燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與應用進展

北極星火力發電網訊:我國的電源結構以火電為主，2013 年火電發電量約佔全年總發電量的78.58%，其中燃煤火電發電量約佔全年總發電量的74.1%。火電廠煤等化石燃料的大量燃燒造成了嚴重的環境問題，而二氧化硫的排放尤為引人關注，其不僅能直接對生態環境造成危害，而且是酸雨、灰霾等形成的重要前體物。

在眾多煙氣脫硫方法中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫是目前世界上技術最成熟、應用最廣泛的一種脫硫技術，其採用鈣基吸收劑（石灰石或石灰）作為脫硫劑，在與煙氣接觸過程中，煙氣中的二氧化硫被清除，同時煙氣中的一部分污染物，如金屬、鹽、離子等也會轉移到脫硫漿液中。王琿等研究表明，脫硫裝置對飛灰總顆粒物的平均去除率達74.5%，但對粒徑小於2.5μm 的顆粒物去除效率不高；MEIJ研究表明，煙氣經過脫硫裝置後，飛灰的去除率達90%，其中大部分B、Br、Cl、I 和超一半的F、Hg、Se 被去除，特別是存在選擇性催化還原脫硝（SCR）的情況下，脫硫裝置對汞的去除率高達80%；鄧雙等研究表明，石灰石-石膏濕法脫硫裝置對煙氣中氯的平均脫除效率為95.22%。

為了維持脫硫系統的正常運行，漿液中氯離子與微細粉塵的濃度需要維持在一定水平：為了防止脫硫系統材料的腐蝕，漿液氯離子濃度一般維持在12000～20000mg/kg；為維持較高的脫硫效率及防止塔體結垢，漿液密度一般控制在1075～1150kg/m3。圖1 展示了文獻中1 號鍋爐凈煙氣及燃煤副產物中氯的分布數據。總的來看，煤中9.19%～ 15.95%的氯轉移到石膏中， 68.88%～77.31%的氯通過脫硫廢水排放。

目前產生脫硫廢水的煙氣脫硫技術主要有石灰石-石膏濕法脫硫、石灰-石膏濕法脫硫、白泥-石膏濕法脫硫、電石渣-石膏濕法脫硫技術。如圖2 所示，2014 年我國4 種技術佔全部脫硫技術的83.31%（脫硫機組容量約為6.32 億千瓦時）。

對於脫硫廢水水質的控制，沒有相應的國家標準，只有行業標準（DL/T997—2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》），其對脫硫廢水總汞、總鉻、總鎘、總鉛、總鎳、懸浮物等指標進行了限制，但是總體標準偏低，如汞的最高排放限值為0.05mg/L。

2015 年4 月16 日，國務院發布《水污染行動計劃》（《水十條》），國家將強化對各類水污染的治理力度，脫硫廢水因成分複雜、含有重金屬引起業界關注。為響應國家政策，推進脫硫廢水的治理，本文闡述了脫硫廢水的水質水量特點及影響因素，歸納了各類脫硫廢水處理技術的優缺點，並總結符合中國國情、技術與經濟可行的可能的脫硫廢水處理方案。

1、脫硫廢水的水質特點及影響因素

1.1 脫硫廢水的水質特點

脫硫廢水的成分及濃度對處理系統的運行管理有很大影響，是影響處理設備的選擇、腐蝕等的關鍵性因素。脫硫廢水一般具有以下幾個特點。

（1）水質呈弱酸性：國外pH 值變化範圍為5.0～6.5，國內為4.0～6.0。

（2）懸浮物含量高，其質量濃度可達數萬mg/L。

（3）COD、氟化物、重金屬超標，其中包括第1 類污染物，如As、 Hg、Pb 等。

（4）鹽分含量高，含大量的SO42?、SO32?、Cl?等離子，其中Cl?的質量分數約為0.04。

1.2 影響脫硫廢水水質的因

脫硫廢水的水質及水量主要受燃煤品質、石灰石品質、脫硫系統的設計及運行、脫硫塔前污染物控制設備以及脫水設備等的影響。圖3 是影響脫硫廢水水質主要影響因素的關係圖。

煤是脫硫廢水污染物的主要來源，煤種類的不同將會影響脫硫廢水的排放量：高硫煤的燃燒會產生更多的二氧化硫，會增加脫硫劑的用量，增加脫硫廢水的排放量；高氯煤的燃燒會增加煙氣中氯的含量，進而增加脫硫漿液中的氯含量，為了防止脫硫系統的腐蝕，維持脫硫漿液中氯離子濃度在一定的水平，會增加脫硫漿液的排除，使脫硫廢水的排放量增加。

脫硫廢水中的一部分污染物來源於石灰石，石灰石中的黏土雜質含惰性細微顆粒、鋁及硅等物質。同時，石灰石是脫硫廢水中鎳和鋅的重要來源。

脫硫系統的設計及運行對脫硫廢水水質的影響主要體現在添加劑的使用、氧化方式或氧化程度以及脫硫系統的建設材料等方面。研究表明酸性添加劑的使用對脫硫廢水中的BOD5 有很高的貢獻率；氧化方式或氧化程度對脫硫廢水中污染物的存在形式有重要影響，在強制氧化系統中或氧化充分的情況下，脫硫廢水中的硒以硒酸鹽的形式存在，而在非強制氧化系統中或是氧化不充分的情況下，硒以亞硒酸鹽的形式存在，Se(Ⅳ)的毒性比Se(Ⅵ)大，但Se(Ⅳ)可以通過鐵的共沉澱去除，而Se(Ⅵ)不易去除，只能通過生物處理的方法。耐腐性材料可以承受漿液中更高濃度氯離子的腐蝕，能增加脫硫漿液的循環次數，減少脫硫廢水的排放量。

