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火电厂烟气脱硫脱硝尾液生物处理技术的分析

北极星环保网  来源:《电力设备》  作者:邓亮  2018/2/15 8:14:35  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:脱硫脱硝 二氧化硫 废水处理

北极星环保网讯:摘要:火电厂在生产的过程中,会产生一定量的废水,需要经过处理才能够进行排放,避免造成严重的环境污染。目前的技术手段多是利用物理、化学等手法实现。本文将对某电厂的生产情况进行概述,并从中探究其在废水处理过程中的具体方法。本文在进行充分的研究和论证后,选用催化氧化、厌氧生物处理等方式进行实验,总结出在脱硫脱硝过程中,尾液生物处理技术的具体应用。

关键词:废水处理;厌氧生物处理;生物处理;烟气

在目前电厂当中,选用的脱硫脱硝的废水处理方法主要有湿法烟气、半干法烟气和干法烟气,这三种方法各具特色,且随着发展逐渐成熟。但在我国,脱硫脱硝需要解决二氧化硫污染,并且需要避免酸雨的危害,因此我国研发出了类似于磷铵肥法、活性炭纤维法、软锰矿法等新型工艺方法,并在应用当中极具效果。然而这些方法造价高、建设难,难以得到大规模的推广。

一、电厂废水情况

本文所进行调查研究的电厂为国内某市级火电厂,该电厂的日发电总数约为400万kW,产生的废水约为350m³,为了能过妥善处理废水,避免造成环境污染,该电厂利用传统工艺建立了废水处理站,在废水处理站中,运用传统的物理处理工艺对废水进行处理。该废水处理站占地840㎡。本文在对废水处理站进行调查时,对其进水相关数据进行了全面统计[1]。其中,进水温度一般维持在37℃,最高不超过40℃;pH值大约为5-8呈中性或弱酸性。其余物质如T-SS、T-N、 、 等每升含量分别为2000mg、600mg、10000mg、8000mg。

二、废水处理传统工艺

(一)废水处理流程

火电厂构建的840㎡废水处理站采用了传统工艺当物理生化处理工艺,这种工艺具有较高处理能力。在五年来的运行过程中,废水处理始终保持稳定。在处理流程中,首先是电厂完成生产发电后,废水流出,直接流入到废水处理站中含有石灰乳的废水调节池当中,在流入含有PAC的混凝沉淀池中,经过泵的处理,进入到石英砂当中进行过滤,再加入到厌氧池。通过兼氧池和好氧池的投加碳源处理,废水流入二沉池,通过污泥脱水的方式,完成脱硫脱硝,再进行排放。

(二)废水处理工艺

在物理过程中,废水处理站主要负责将工业生产所产生的废水进行pH值的调节,一般来说,废水处理站为了能够将废水调节至合适的pH值,需要经过过滤和混凝两个步骤,在处理站内设立调节池,保证水力在其中的停留时间超过12小时,使其能够满足pH值调节的时间需要,再将水流导入竖流式的沉淀池当中,使用预装的混凝剂,促使废水在沉淀池当中能够增强沉淀,保证调节效果。与此同时,还需要在滤料当中加入必须的石英砂,借助石英砂反复冲洗的能力,使滤料能够在水流当中起到截污的效果。通过这一系列的物理处理,能够完成对废水中悬浮物起到清除的效果。

生化处理部分,则是沿袭了传统AAO工艺,选用厌氧池、兼氧池、好氧池三个部分组成处理结构进行处理。其中,电厂选用了钢制封闭的圆形处理器作为AAO工艺的主要构造主要构造,其中在厌氧池的池顶设置了硫化氢收集装置,在兼氧池池顶设置了8kW功率的一台搅拌机,而在好氧池池底则设置微孔曝气器,作为池体内部供气,借助鼓风机,可以保证气体流畅[2]。在结构当中,三个池体均为8*8m的设计,保证有效容积超过85m³。然而在具体的废水处理过程中,兼氧池反硝化过程大约为2小时,与之相对的厌氧池SRT则时间过长,最终造成聚磷菌长时间处于内源呼吸期,最终导致其内部的胞内糖原消耗殆尽,VFA吸收、PHB存储效果下滑严重,影响了废水处理的能力。

