电厂脱硫废水处理研究进展探讨

Posted 2023-01-11 微生物

篇首语：青春须早为，岂能长少年。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了电厂脱硫废水处理研究进展探讨相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

石灰石-石膏湿法脱硫所产生的脱硫废水水质成分复杂，处理难度很大。本文结合脱硫废水水质特征，介绍了脱硫废水处理的常用技术，特别是应用最为广泛的化学沉淀法，指出这些处理方法在处理脱硫废水中的优缺点；接着又介绍了两种具有巨大应用潜力的脱硫废水处理方法，脱硫废水的生化处理法和微生物燃料电池法。随着研究深入，脱硫废水的深度处理和回用将会有新的发展。
在我国的一次能源消费中处于主导地位的是煤炭，占到75%左右，燃煤火力发电厂是产生的烟气是大气污染的重要来源。煤炭燃烧直接排放产生的硫氧化物(主要是SO2)、氮氧化物(NOx)可以在一定的气象条件下形成酸雨，还会产生大量的粉尘，威胁着环境空气质量和破坏经济社会的绿色可持续发展，影响居民生活水平。为了减少空气污染，建设环境友好型的社会，我国颁布了一系列鼓励资源回收利用以及节能减排的法律法规，技术标准等。
在目前的燃煤烟气脱硫技术中，石灰石-石膏湿法是我国大力推广的技术(HJ/T179-2005火电厂烟气脱硫工程技术规范.石灰石/石灰-石膏法)。因为此技术适用于常见煤种，具有90%以上的效脱硫率，95%以上的系统回用率和90%以上的吸收剂利用率，此套工艺运行稳定，而且石灰石来源广泛，价格便宜。
因此，我国的脱硫废水主要是石灰石-石膏湿脱硫技术所产生的，也就是我们通常所说的脱硫废水，本文将从脱硫废水研究现状和新的脱硫废水技术手段对脱硫废水的处理进行探讨。
1.脱硫废水处理现状
石灰石-石膏湿法产生的脱硫废水水质成分复杂，主要包括悬浮物(SS)、高浓度的亚硫酸盐(SO2-3)、硫酸盐(SO2-4)、氯化物(F-)、氟化物(Cl-)及微量的重金属离子(Hg、As、Cr、Ni、Pb等)。
1.1脱硫废水水质特征
燃煤火电厂所使用的煤炭，脱硫工艺和运行条件等不同，使得每个工序排出的废水水质之间有着差异性，作者分析了多个电厂的脱硫废水水质得到脱硫废水的主要特征是水呈酸性，pH值很低，一般在4～6间；悬浮物(SS)含量很高，主要成分是SiO2、Fe和Al的氢氧化物、石膏颗粒等；脱硫废水中的阳离子主要是Ca2+、Al3+等硬度离子，Fe、Al含量也很高，其他重金属离子含量虽然很低，不过基本超过了《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中规定的排放指标；废水中的阴离子有硫酸根(SO2-4)、氯离子(F-)、氟离子(Cl-)等，这些离子是从煤炭中来的，这些元素含量的多少最后还是反映到脱硫废水水质中；脱硫废水中COD的含量不高，不过区别于一般的废水，脱硫废水形成化学需氧量的原因是还原态的无机物(亚硫酸根、硫代硫酸根等)，而不是有机物[3-4]。
1.2脱硫废水常用处理方法
脱硫废水是火力发电厂中处理难度最大的废水，现在的常用脱硫废水处理方法都是在脱硫废水水质特性的基础上，专门针对不同种类的污染物，确定脱硫废水处理的原则性上进行设计的。当今我国对脱硫废水的处理大多采用物理化学处理后直接排放水体。下面介绍目前常用的脱硫处理方法。
1.2.1排放到水力除灰系统
此方法是对脱硫废水不进行处理而是直接排放到水力除灰系统中，脱硫废水中含有的酸性物质和重金属物质会跟灰中的氧化钙反应生成固体物质而除去，于是便达到了以废治废的目标。脱硫废水的水流量一般都很小，所以脱硫废水掺入到水力除灰系统后，对除灰系统的影响是很小的，故而采用此方法无需对水力除灰系统有任何的改造，更不需要额外增加水处理设施，所以此方案具的优点是投资少、操作管理便捷，可作为脱硫废水事故排放使用；此方案的缺点是脱硫废水的排入会造成除灰系统中氯离子的日益聚集，会加剧对除灰系统设备的腐蚀，从而影响系统的正常功能，那些对副产品(石膏等)不进行综合利用的湿法脱硫技术适用于此方法。
1.2.2化学沉淀法
化学沉淀法处理工艺主要是由中和、沉淀、混凝、澄清四个步骤构成。中和沉淀是调节废水的酸碱性，一般使用的碱性中和剂主要有NaOH、CaCO3、石灰等；再向经过了加碱反应的废水中加入有机硫或S2-使铅离子、汞离子等离子形成重金属硫化物沉淀，常用的硫化剂有Na2S、H2S、FeS、有机硫化剂等，在我国的很多火电厂用的硫化剂是TMT15这种有机硫化剂；混凝沉淀主要是去除废水中的SS，通常采用铁盐絮凝剂和高分子絮凝剂；澄清就是混凝后的废水进入澄清池，依靠自身重力作用进行沉淀，沉淀物进行浓缩处理，上清液达标后排放。典型的化学沉淀法处理脱硫废水工艺如图1所示。

