魏書(shū)洲，劉子林，李曉輝，林德海，曹子雄

（1.三河發(fā)電有限責(zé)任公司，河北三河 065201；2.北京低碳清潔能源研究院，北京 102211）

中國(guó)城市污水排放量未來(lái)還會(huì)有較大增長(zhǎng)，且產(chǎn)生的污泥餅約占中國(guó)總固體廢棄物的3.5%，隨著中國(guó)污水處理事業(yè)的發(fā)展，污泥的處理處置問(wèn)題在城市污水處理中占有的位置已日益突出，因此中水污泥回用脫硫系統(tǒng)具有技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)燃煤電廠脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生大量的脫硫石膏副產(chǎn)物，自2018年起，脫硫過(guò)程中產(chǎn)生的脫硫石膏預(yù)計(jì)達(dá)到 1 億 t 以上[1-2]。隨著國(guó)家對(duì)大宗固廢的治理力度加大，脫硫石膏在建材、土壤治理、水泥添加劑、石膏晶須、材料添加劑等方面的研究用越來(lái)越受到重視[3-8]。中水污泥中含有雜質(zhì)，雜質(zhì)對(duì)脫硫石膏有一定的影響[9-10]，進(jìn)而可能影響石膏的資源化利用和脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定性

因此，本文研究了中水污泥回用于電廠脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫石膏的品質(zhì)，并分析了產(chǎn)生原因，從而為中水污泥用于電廠脫硫技術(shù)創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品來(lái)源

樣品來(lái)源于三河電廠使用中水污泥的#1、#2機(jī)組，在現(xiàn)場(chǎng)分別取得了五個(gè)漿液樣品：1號(hào)吸收塔漿液、1號(hào)吸收塔石膏旋流子底流漿液、2號(hào)吸收塔石膏旋流子底流漿液、3號(hào)吸收塔石膏旋流子底流漿液、4號(hào)吸收塔石膏旋流子底流漿液。同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)石灰石漿液樣品、1號(hào)與2號(hào)爐石膏混排樣品、3號(hào)爐石膏樣品進(jìn)行取樣，分別進(jìn)行理化測(cè)試（表1）。

表1 樣品編號(hào)及采樣日期

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

天平08-511-1、08-514-1，滴定管H-9-3、H-1，分光光度計(jì)08-631-4，等離子體光譜08-446-4，偏光顯微鏡08-286-1，電子天平08-513-2，激光粒度儀08-063，掃描電鏡Quanta-600

2 結(jié)果與討論

2.1 成分分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)石灰石、石膏和底流漿液等八個(gè)樣品進(jìn)行化學(xué)滴定，測(cè)試其化學(xué)成分，并分析雜質(zhì)來(lái)源及對(duì)石膏品質(zhì)的影響，結(jié)果如表2和表3所示。

表2 石膏及石灰石漿液化學(xué)成分分析結(jié)果

表3 漿液化學(xué)成分分析結(jié)果

通過(guò)成分測(cè)試結(jié)果可以看出，添加中水污泥后，一方面脫硫石膏含水率增高，其中1、2號(hào)石膏樣品由于過(guò)高難以檢測(cè)，3號(hào)吸收塔石膏樣品含水率為14.28%，也不滿足含水率低于10%的要求；另一方面脫硫石膏中雜質(zhì)元素Cl-、酸不溶物和碳酸鈣含量也比較高，超過(guò)了脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)表3可知，由于四臺(tái)機(jī)組石膏旋流器底流漿液中CaSO4·2H2O含量全部低于90%，其中#1、#2機(jī)組石膏旋流器底流漿液中CaCO3含量較高分別為2.94%和1.26%；四臺(tái)機(jī)組漿液底流中的Mg2+及Cl-含量相對(duì)較高，酸不溶物含量均表現(xiàn)較高。

尹連慶等的研究顯示MgCO3會(huì)使石膏形成過(guò)程中的晶核數(shù)量增加，晶型多樣化，最終影響石膏的含水率及脫水性能；有研究表明[11-12]：由于Cl-是以CaCl2的形式存在于漿液中，Cl-的存在會(huì)使?jié){液中Ca2+離子濃度增加，進(jìn)而抑制CaCO3的分解反應(yīng)，影響SO2的吸收過(guò)程。同時(shí)Cl-還會(huì)與石灰石中夾帶的Al3+和Fe3+等雜質(zhì)發(fā)生配位反應(yīng)，形成的絡(luò)合物會(huì)包裹在石灰石顆粒表面，抑制其溶解，進(jìn)而影響脫硫石膏品質(zhì)。

2.2 粒度分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取到的漿液及石灰石石膏樣品粒徑分布進(jìn)行了測(cè)試，如表4所示。

表4 樣品激光粒度分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)四臺(tái)機(jī)組石膏旋流器底流漿液的粒徑分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可見(jiàn)四臺(tái)機(jī)組平均粒徑較為接近，均在21~24μm。其中三號(hào)機(jī)組底流D90略低，為35.32μm，但四臺(tái)機(jī)組D90均低于45μm。結(jié)果如圖1所示

圖1 石膏旋流器底流樣品（#1-#4）D90及平均粒徑圖

通過(guò)粒度及粒徑分析可知，四臺(tái)機(jī)組石膏旋流器底流漿液顆粒物粒度分布相似，粒徑大部分分布于＜0.043mm（325目），表明四臺(tái)機(jī)組石膏結(jié)晶均不理想，結(jié)晶顆粒較小因此石膏脫水困難，導(dǎo)致石膏含水量普遍較高。