三、传统工艺处理结果分析

(一)运行结果

本文在电厂废水处理站中,对废水的前后处理数据进行了全面的统计和比对,并根据物理处理和升华处理两个部分,对废水中物质的含量进行了测算。其中,完成物理处理部分的废水,其T-SS含量下降到每升200mg,而T-N则达到每升450mg,处理效果较为明显。而在完成了生化处理后的废水,TSS含量下降至每升75mg,而T-N含量则为每升180mg,虽然相较于未经处理的废水有了较大程度的提升,但是相较于完成物理处理后的废水提升程度并不明显。

(二)结果分析

对于这一结果本文进行了分析。在运行了多年的废水处理站中,物理加生化的处理方法对TSS的去除能力较好,可以看出废水处理的设计能够满足排放的基本要求,但是T-N的去除效率不足75%,这一去除率无法达到令人满意的标准,水质超标十分严重。究其原因,本文认为应当主要为以下几个方面的原因。首先,废水处理工艺受限,在传统的生化处理工艺当中,好氧池长期存在的T-N浓度过高情况始终未能够得到技术解决,在废水处理站中,好氧池游离胺的浓度达到了每升10mg以上,并且深刻抑制了好氧池中异氧菌以及硝化细菌的作用,最终导致处理站无法完成硝化,从而使缺氧池受到污泥硝化液回流造成硝态氮浓度过低,从而导致反硝化效果极差。其次,好氧池的SRT较短,无法彻底进行硝化。此外,在兼氧池和好氧池当中所进行投放的碳源投加数量过大,从而在比值较低的废水当中造成了过量投加,形成浪费。

四、尾液生物处理技术

(一)工艺改进设想

为了能够解决以往工艺当中存在的生化处理效果不理想等问题,本文针对电厂生产和废水处理站的实际情况,对工艺的变革和改进进行了充分的设想,并确立了改善的基本方向。在以往的实验研究当中,研究者发现,一个污水脱氮流化床在反应器当中有一个自养微生物参与,则会出现厌氧氨氧化反应,其中,电子供体为 ,而电子受体 则会在氧化还原反应下生成 。在这一研究成果当中,机理体现出的优势是十分明显的。首先电子供体为氮氧,则可以节省有机碳源,并在一定程度上降低成本;其次厌氧氨氧化反应的过程中,反应器不需要进行曝气,避免了能耗和氧耗的增加;其三,菌世代的生长周期通常为十天,污泥产量较小。

本文所研究的电厂脱硫脱硝水质当中,进水总氮以及氨氮浓度较高,同时水温在40℃以下,可以利用厌氧氨氧化工艺进行废水的处理[3]。基于此,明确了“厌氧氨氧化→反硝化”的工艺流程改善方向设想,希望在废水处理站的改造过程当中,可以运用这一工艺来提升废水的处理能力,深刻避免不达标废水排出造成环境污染。

(二)多种烟气脱硫脱硝比较研究

相较于传统的烟气脱硫脱硝处理工艺,厌氧氨氧化作为一种新型的生物处理技术,对于火电厂废水的处理使具有一定优势的。

在我国目前的资源环境当中,火电厂所开展的废水烟气脱硫脱硝一般有磷铵肥法、活性炭纤维法、软锰矿法等常规方法。其中,磷铵肥法(PAFD)主要的特点为废水中二氧化硫脱出后,能够将其成功转化,使其成为生物肥料,这一方法很好地弥补了我国目前硫资源短缺的现实状况,同时脱硫率平均可以达到90%以上,是转害为利的一种新方法。而活性炭纤维法(ACFP)则有效利用脱硫活性炭这一新材料,使其在废水处理当中得以应用,从而脱出二氧化硫,该技术工艺过程简单、应用较为广泛,成为国家高新技术产业化项目指南,并获得了国家发明专利。软锰矿法则是利用具有较强脱硫能力的 在水溶液当中作为脱硫剂来使用。水溶液中二氧化硫与 发生还原反应,从而生成 ,实现烟气脱硫[4]。

除了以上常见的方法之外,在火电厂的烟气脱硫脱硝技术当中,还有等离子法、磷酸盐法、络合铁法、造纸黑液烟气法等优秀的工艺,但是在我国目前的能源环境当中,很难保证某一种工艺可以得到大面积推广,并作为主要的烟气脱硫脱硝工艺投入到生产实践当中。

