄^2-去除沉淀物的XRD图谱与SEM图像

Fig.5 XRD patterns and SEM images of SO₄^2- removal precipitate under different IAS

图6 PAM种类对沉淀物Zeta电位、粒径（a）和沉降比（b）的影响

Fig. 6 Effects of PAM types on Zeta potential，particle size（a），and settling ratio（b） of precipitate

图7 cPAM支链高分子39%投加量对Zeta电位、粒径（a）和沉降比（b）的影响

Fig. 7 Effects of dosage of cationic polyacrylamide with branched structure，high molecular weight and cation degree of 39% on Zeta potential，particle size（a），and settling ratio（b） of precipitate

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