嚴穎
(福建省福州市環(huán)境監(jiān)測站,福建 福州350100)
長樂市位于福建省東部沿海,氣候暖熱濕潤,常年盛行東北風。印染行業(yè)是其支柱產(chǎn)業(yè)之一。根據(jù)2010年污染源普查動態(tài)更新調查:長樂市共有印染企業(yè)小鍋爐85座,占其工業(yè)鍋爐總數(shù)的78%,二氧化硫產(chǎn)生量占工業(yè)非電二氧化硫產(chǎn)生總量的36%,對周邊大氣環(huán)境造成比較嚴重的污染。為了解決印染行業(yè)大氣污染問題,2007年長樂市開始實施印染全行業(yè)廢氣污染治理工作,在全市中小印染企業(yè)中全面推廣利用堿性印染廢液進行濕法脫硫的工藝,該方法因工藝流程簡單,設備投資成本小、運行費用低,且屬于一種以廢治廢的有效方法,在當?shù)氐玫綇V泛地推廣,減排效益顯著。
印染企業(yè)在印染過程中會消耗大量的染料、染色助劑、漿料等,所產(chǎn)生的廢水成分復雜,具有水量大、色度高、堿度高等特點,其pH值一般在10~13之間,水含有大量的火堿、純堿、硫化堿等助劑[1]。該脫硫工藝屬于鈉堿法煙氣脫硫的一種改進技術,利用堿性印染廢水與煙氣充分接觸,廢水中的堿與煙道中的SO2發(fā)生中和反應:
通過上述反應,煙氣中的SO2被充分中和而凈化,1molNaOH可脫除1molSO2,為提高脫硫速率,通常鈉硫比(NaOH/SO2)選1.1mol/mol,工藝流程見圖1。
鍋爐的煙氣由引風機送入的濕法脫硫塔,煙氣在塔內(nèi)自下向上流動,而經(jīng)過過濾的印染廢水作為脫硫液通過脫硫液池,再由耐腐蝕泵打入脫硫塔,從噴淋器自上向下噴淋,與運動中的煙氣直接接觸,完成較充分的中和反應,達到去除煙氣中二氧化硫的效果。中和后的煙氣再經(jīng)過脫硫塔上部的除霧裝置擋住煙氣中殘存的霧滴,最后脫硫后的煙氣通過煙囪達標排放。
圖1 脫硫工藝流程圖
以20t/h鍋爐為例:耗煤量約為2t/h,煤含硫量以1%計,年運行7 200h,印染廢水pH值為12。脫硫成本主要包括設備折舊費,脫硫材料費用、用電、用水,運行人工費,設備維護費。
(1)設備折舊費用:20t/h鍋爐脫硫設備靜態(tài)投資成本為30~50萬元(取平均值40萬元)。根據(jù)設備折舊特點,折舊費以平均年限法計算,根據(jù)稅法規(guī)定,其折舊年限為10年,年折舊額為40÷10=4萬元/年。
(2)脫硫劑、用水費用。由于脫硫劑全部是來自車間的堿性廢水(目前對中小企業(yè)鍋爐脫硫效率尚無嚴格規(guī)定,此處不考慮額外補充堿液的費用),因此脫硫劑和水耗費用不計。
用電費用為20t/h鍋爐脫硫設備配套引風機、耐腐蝕泵等設備電耗總計約為6kW,以年運行時間7 200h計,平均電費0.58元/kW·h,年運行電費為2.6萬元。運行人工費可由原有的鍋爐工兼任,不增加費用。設備維護費為每年脫硫設備檢修、防腐、管理等費用平均約2萬元。以上合計費用為8.6萬元/年。
(1)每年可減免的二氧化硫排污費。根據(jù)目前已安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)的印染企業(yè)監(jiān)測結果,設施脫硫效率約為50%到82%,取平均值66%,脫硫設施投運率以90%計,平均綜合脫硫效率為61%,因此每年可減少二氧化硫排放量約為2×7 200×1%×1.7×0.61=149t??蓽p免排污費:149×1 000/0.95×0.6=9.4萬元。
(2)每年可減免的煙塵排污費。經(jīng)過除塵的煙氣,在噴淋脫硫的過程中,能再去除約50%的煙塵,據(jù)統(tǒng)計每年可減少煙塵排放量約12t??蓽p免排污費為12×1 000/2.18×0.6=0.3萬元。
扣除運行成本后,脫硫設施運行后的產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為1.1萬元/年。由于采用印染廢水脫硫,在節(jié)約了脫硫劑費用的同時,也間接節(jié)省了中和堿性印染廢水所需要的工業(yè)酸費用,預計每年消耗脫硫廢水25萬t,可節(jié)省工業(yè)酸費用約5.7萬元。鍋爐煙氣中含有的微小炭粒、煙粉塵,以及脫硫產(chǎn)物CaSO4·2H2O晶體等,在廢水中能起到了絮凝劑的作用,吸附印染廢水中的有機物、色素等,發(fā)生絮凝沉淀,能減少廢水后續(xù)處理約23.8%的絮凝劑加入量,同時降低廢水中的COD和色度[2]。因此該工藝作為印染廢水的前端預處理,節(jié)約廢水處理成本的同時,實現(xiàn)了廢水、廢氣共治雙贏的效果。