对于我国来说,火电厂燃煤所产生的废水和烟气污染当中,二氧化硫占据了主要的内容,并且其所形成的酸雨危害也逐渐成为我国亟待解决的重要环境问题。然而在二氧化硫作为污染来源的同时,我国又是一个硫资源极其匮乏的国家,硫铁矿稀少使得无法满足硫酸生产需求。二者之间的矛盾造成了我国在面对火电厂烟气脱硫脱硝工艺时,通常会将目光放置在硫的二次利用之上。而在诸多工艺方面,生物处理对硫的回收能力最为显著。因此无论是从能源节约的角度还是从经济成本的角度,生物技术进行烟气脱硫脱硝,是目前研究者最为关心的内容。

(三)催化氧化脱硫实验

1.实验设备准备

本文在使用生物处理工艺进行脱硝脱硫之前,首先根据催化氧化脱硫的原理展开了脱硫实验,用以模拟真实的脱硫脱硝环境。实验设备准备选择如下:二氧化硫钢瓶一个,过滤器一个、空气钢瓶、缓冲气罐、N2钢瓶、压力表、转子流量计、大气采样器、恒温水浴缸、电子蠕动泵、吸收液、外循环汽提式反应器等,通过以上设备可以构成一个相对完整的环境模拟,以达到实验目的。

2.实验流程和实验方法

为了能够完成对真实情景中烟道气的模拟,本文选用了二氧化硫钢瓶、N2钢瓶和空气钢瓶来进行实验。在钢瓶之中,气体经过压阀可以转变成为现实当中烟道气的体积,通过转子流量器进行计量,然后进入到配气瓶当中,完成混合。在完成配置的烟道气的旁路,运用大气采样器对其进行采样,然后对模拟烟道气中所含有的二氧化硫浓度进行测量。本文选取的测量方法为碘量法,再对烟道气中二氧化硫浓度是否混合均匀进行观察,当发现混合和浓度都已经均匀稳定之后,则需要将其通过反应器底部推进至吸收液当中,与吸收液相互接触。通过定时的分段测量方法,对模拟烟气中二氧化硫的浓度进行分批次的检查和测算,从而根据稳定气态下二氧化硫浓度与原始二氧化硫浓度进行对比,最后计算得出二氧化硫的吸收效率。

3.实验结果分析

本文开展的实验环境为常压常温状态之下,温度设定为25℃,烟气流量设定为每小时0.5m³,反应器体积为1.5L,二氧化硫初始浓度约为3000ppm。

首先开展了锰元素对二氧化硫吸收率影响的实验,在以上的实验环境条件之下,液气比为每立方米4L,pH值为5-6弱酸性,催化剂选择了 。根据不同浓度的锰元素在烟气环境中的作用可以看出,随着浓度的不断增加,二氧化硫的吸收效率开始呈现出迅速增高的现象,当吸收效率达到97.2%时,吸收效率趋于稳定。由此可以看出,二氧化硫吸收效率的提升并不是简单的催化剂浓度的提高,在使用锰作为催化剂时,盲目提高催化剂浓度并不会起到更好的脱硫效果,反而容易造成严重的浪费,在具体使用过程中,应当综合考量多个方面的问题再确定催化剂的具体浓度。

其次本文又开展了铁元素对于二氧化硫吸收率的实验。在试验过程中,本文选择了 作为催化剂,其他实验条件与前者保持一致,开展催化反应。试验过程中,二氧化硫的去除率变化与前者十分相似,都是在催化剂浓度刚刚升高时,二氧化硫去除率出现迅速增高现象,而当去除率达到94.3%左右时,催化剂浓度提升,二氧化硫去除率却趋于平稳。因此与前者一样,铁元素作为催化剂在脱硫实验当中也不可盲目提高浓度。

在此基础上,本文进行了两种催化剂混合脱硫的实验,在实验过程中,本文分别配置了1#催化吸收液和2#催化吸收液,其中,1#催化吸收液由0.0005mol/l锰和0.0005mol/l铁混合而成,而2#催化吸收液则由0.0005mol/l锰和0.001mol/l铁混合而成。经过两组实验催化吸收液在脱硫过程中的效果对比,1#催化吸收液脱硫率可以达到98%以上,效果最好,由此可以看出,这一配比的催化剂具有较高的二氧化硫去除作用。

