燃煤電廠濕式煙氣脫硫廢水中重金屬控制技術研究進展

呂相兵

摘要

燃煤電廠脫硫廢水中重金屬極易富集對環境及周圍居民造成不可逆傷害，對其進行控制迫在眉睫。本文闡述了脫硫廢水重金屬的來源，綜述了國內外傳統重金屬脫除方法，歸納了最新的具有工程應用前景的新材料與新理念，總結了脫硫廢水中重金屬脫除的難點并展望了脫硫廢水重金屬控制技術的發展前景與趨勢。

關鍵詞：脫硫廢水;重金屬;脫除

引言

煙氣脫硫（FGD）工藝主要用于減少熱電廠燃煤廢氣中的二氧化硫的主要手段。在各種煙氣脫硫技術中，濕式洗滌器技術在酸性氣體中和重金屬捕集方面都具有出色的性能。自從中國實施《水污染防治行動計劃》以來，脫硫廢水的重金屬的控制已經成為環境治理的趨勢。介于濕式煙氣脫硫廢水成分十分復雜，脫硫廢水中重金屬的處理受到了學者的廣泛關注。

1 脫硫廢水重金屬來源

我國煤炭儲備豐富，現階段燃煤電廠作為我國的主要能源電力來源。世界范圍內煤中As含量一般在0.5-50 mg/kg，平均As含量約為5.0-8.3 mg/kg。我國煤中硒（Se）和鉛（Pb）的含量明顯高于世界平均水平。這些重金屬均會以不同賦存形態隨燃燒過程遷移轉化到燃煤電廠不同系統中。隨著中國環保要求的提高，濕式煙氣脫硫裝置安裝率已高于美國。隨著濕式洗滌器的洗滌，煙氣中各種金屬污染物（如Hg， As， Se， Pb等）被捕集，并以溶解或固態的液相形式積累在脫硫廢水中。未經充分處理就排放煙氣脫硫廢水可能對環境構成巨大威脅。在眾多科研工作者的努力下，目前已發展了多種脫硫廢水中重金屬的有效手段。

2 主要控制手段

2.1吸附

吸附法兼顧經濟性與操作便捷性，是處理脫硫廢水中重金屬的有力手段之一。

2.1.1 傳統吸附劑

由于較大的比表面積與豐富的空隙，活性炭具有優異的重金屬吸附能力，因此研究者對未修飾與修飾的活性炭在脫硫廢水中的重金屬脫除能力進行了充分討論，結果表明活性炭展現出優異的重金屬吸附能力[2]。一般來說，活性炭的比表面積越大，其吸附能力越強。基于此，孔徑更加規則與豐富的分子篩也受到了廣泛關注[7]。

2.1.2 金屬

鐵及其氧化在自然界中呈現對多種重金屬的天然親近性，已被用于處理脫硫廢水中的重金屬。微米級的零價鐵（ZVI）在模擬和實際FGD鹽水中去除重金屬過程中展現了優異的去除性能，在80 °C的溫度下，在模擬鹽水中使用4.17 g/ L的ZVI就可以在小于5 min內除去幾乎100%的砷酸鹽（1 mg/ L）和鉻酸鹽（1 mg/ L），而硒酸鹽（25 mg/ L）鎘（5 mg/ L）也可以在30 min內完全去除。

2.1.3 電廠副產物

煙氣脫硫廢水和燃煤殘渣的有效管理均是燃煤發電行業的主要挑戰。將燃燒副產物與廢水整合處理達到零液體排放是可行的，在此過程中固廢產物不僅得到利用，廢水重金屬也被吸附并固定，提高了電廠的循環經濟效益，有效減小重金屬的潛在遷移率。

2.2 化學絮凝

目前工程應用的最主流的脫硫廢水處理技術是以物理化學沉淀為主的三聯箱工藝。主要流程為：含重金屬的脫硫廢水進去化學反應池，隨后加入堿性中和劑（氫氧化鈣等）調節廢水pH至9左右，使重金屬形成難溶或不溶物質，經過充分沉淀在澄清池下沉，隨后上清液進入微濾池通過微濾膜進步截留粒徑較小的重金屬化合物。

2.3 電凝法

相比于化學絮凝處理，電凝（EC）法對廢水中重金屬的去除效率更高。目前常見的電凝法電極組合為Al-Al，Fe-Al和Fe-Fe。對于Al-Fe系統而言，在20 V的電壓和2 cm的電極間隙下，Zn和Ni的最佳脫除效率分別為82.6%和52.3%。 將鐵用作陽極可顯著增強廢水中的污染物去除效率和電化學穩定性[3]。利用Fe ?C/Al雜化電極進行電凝，Ni的去除率甚至高達98%。

2.4 新型材料與技術

2.4.1新型吸附材料

傳統的混凝沉淀技術由于其種類復雜和溶解度高而不能有效地從廢水中去除重金屬。因此學者試圖通過創新的方法來實現原位去除脫硫產物中的重金屬，而不是在廢水中處理。研究表明三價鐵離子可通過形成不溶性三價鐵亞硒酸鹽而將液態亞硒酸鹽顯著轉化為固相，含有Fe（III）/Mn（II）或Fe（III）/Fe（II）的多組分去除劑在過二硫酸根（S2O82-）存在下成功地從漿液中去除了亞硒酸鹽，效率高達96.5%。由于可以避免麻煩的硒酸鹽的形成，因此有望將該技術在大規模電廠中的應用獲得更好的性能。

2.4.2新型處理技術

為響應脫硫廢水凈零排放的要求，將系統內廢水循環利用并通過蒸發結晶單元最終轉化為固態廢渣成為了一種可行的方案。建造了一個獨立的旁路蒸發塔，將空氣預熱器中的一部分熱煙氣引入蒸發塔中以進行脫硫廢水的蒸發，蒸發后產生的粉塵在靜電除塵器之前被排放回煙道。該技術可以充分捕集脫硫廢水中重金屬，具有很高的系統可靠性，且對后續設備影響很小。

2.5 難點與展望

對于吸附法脫除FGD廢水中重金屬方法而言，由于大量的競爭離子以及變化的廢水pH值，會導致吸附劑的鈍化或失活，造成吸附效率的降低。化學絮凝法對不同重金屬的去除效率差別加大，需投加多種藥劑，容易造成后續污染。蒸發干燥技術由于成本維護等要求，不利于現階段大規模的應用。多種控制手段聯合操作可以有效避免單一處理的不足，具有很大的發展潛力，會是未來的主要研究方向。

3 結論

隨著人民環保意識的增強，對于電廠氣態污染物的控制已經得到了廣泛關注，然而普遍對電廠濕式脫硫廢水的污染了解不充分。隨著脫硫廢水零排放，一水多用要求的提出，進一步發展脫硫廢水重金屬處理技術，完善控制理論，提高脫除能力迫在眉睫。

參考文獻

[1] 張宗和. 燃煤電廠脫硫廢水重金屬處理技術研究進展. 凈水技術 2019;38（S1）：127-32.

[2] 段威， 姚宣， 陳鷗， 等. 燃煤電廠脫硫廢水重金屬脫除技術研究進展. 鹽科學與化工 2019（10）：1-5.