呂相兵

摘要

燃煤電廠脫硫廢水中重金屬極易富集對(duì)環(huán)境及周圍居民造成不可逆?zhèn)?，?duì)其進(jìn)行控制迫在眉睫。本文闡述了脫硫廢水重金屬的來(lái)源，綜述了國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)重金屬脫除方法，歸納了最新的具有工程應(yīng)用前景的新材料與新理念，總結(jié)了脫硫廢水中重金屬脫除的難點(diǎn)并展望了脫硫廢水重金屬控制技術(shù)的發(fā)展前景與趨勢(shì)。

關(guān)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(shù)中，濕式洗滌器技術(shù)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(guó)實(shí)施《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以來(lái)，脫硫廢水的重金屬的控制已經(jīng)成為環(huán)境治理的趨勢(shì)。介于濕式煙氣脫硫廢水成分十分復(fù)雜，脫硫廢水中重金屬的處理受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1 脫硫廢水重金屬來(lái)源

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)備豐富，現(xiàn)階段燃煤電廠作為我國(guó)的主要能源電力來(lái)源。世界范圍內(nèi)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(guó)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(huì)以不同賦存形態(tài)隨燃燒過程遷移轉(zhuǎn)化到燃煤電廠不同系統(tǒng)中。隨著中國(guó)環(huán)保要求的提高，濕式煙氣脫硫裝置安裝率已高于美國(guó)。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(tài)的液相形式積累在脫硫廢水中。未經(jīng)充分處理就排放煙氣脫硫廢水可能對(duì)環(huán)境構(gòu)成巨大威脅。在眾多科研工作者的努力下，目前已發(fā)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(jīng)濟(jì)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(tǒng)吸附劑

由于較大的比表面積與豐富的空隙，活性炭具有優(yōu)異的重金屬吸附能力，因此研究者對(duì)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(jìn)行了充分討論，結(jié)果表明活性炭展現(xiàn)出優(yōu)異的重金屬吸附能力[2]。一般來(lái)說(shuō)，活性炭的比表面積越大，其吸附能力越強(qiáng)?；诖耍讖礁右?guī)則與豐富的分子篩也受到了廣泛關(guān)注[7]。

2.1.2 金屬

鐵及其氧化在自然界中呈現(xiàn)對(duì)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(jí)的零價(jià)鐵（ZVI）在模擬和實(shí)際FGD鹽水中去除重金屬過程中展現(xiàn)了優(yōu)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(nèi)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(nèi)完全去除。

2.1.3 電廠副產(chǎn)物

煙氣脫硫廢水和燃煤殘?jiān)挠行Ч芾砭侨济喊l(fā)電行業(yè)的主要挑戰(zhàn)。將燃燒副產(chǎn)物與廢水整合處理達(dá)到零液體排放是可行的，在此過程中固廢產(chǎn)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(huán)經(jīng)濟(jì)效益，有效減小重金屬的潛在遷移率。

2.2 化學(xué)絮凝

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

2.3 電凝法

相比于化學(xué)絮凝處理，電凝（EC）法對(duì)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，F(xiàn)e-Al和Fe-Fe。對(duì)于Al-Fe系統(tǒng)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(yáng)極可顯著增強(qiáng)廢水中的污染物去除效率和電化學(xué)穩(wěn)定性[3]。利用Fe ?C/Al雜化電極進(jìn)行電凝，Ni的去除率甚至高達(dá)98%。

2.4 新型材料與技術(shù)

2.4.1新型吸附材料

傳統(tǒng)的混凝沉淀技術(shù)由于其種類復(fù)雜和溶解度高而不能有效地從廢水中去除重金屬。因此學(xué)者試圖通過創(chuàng)新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)原位去除脫硫產(chǎn)物中的重金屬，而不是在廢水中處理。研究表明三價(jià)鐵離子可通過形成不溶性三價(jià)鐵亞硒酸鹽而將液態(tài)亞硒酸鹽顯著轉(zhuǎn)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(dá)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(shù)在大規(guī)模電廠中的應(yīng)用獲得更好的性能。

2.4.2新型處理技術(shù)

為響應(yīng)脫硫廢水凈零排放的要求，將系統(tǒng)內(nèi)廢水循環(huán)利用并通過蒸發(fā)結(jié)晶單元最終轉(zhuǎn)化為固態(tài)廢渣成為了一種可行的方案。建造了一個(gè)獨(dú)立的旁路蒸發(fā)塔，將空氣預(yù)熱器中的一部分熱煙氣引入蒸發(fā)塔中以進(jìn)行脫硫廢水的蒸發(fā)，蒸發(fā)后產(chǎn)生的粉塵在靜電除塵器之前被排放回?zé)煹?。該技術(shù)可以充分捕集脫硫廢水中重金屬，具有很高的系統(tǒng)可靠性，且對(duì)后續(xù)設(shè)備影響很小。

2.5 難點(diǎn)與展望

對(duì)于吸附法脫除FGD廢水中重金屬方法而言，由于大量的競(jìng)爭(zhēng)離子以及變化的廢水pH值，會(huì)導(dǎo)致吸附劑的鈍化或失活，造成吸附效率的降低?；瘜W(xué)絮凝法對(duì)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(xù)污染。蒸發(fā)干燥技術(shù)由于成本維護(hù)等要求，不利于現(xiàn)階段大規(guī)模的應(yīng)用。多種控制手段聯(lián)合操作可以有效避免單一處理的不足，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，?huì)是未來(lái)的主要研究方向。

3 結(jié)論

隨著人民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)于電廠氣態(tài)污染物的控制已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注，然而普遍對(duì)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(jìn)一步發(fā)展脫硫廢水重金屬處理技術(shù)，完善控制理論，提高脫除能力迫在眉睫。

參考文獻(xiàn)

[1] 張宗和. 燃煤電廠脫硫廢水重金屬處理技術(shù)研究進(jìn)展. 凈水技術(shù) 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(shù)研究進(jìn)展. 鹽科學(xué)與化工 2019（10）：1-5.