(四)厌氧生物处理吸收尾液实验

有了上文的实验分析和研究,本文针对这一特点选用了升流式厌氧污泥床开展厌氧生物处理吸收尾液的实验。作为一种高效厌氧处理系统,与传统的厌氧池不同,升流式厌氧污泥床实验所选用的UASB反应器具有厌氧过滤和活性污泥法双重特色,运行费用低、效果好、耐冲击负荷、适应多种环境变化。

1.UASB的作用

目前主流的UASB反应器一般是由进水配水、反应区、三相分离器、出水系统、气罩五个部分构成,在工作过程中,下部反应区需要完成大部分的良好沉降以及生物活性,从而形成厌氧颗粒泥床,反应器运行后,电厂所产生的废水会按照规定流速进入到污泥床的底部,并与污泥进行接触,在利用厌氧菌所具有的新陈代谢作用,完成酸化和甲烷化[5],从而使废水当中存有的有机物得以分解,产生沼气。在污泥床中,沼气会以气泡的形式逐渐上升,在周围混合液的作用之下发生搅拌作用,进入到悬浮污泥层。在这一层中,沼气与污泥发生接触,水、气、泥三者上升至三相分离器内部,完成分离。在重力作用下,污泥沿斜壁落下,清液则从沉淀区排走。

2.UASB的实验分析

在以往的应用过程中,UASB反应器具有十分突出的优势,作为生物处理技术,它相较于传统物理技术或生化技术来说,无论是技术性还是可行性都有较大的飞跃。本文在针对电厂废水处理站的改良中,选用了UASB反应器开展了对废水脱硫脱硝的实验。在实验反应器的设计过程中,最重要的部分为三相分离器的设计。三相分离器在UASB中应当具备沉淀区、回流缝、气液分离三个部分,其中,沉淀区的沉降斜面要具有45°至60°大小的夹角,总面积为反应器水平截面20%左右。此外,试验过程中还需要蠕动泵、配水槽、温控仪、加热器、水封、气表等辅助设备。

首先,将火电厂所产生的废水利用换热器进行升温,再使用蠕动泵将其打入到UASB反应器当中,废水进入到反应器,最先会通过反应器底部的厌氧污泥床,并在污泥床中受到硫酸盐还原作用形成硫化氢气体,气体到达三相分离器后,气体、固体和液体在分离器作用之下分离,气体则停留在气室内,在水封之后进入到下一步工序。本文对硫化氢气体量进行了全面检测,运用了LML1型湿式流量计,再通过观察了解到启动期内COD的变化规律,最后对COD去除率、氧化还原电位、硫化物、硫化氢的产量变化做出分析和测定。

3.烟气脱硫尾液的生物厌氧处理可行性

在UASB反应器的实验当中,本文选用葡萄糖为碳源,对 所开展的生物还原过程进行研究,其中设定了温度为34-36℃之间,同时pH值为6-6.5,CODcr/ 在1-4,hrt为4小时等具体的实验条件。实验结果现实硫酸根去除率接近98%,并生成约每升300mg的可溶性硫化物以及每升100mg的硫化氢。此外,实验中所选用的碳源为工业葡萄糖,这种材料来源广泛、价格低廉,具有较好的经济价值,而在 的生物还原实验当中,生物处理工艺可以实现单质硫的回收,能够使其作为极有价值的脱硫副产品。

结论:综上所述,在面对火电厂排放污染时,传统的烟气脱硫脱硝技术既无法保证成功率和去除率标准,同时也无法起到较高的经济价值。本文所选用的尾液生物处理技术,借助了UASB反应器设备,一方面提升了去除率,使废水排放更加安全,同时脱出后的硫可以二次利用,提升了资源的利用价值。

参考文献:

[1]于德爽,李津,韩长民. 火电厂烟气脱硫脱硝尾液生物处理技术浅析[J/OL]. 青岛理工大学学报,2014,35(05):1-6. (2014-09-29)

[2]赵一更,白晓雁. 火电厂烟气脱硫脱硝技术[J]. 科技资讯,2014,12(10):103-105.

[3]冯威. 火电厂烟气脱硫脱硝一体化技术的发展[J]. 广州化工,2013,41(08):50-51+93.

[4]胡勇,李秀峰. 火电厂锅炉烟气脱硫脱硝协同控制技术研究进展和建议[J]. 江西化工,2011,(02):27-31.

[5]朱卫东. 火电厂烟气脱硫脱硝监测分析及氨逃逸量检测[J]. 分析仪器,2010,(01):88-94.

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