2.3 宏觀形貌分析

對(duì)石膏1、2號(hào)混排石膏與3號(hào)石膏進(jìn)行宏觀形貌觀察，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 樣品七石膏顯微鏡形態(tài)照片

圖3 樣品八石膏顯微鏡形態(tài)照片

由圖2和圖3可知：1、2號(hào)石膏大部分為半自形片狀、板片狀大顆粒上普遍附著有細(xì)小顆粒，不易分散。3號(hào)石膏大部分為自形短柱狀、厚板狀，少量為柱狀。同時(shí)可以看到還有一部分石膏晶體顆粒吸附在大顆粒的石膏上。通過(guò)形貌分析可知，1、2號(hào)吸收塔混排石膏結(jié)晶過(guò)程受到抑制，沒(méi)有形成理想的自形柱狀結(jié)構(gòu)，而是成長(zhǎng)為半自形板片狀結(jié)構(gòu)以及少量針狀結(jié)構(gòu)。這一現(xiàn)象說(shuō)明，石膏在結(jié)晶過(guò)程中，石膏受到雜質(zhì)等影響，抑制了其在a軸以及b軸方向的生長(zhǎng)。

結(jié)合前述對(duì)1、2號(hào)吸收塔混排石膏樣品及3號(hào)吸收塔石膏樣品的粒度分析，3號(hào)吸收塔石膏盡管粒度分布與1、2號(hào)混排石膏類似，平均粒徑兩者也相近，但由于其石膏結(jié)晶發(fā)育形態(tài)相對(duì)較好，基本發(fā)育出石膏應(yīng)有的厚板或短柱狀形態(tài)，盡管3號(hào)石膏樣品含水率較高但沒(méi)有出現(xiàn)脫水困難的現(xiàn)象。因此，石膏結(jié)晶受到抑制，難以形成完整的石膏晶體，板片狀及針狀結(jié)構(gòu)容易在真空皮帶機(jī)濾布上形成架橋，造成其中孔隙水增大，進(jìn)而出現(xiàn)石膏脫水困難的現(xiàn)象，造成石膏含水率高。

2.4 微觀形貌分析

為進(jìn)一步觀察1、2號(hào)吸收塔混排石膏樣品及3號(hào)吸收塔石膏樣品的晶體形態(tài)，并初步對(duì)影響石膏晶體結(jié)晶的物質(zhì)進(jìn)行研究，分別對(duì)兩種石膏樣品進(jìn)行了掃描電鏡及能譜分析，分析結(jié)果如圖4~圖5所示。

圖4 樣品七形態(tài)電鏡照片

圖5 樣品八形態(tài)電鏡照片

通過(guò)掃描電鏡結(jié)果可以明顯看到，1、2號(hào)吸收塔混排石膏主要是由發(fā)育不完全的板狀石膏結(jié)晶體及其上吸附的細(xì)小顆粒組成，通過(guò)能譜分析結(jié)果，這些細(xì)小的顆粒主要為未成形的石膏晶體以及前述化學(xué)分析中的酸不溶物，而這些酸不溶物主要物質(zhì)為硅酸鹽，還包括鐵鋁的化合物及白云石。由于1、2號(hào)吸收塔混排石膏的這種形態(tài)，導(dǎo)致其在皮帶脫水機(jī)上形成疏松的結(jié)構(gòu)，同時(shí)細(xì)顆粒極易從吸附結(jié)構(gòu)中脫附堵塞皮帶微孔結(jié)構(gòu)，兩者相互作用使石膏脫水越發(fā)困難。

從3號(hào)吸收塔的石膏掃描電鏡結(jié)果可以看到，3號(hào)吸收塔石膏樣品的石膏晶體發(fā)育情況相對(duì)較好，整體沒(méi)有出現(xiàn)1、2號(hào)吸收塔混排石膏中眾多細(xì)小顆粒的情況。但是從晶體粒度來(lái)說(shuō)，總體石膏晶體發(fā)育的粒度偏低，一些大顆粒的石膏主要是由小石膏晶體聚合而成。從單個(gè)石膏晶體上可以明顯看出石膏發(fā)育的痕跡，同時(shí)可以明顯看出石膏晶體在（010）、（110）、（111）三個(gè)晶面上均吸附有大量的細(xì)小顆粒，通過(guò)能譜分析其主要為硅酸鹽礦物及碳酸鹽礦物（主要為白云石）。由此可見(jiàn)硅酸鹽礦物及白云石等雜質(zhì)會(huì)抑制石膏晶體發(fā)育的粒徑，但是對(duì)比1、2號(hào)吸收塔混排石膏的雜質(zhì)能譜分析結(jié)果，1、2號(hào)吸收塔混排石膏中雜質(zhì)除了這些還包含了較多的鐵系化合物及鋁系化合物。這兩類化合物的存在會(huì)對(duì)石膏晶體速率產(chǎn)生和大負(fù)面影響，同時(shí)還會(huì)對(duì)石灰石及石膏表面產(chǎn)生包覆作用，進(jìn)一步阻礙石膏過(guò)飽和結(jié)晶過(guò)程。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)三河電廠現(xiàn)場(chǎng)石膏及懸流底液進(jìn)行取樣和測(cè)試分析，結(jié)果表明，添加中水污泥后，會(huì)對(duì)石膏的化學(xué)成分、粒徑分布、結(jié)晶方式和結(jié)晶形貌有所影響，從而影響脫硫石膏的品質(zhì)，并使得脫硫過(guò)程脫水困難，影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此中水污泥回用需要考慮雜質(zhì)等對(duì)脫硫石膏結(jié)晶及晶型生長(zhǎng)的影響，從而有利于脫硫過(guò)程協(xié)同處理中水污泥。