燃煤電廠含重金屬廢水對水源的影響分析

林珊珊，吳慕正，林馳前

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

燃煤電廠含重金屬廢水對水源的影響分析

林珊珊，吳慕正，林馳前

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

通過介紹燃煤電廠廢水排放和灰渣堆放對水源水質的影響，對可能存在的微量重金屬污染水質的情況提出預防和治理措施：包括在建設火電廠時，必須充分考慮當地的情況，選擇合適的脫硫工藝流程，從源頭上減少廢水排放對周圍水質的重金屬污染；在研究某一燃煤固廢微量重金屬的浸出特性時，可借鑒美國EPA頒布的LEAF方法；在環境影響評價中，應特別注重重金屬元素的長期監測，制定突發性的重金屬污染地下水的修復和治理方案。

燃煤電廠；含重金屬廢水；地下水；地表水

1 引言

煤炭作為提供電力的主要能源，大約占據我國發電能源的70%[1]，由此帶來的重金屬排放也已成為人們普遍關注的問題之一。在燃煤過程中，大量的微量重金屬元素會被釋放，在煙氣和灰渣中重新分配[2]，其分配行為不僅取決于它們的揮發性[3]，更與燃煤過程的物理化學環境有關[4]。

按元素的揮發性程度排列，燃煤火電廠產生的微量重金屬包括有：汞（Hg）、硒（Se）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、銻（Sb）、鋅（Zn）、鈹（Be）、鈷（Co）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鎳（Ni）、銀（Ag）和鋇（Ba）等[4]。經鍋爐高溫燃燒后，揮發性低或難揮發的重金屬較難遷移，一般分配在爐底渣和粉煤灰中[5]，多數重金屬在預除塵器中隨粉煤灰一起被脫除；揮發性較強的重金屬則隨著含硫煙氣運移，在后續的低溫脫硫過程中，沉積在脫硫副產物中（脫硫石膏或脫硫灰）。在這個過程中所產生的固體廢料主要是灰（粉煤灰和脫硫副產物）和渣（爐底灰），微量重金屬一般富集于其中。

燃煤電廠微量重金屬的排放對水質的影響主要集中在兩個方面：一是電廠排放的廢水，造成地表和地下水中含有濃度超標的重金屬；二是燃煤灰渣堆放所產生的含微量重金屬的滲濾液通過土壤包氣帶進入地下，污染地下水。據了解，2010年我國大宗工業固體廢物的綜合利用率僅為40%，大部分直接堆放，由于灰渣堆放引起的地下水污染最為嚴重。與地表水污染不同，地下水污染更具隱蔽性和難逆轉性[6]。并且，一般地下水污染只有在污染范圍大、污染程度高的情況下才會被發現，又由于其處于地下，因此很難完全掌握[7]。一旦重金屬進入地下水產生污染，則很難治理。即使可以修復和治理，也需要花費很長的時間和巨額費用[8]。

本文就電廠廢水排放對地表水水質的影響，和灰渣堆放時微量重金屬可能對地下水產生的影響進行了分析，并提出了有針對性的預防措施。

2 電廠廢水中微量重金屬的排放對地表水水質的影響

電廠排放的廢水主要為工業廢水和沖灰水。含有微量重金屬的電廠廢水大多在經過一段時間的自然沉淀和進一步物理和化學法處理后被直接排入江河[9]，而微量重金屬隨這部分廢水排出時，即使濃度低，也有可能造成周邊地表水體的污染[10]，進而下滲污染地下水。因此，在電廠的整個運作過程中，應盡量減少廢水的產生。

石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用脫硫劑漿液脫硫，因此不可避免地會產生廢水。比如元素Hg和As，在濕法脫硫時會隨著脫硫劑進入廢水。齊文啟等人的監測結果表明，廢水中Hg和As都有超過《污水綜合排放標準》的現象，有的地區As超標近8倍[11]。這部分廢水若沒有處理好，一經排放，有可能造成周圍地表水體乃至地下水中還有高濃度的重金屬。

此外，在石灰石-石膏濕法脫硫中，Se很大部分富集在脫硫廢水中，具有很強的毒性。這是因為在石灰石-石膏濕法脫硫工藝在脫硫過程中應用強力氧化，將+4價低溶解度的CaSeO3氧化至+6價高溶解度的CaSeO4，使得廢水硒濃度升高，毒性增強。因濕法脫硫廢水需要單獨的處理裝置處理后方能排放[12]，采用傳統物理化學法處理后的廢水硒排放一般難以達標，因此必須再用費用高且復雜的生物技術和人工濕地將廢水中CaSeO4還原為低價Se沉淀處理[13]。美國NRG Energy Services的EME荷馬城電廠（Homer City Generating Station）采用濕法脫硫技術，在三年不到的時間內投入超過160萬美元的資金單獨處理廢水硒污染，但處理后仍無法達標排放，在2007年被賓州環保局罰款20萬美元[14]。