脫硫塔前污染物控制設備的影響主要指除塵設備和脫硝設備的影響。目前，沒有數據顯示除塵效率的增加能明顯的改善脫硫廢水的水質：當電除塵器的除塵效率由99.8%提升至99.9%時，理論上脫硫廢水的總懸浮顆粒物濃度會有略微下降，但是飛灰的細微顆粒可能會增加脫硫廢水中揮發性金屬的含量，因此除塵效率的增加可能會對脫硫廢水中某些金屬的含量產生重要影響。

脫硝設備能增加煙氣中Cr 轉化為Cr6+的比例，六價鉻比三價鉻毒性更大、溶解性更強，使得脫硫廢水鉻的濃度增加。此外，脫硝系統逃逸的氨部分轉移到脫硫系統中，增加脫硫廢水中的氨氮濃度。

水力旋流器對脫硫廢水中的總懸浮顆粒物濃度起著重要作用。使用單水力旋流器，脫硫廢水的固含量將會在5%～6%；如果使用雙水力旋流器或是水力旋流器與石膏脫水系統（真空皮帶機等裝置）混合，脫硫廢水的固含量為1%～2%，甚至更低。

2、現有脫硫廢水處理技術

由於脫硫廢水水質的特殊性，脫硫廢水處理難度較大；同時，由於金屬離子對環境有很強的污染性，因此必須對脫硫廢水進行單獨處理。如圖4 所示，截至2014 年美國現有脫硫廢水處理技術主要包括沉降池、化學沉降、生物處理、零排放技術（蒸發池、完全循環、與飛灰混合等）、其他技術（人造濕地、蒸汽濃縮蒸發等）等。

進一步，可以將脫硫廢水的處理技術分為4 種：傳統技術、深度處理技術、零排放技術及其他技術（圖5）。並以此為基礎，對各技術的特徵及優缺點進行概述。

2.1 傳統工藝

2.1.1 沉降

沉降池通過重力作用去除廢水中顆粒物，基於此原理，必須保證廢水在沉降池內有足夠的停留時間。沉降池處理成本低，對浮顆粒物有一定的去除作用，但是不能除去廢水中溶解的金屬鹽類，不能滿足排放標準的要求，一般只用於其他技術的預處理。

2.1.2 化學沉澱

如圖6 所示，脫硫廢水的化學沉澱處理主要包括4 個步驟。

（1）廢水中和。脫硫廢水進入第1 隔槽的同時加入適量的石灰漿液，使其pH 值由5.5 左右升至9.0 以上，並且使得大部分金屬離子形成難溶的氫氧化物。

（2）重金屬沉澱。在第2 個隔槽中加入有機硫化試劑TMT-15 與Hg2+、Pb2+反應形成難溶的硫化物沉積至槽底。

（3）絮凝。在第3 隔槽中加入一定量的絮凝劑，使顆粒和膠體物質凝聚成大顆粒後沉積至槽底。

（4）濃縮/澄清。在澄清/濃縮池中，絮凝物沉積在底部並通過重力作用濃縮成污泥，上部為凈水。

化學沉澱法對大部分金屬和懸浮物有很強的去除作用，但是對氯離子等可溶性鹽分沒有去除效果，對硒等重金屬離子的去除率不高，且運行費用高。

2.2 深度處理工藝

2.2.1 生物處理

生物處理是利用微生物處理可生物降解的可溶的有機污染物或是將許多不溶的污染物轉化為絮狀物。污染物的去除可通過有氧、無氧或缺氧段三種方式去除。一般電廠利用有氧方式去除BOD5，通過厭氧或缺氧的方式去除金屬或是營養鹽，微生物可以通過呼吸作用將硒酸鹽或亞硒酸鹽還原為元素態的硒，吸附在微生物細胞表面。

生物處理可以有效地去除脫硫廢水中的硒（降至μg/L 級）、汞（降至ng/L 級）等重金屬元素，但是其系統複雜，造價高且容易形成有毒的有機硒和有機汞，造成二次污染。

2.2.2 混合零價鐵技術（HZVI）

研究發現，利用零價鐵可以有效的減少廢水中的硒酸鹽或是亞硒酸鹽的含量，但是隨著反應的進行，鐵表面容易鈍化，影響零價鐵的反應活性。後有學者將Fe2+引入零價鐵處理系統，發現零價鐵的反應活性有了明顯提高。實驗研究表明，混合零價鐵技術對汞的去除效率達到99.99%（出水濃度

請您繼續閱讀更多來自 北極星電力網 的精彩文章:

TAG:北極星電力網 |

※臭氧焦化廢水處理技術工藝
※武漢岩土所利用采鹵廢棄溶腔改建地下儲氣庫關鍵技術和理論研究獲進展
※臭氧氧化技術在水處理中的應用
※重金屬廢水生物電化學處理技術研究
※旋轉噴槍脫硫技術研究
※含硫化物污水的處理技術工藝
※迴轉窯焚燒技術在垃圾處理上的應用
※原創技術▎高濃度含鹽有機廢液焚燒技術
※麻省理工新技術，利用噴射器提高鋁合金質量
※各種膜技術在水處理中的應用
※氪氣與氙氣中氟化物雜質凈除技術的研究與應用
※我國反滲透複合膜技術獲突破 提升水處理技術
※垃圾滲濾液處理技術特點及發展趨勢
※液壓傳動技術在電力系統中的應用及展望
※污水處理技術篇：垃圾滲濾液處理工藝比較
※電池技術突破迫在眉睫 水電池黑科技誕生
※污水處理技術篇：為您詳解氨氮廢水常用處理方法
※垃圾焚燒廠滲濾液處理技術的重點與難點
※超濾技術在給水工程中的應用