化学沉淀法可以有效的减少脱硫废水中的SS、F-、重金属离子等，进而可以实现脱硫废水的达标排放，不过此方法处理后的含盐量仍然很高，尤其是其中的氯离子含量最大能够达到5%，如果持续长久排放，将会影响周围生态环境，此方法在适用于对出水水质标准要求不高的废水处理，在我国有着最为广泛的应用。
1.2.3脱硫废水蒸发浓缩
通过蒸发和干燥设备能够让脱硫废水分离成为高质量的水或水蒸气以及固体废弃物，可以实现水的循环使用，可以完成火力发电厂废水零排放，此方法的缺点是需要高额的投资，目前在国内还没有实际运行的实例。脱硫废水蒸发系统由四个部分构成，分别是热输入、热回收、排热以及附属系统部分；低压蒸汽和热交换管内流动的循环脱硫废水在水加热器内水进行热交换，加热沸腾了的循环脱硫废水分别流到每个闪蒸室内进行闪蒸，蒸发出的水蒸汽通过除雾器和蒸发器上部的热交换管再进行热交换冷凝，每一级所得到的蒸汽凝结水被热交换管下端的蒸馏水托盘收集，从而实现固液分离，此工艺技术流程操作简单，蒸发回收水水质良好，此工艺的投资成本太高限制了它在实际脱硫废水工程中的应用。
2.脱硫废水的其他处理方法
前面提到的三种废水处理方法，可以在相当程度上缓解脱硫废水对环境的影响，随着电力企业污染物排放要标准的日益提高，我们需要更加经济和更加高效的处理方法去处理脱硫废水。下面介绍几种其他几种脱硫废水处理方法。
2.1脱硫废水的生物处理
在前文中已经说到脱硫废水中COD固然不高，但有别于一般的废水，脱硫废水形成的化学需氧量的主要因素是还原态的无机物，并不是有机物，脱硫废水还有高盐度，高氨氮和高总氮的特点，这说明脱硫废水的可生化性很差。陈涛在升流式厌氧污泥床反应器中利用硫酸盐还原菌厌氧生物法处理模拟脱硫废水，结果表明在水温35℃，水力停留时间为12h，COD浓度与SO2-4浓度比为3，进水pH为6.5时是硫酸盐还原菌厌氧生物法处理脱硫废水的最佳工艺参数；硫酸盐还原菌对酸性废水具有较强的耐受性，在pH大于4.0的脱硫废水可以由硫酸盐还原菌厌氧生物法直接进行处理；硫酸盐还原菌厌氧体系具有较强的SO2-4生物还原能力，控制SO2-4负荷小于6kg/(m3.d)时，SO2-4的去除率在84%以上，相应的COD利用率在81%以上；硫酸盐还原菌厌氧生物法对脱硫废水具有稳定的处理效果，整个反应体系在弱酸性和高负荷的条件下连续运行超过30天，SO2-4平均还原率为82%，COD平均利用率为78%，出水pH在6.3以上。
吴桂华指出国内外学者提出了一些突破传统理论的新认识和新发现，特别是在生物脱氮工艺上有了新的突破，像短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化、好氧反硝化等为脱硫废水的处理提供了新的思路，吴桂华指出厌氧氨氧化作为脱硫废水生物脱氨工艺具有巨大的应用潜力，但是脱硫废水的高盐度会抑制厌氧氨氧化细菌的活性，厌氧氨氧化细菌如何才能适应脱硫废水这样的成分复杂的废水还需要深入的研究；脱硫废水复杂性对微生物的活性具有很强的抑制作用，微生物可以通过适当的驯化去抵制脱硫废水的毒性，对于脱硫废水对活性污泥的毒性的影响也是需要进一步的研究。以活性污泥法为代表的生化处理工艺已是相当成熟，活性污泥法具有操作简单，廉价高效等特点，如果可以将活性污泥法应用到脱硫废水处理中将会给脱硫废水的处理带来新的视野。
2.2微生物燃料电池对脱硫废水的处理
微生物燃料电池(microbialfuelcell，MFC)是将废水中有机物的化学能转化为电能，在去除污染物的同时将产生的电能回收，实现了能量转化。近年来随着微生物燃料电池的迅速发展，作为一种新的反应装置有着高效的去除污染物的效果和产电回收能源的双重效果，微生物燃料电池的发展不可限量，将微生物燃料电池与脱硫废水的处理结合起来会是一个很好的出路。微生物燃料电池的示意图如图2所示，MFC一般由阳极、膜和阴极组成，在常见的MFC阳极室内，厌氧产电微生物通过呼吸作用将供体的有机污染物氧化来，释放出电子和质子，产生的电子将通过位于细胞外膜的电子载体(例如细胞色素c或被称为纳米导线的菌毛)传递到阳极，然后再经过外部电路转移到阴极，释放出产生的能量，从而产生电流；质子通过离子交换膜转移到阴极，在阴极室内，质子、电子受体和电子发生还原反应，微生物燃料电池是能够在常温常压下进行难降解物质的降解和能量的转换。对于脱硫废水这样的难降解的污染物，需要添加容易降解的有机物作为共生基质，也就是在共代谢的条件下才能被有效降解，Liang等对使用MFC和UASB对硫化废水的处理进行了比较，得出MFC对处理硫化废水有着较好的效果和较高的经济性。

3.结语
在我国对脱硫废水的处理发展较为缓慢，很大一部分就是只经过了简单的物理化学处理后就直接排放，这样既污染了环境造成了危害，又造成重大的水资源浪费。随着我们生态文明建设的需要，将会对脱硫废水的要求日益提高，实现脱硫废水的深度处理和回用将是发展的趋势，脱硫废水的研究还有待进一步的提高，蒸馏法、生化处理法以及MFC处理脱硫废水现在没有像化学沉淀法那样得到广泛的应用，但是随着科学技术的进步以及研究的深入，相信在不久的将来，这些工艺都将会很好的服务脱硫废水的处理。