因此，在環境影響評價中應建議，對于電廠，尤其是采用濕法脫硫工藝的電廠，應在其周圍進行較長期的地表水和地下水水質監測，維護水質安全。

干法脫硫工藝不產生廢水，可從根本上避免脫硫廢水污染問題，目前在美國已受到重視。荷馬城電廠為避免濕法脫硫廢水的硒污染問題，在最近新建的1#和2#機組（2×660MW）煙氣脫硫裝置中采用干法脫硫工藝，而放棄已在3#機組使用多年的石灰石石膏濕法脫硫工藝。這從一定程度上說明，干法脫硫工藝可被用來取代石灰石-石膏濕法脫硫以避免廢水所造成的硒污染。

3 電廠灰渣堆放時微量重金屬對地下水的影響

燃煤電廠的灰渣除了被綜合利用外，其他部分直接堆放在貯灰場中[15]。如果處理不當，灰渣堆放場滲濾液對地下水造成的污染將是一個世界性的問題[16]。

常用的灰渣貯存方法有濕式和干式貯存。從貯存方法的發展情況來看，國外上世紀50～60年代通常使用濕式貯放，而80年代干式貯放的應用逐漸增加[17]。國內早期以濕式貯存為主，目前新建的灰場以干式貯灰場為主[17]，濕式貯灰場將被逐步淘汰或改造。對于濕式貯存，一般通過水力將灰輸送至貯灰場，沖灰水的用量大。在貯存過程中，灰渣不僅受到雨水，還受到沖灰水的淋溶。對于干式貯存，灰渣主要受到雨水的淋溶。不論是干式還是濕式貯灰場，貯灰場滲濾液是否會對地下水環境造成影響取決于沉積灰渣的性質、貯灰場地層的防滲條件和對灰水中有害成分的吸附能力以及貯灰場運行條件等因素，但灰水滲漏最終都會對周圍地下水環境造成不同程度的影響[17，19]。

由于垂向滲入系數小，滲透速度慢，在短期內可能不會污染地下水。但在長期淋溶作用下，土壤的環境容量將逐漸減小，對地下水的污染可能會逐漸加重[20]。灰渣堆放引起的下漏對地下水的影響主要集中在兩個方面：1）部分可溶的微量重金屬元素因雨水和沖灰水的淋濾作用，滲入地下水中[21]。灰渣中微量重金屬元素浸出對貯放場及周圍地區的地下水水質的影響。灰渣中浸出濃度較高的重金屬元素有Sb、Cd、Cr、Pb、Ni、B、Ti、Zn、Mn、As和Se等元素。另外，灰渣浸出液的高堿性和高氟含量，也會影響周圍地區的地下水水質[14]。2）灰渣的大量堆放會改變原灰場的地形地貌，使淺層地下水由無壓變為有壓，可能會造成地下水水位的上升。地下水水位越高，地下水被污染的可能性越大。因此在建設火電廠時，必須充分考慮當地的情況，因地制宜，減少對地下水的重金屬污染。

一般來說，灰中微量重金屬元素的浸出能力高于渣[16]，故對灰渣堆放時浸出特性的研究多針對灰。按照我國的《固體廢物浸出毒性的浸出方法》（GB5085.3-2007）[22]對某三種灰樣進行浸出毒性測試，重金屬的浸出離子濃度一般遠低于國家危險廢物標準中的上限。然而不同pH下重金屬元素的浸出規律各不相同，我國固體廢物浸出毒性的浸出方法卻只設定了單點pH，無法模擬現實場景中不同pH對廢渣中微量重金屬離子浸出的影響程度，通過浸出實驗結果所得結論的可靠性恐怕會受到質疑。

美國環境保護署（US Environmental Protection Agency，US EPA）頒布的LEAF（Leaching Environmental Assessment Framework）浸出性測定方法則不再僅僅基于單點pH浸提，而是在一個較寬范圍的pH（2.0～13.0）討論不同pH對重金屬浸出的影響。下圖為不同pH下粉煤灰和水泥中As和B的浸出曲線圖，從圖中可以看出，不同重金屬在同一pH的浸出濃度和同一金屬在不同pH的浸出濃度均不相同。另外LEAF還包括了一整套的浸出測試方法，如批處理、柱實驗和水池試驗，能夠較系統地說明某一固體材料的浸出特性，因此對于我國來說，LEAF浸出性測定方法可作為很好的參考和借鑒。

飛灰和水泥中As和B的浸出隨pH的變化趨勢圖

4 結語

燃煤電廠微量重金屬的排放對周圍水源水質的影響是多方面的，需更進一步地調查研究。但在建設火電廠時，必須充分考慮當地的情況，因地制宜，選擇合適的脫硫工藝流程，減少廢水排放量和灰渣的堆放量，從源頭上減少重金屬對地表和地下水的污染程度。在環境影響評價中，應特別注重重金屬元素的長期監測，制定突發性的重金屬污染地下水的修復和治理方案。在研究某一燃煤固廢微量重金屬的浸出特性時，可借鑒美國EPA頒布的LEAF方法。

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Analysis on Impact of Heavy Metal Wastewater on Water Sources in Coal-fired Power Plant

LIN Shan-shan, WU Mu-zheng, LIN Chi-qian

X703

A

1006-5377（2015）03-0055-03