“十一五”期間長樂市工業(yè)快速發(fā)展,印染行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值逐年增加,特別是2006年起印染企業(yè)大量投產(chǎn),其二氧化硫排放量劇增,2007年長樂市大力推動印染行業(yè)企業(yè)小鍋爐的堿性廢液脫硫工程,到2008年底已在全市范圍內(nèi)基本完成全部印染企業(yè)小鍋爐脫硫工程建設,不但成功抵消由全行業(yè)擴大生產(chǎn)帶來的二氧化硫排放量增加,且實現(xiàn)了印染行業(yè)二氧化硫排放量逐年下降。2007年長樂市印染行業(yè)總耗煤量約39萬t,二氧化硫產(chǎn)生量為7 509t,因此完成印染全行業(yè)鍋爐脫硫每年可減少二氧化硫排放約4 580t,見圖2。
圖2 SO2排放總量和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展
根據(jù)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù):長樂市工業(yè)二氧化硫主要由位于長樂的華能福州電廠、大型鋼鐵企業(yè)福建鑫海冶金有限公司和長樂市的印染行業(yè)25家企業(yè)排放,3部分SO2產(chǎn)生量占長樂市工業(yè)二氧化硫產(chǎn)生總量的97.5%。參考長樂市行政區(qū)劃地圖(圖3)和工業(yè)布局:華能福州電廠位于長樂市城區(qū)西北方向約6km的籌岐村;福建鑫海冶金有限公司位于長樂市城區(qū)東南方向約26km的松下鎮(zhèn);長樂市印染企業(yè)分布范圍較廣,上至譚頭鎮(zhèn)、金峰鎮(zhèn),下至江田鎮(zhèn)、松下鎮(zhèn)均有分布,其中以金峰鎮(zhèn)分布尤為密集,約占所有企業(yè)的60%。由于長樂市常年盛行東北風,華能福州電廠和福建鑫海冶金有限公司的產(chǎn)生廢氣污染物對長樂市城區(qū)全年的空氣質量直接影響相對較小,而位于城區(qū)東北方向的金峰鎮(zhèn)印染企業(yè)群產(chǎn)生的廢氣污染物將快速擴散至長樂市城關,直接影響著城區(qū)空氣質量。為此本文將比較2005年以來長樂市城關空氣質量變化和區(qū)域行業(yè)治理工程之間的關系。
圖3 長樂市行政區(qū)劃
圖4 長樂市城區(qū)空氣SO2濃度年平均值、酸雨率及酸雨pH年均值變化趨勢
受印染企業(yè)工業(yè)規(guī)模擴大污染排放增加的影響,長樂市城區(qū)二氧化硫濃度年均值2005年至2008年逐年呈線性增加趨勢,由于2008年行業(yè)治理工程全面實施,2008年增速明顯放緩,至2009年出現(xiàn)了下降的趨勢,而2010年又出現(xiàn)反彈上升,主要原因是部分企業(yè)脫硫設施建成幾年后,由于放松管理、設備維護不到位等原因,導致設施未穩(wěn)定有效運行;城區(qū)降雨酸雨率、酸雨pH值也有相似的趨勢。綜上分析:城區(qū)二氧化硫年均值、酸雨率下降趨勢與印染行業(yè)脫硫實現(xiàn)二氧化硫排放總量減少有很高的一致性(圖4)。
采用印染廢水濕法脫工藝成熟、投資運行成本低、操作簡便、脫硫效率較高,對周圍環(huán)境不產(chǎn)生二次污染,且能為企業(yè)減少可觀的排污費帶來直接的經(jīng)濟利潤,同時能夠減少印染廢水后續(xù)處理投入酸和絮凝劑的費用,經(jīng)濟效益顯著。
實施印染全行業(yè)鍋爐煙氣治理,可以在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的同時有效提高區(qū)域環(huán)境質量,降低空氣二氧化硫濃度和區(qū)域酸雨率。實施印染廢水濕法脫硫工藝可以實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益雙贏的效果。加強治理設施建成后的管理非常重要,不能重建設輕管理,要特別注重其建成設施的后續(xù)運行管理,使得減排的成效能持續(xù)有效地改善空氣質量。
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