火電廠煙氣脫硫脫硝尾液生物處理技術(shù)的分析

摘要：火電廠在生產(chǎn)的過程中，會產(chǎn)生一定量的廢水，需要經(jīng)過處理才能夠進(jìn)行排放，避免造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前的技術(shù)手段多是利用物理、化學(xué)等手法實現(xiàn)。本文將對某電廠的生產(chǎn)情況進(jìn)行概述，并從中探究其在廢水處理過程中的具體方法。本文在進(jìn)行充分的研究和論證后，選用催化氧化、厭氧生物處理等方式進(jìn)行實驗，總結(jié)出在脫硫脫硝過程中，尾液生物處理技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：廢水處理;厭氧生物處理;生物處理;煙氣

在目前電廠當(dāng)中，選用的脫硫脫硝的廢水處理方法主要有濕法煙氣、半干法煙氣和干法煙氣，這三種方法各具特色，且隨著發(fā)展逐漸成熟。但在我國，脫硫脫硝需要解決二氧化硫污染，并且需要避免酸雨的危害，因此我國研發(fā)出了類似于磷銨肥法、活性炭纖維法、軟錳礦法等新型工藝方法，并在應(yīng)用當(dāng)中極具效果。然而這些方法造價高、建設(shè)難，難以得到大規(guī)模的推廣。

一、電廠廢水情況

本文所進(jìn)行調(diào)查研究的電廠為國內(nèi)某市級火電廠，該電廠的日發(fā)電總數(shù)約為400萬kW，產(chǎn)生的廢水約為350m³，為了能過妥善處理廢水，避免造成環(huán)境污染，該電廠利用傳統(tǒng)工藝建立了廢水處理站，在廢水處理站中，運(yùn)用傳統(tǒng)的物理處理工藝對廢水進(jìn)行處理。該廢水處理站占地840㎡。本文在對廢水處理站進(jìn)行調(diào)查時，對其進(jìn)水相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面統(tǒng)計[1]。其中，進(jìn)水溫度一般維持在37℃，最高不超過40℃;pH值大約為5-8呈中性或弱酸性。其余物質(zhì)如T-SS、T-N、 、 等每升含量分別為2000mg、600mg、10000mg、8000mg。

二、廢水處理傳統(tǒng)工藝

(一)廢水處理流程

火電廠構(gòu)建的840㎡廢水處理站采用了傳統(tǒng)工藝當(dāng)物理生化處理工藝，這種工藝具有較高處理能力。在五年來的運(yùn)行過程中，廢水處理始終保持穩(wěn)定。在處理流程中，首先是電廠完成生產(chǎn)發(fā)電后，廢水流出，直接流入到廢水處理站中含有石灰乳的廢水調(diào)節(jié)池當(dāng)中，在流入含有PAC的混凝沉淀池中，經(jīng)過泵的處理，進(jìn)入到石英砂當(dāng)中進(jìn)行過濾，再加入到厭氧池。通過兼氧池和好氧池的投加碳源處理，廢水流入二沉池，通過污泥脫水的方式，完成脫硫脫硝，再進(jìn)行排放。

(二)廢水處理工藝

在物理過程中，廢水處理站主要負(fù)責(zé)將工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行pH值的調(diào)節(jié)，一般來說，廢水處理站為了能夠?qū)U水調(diào)節(jié)至合適的pH值，需要經(jīng)過過濾和混凝兩個步驟，在處理站內(nèi)設(shè)立調(diào)節(jié)池，保證水力在其中的停留時間超過12小時，使其能夠滿足pH值調(diào)節(jié)的時間需要，再將水流導(dǎo)入豎流式的沉淀池當(dāng)中，使用預(yù)裝的混凝劑，促使廢水在沉淀池當(dāng)中能夠增強(qiáng)沉淀，保證調(diào)節(jié)效果。與此同時，還需要在濾料當(dāng)中加入必須的石英砂，借助石英砂反復(fù)沖洗的能力，使濾料能夠在水流當(dāng)中起到截污的效果。通過這一系列的物理處理，能夠完成對廢水中懸浮物起到清除的效果。

生化處理部分，則是沿襲了傳統(tǒng)AAO工藝，選用厭氧池、兼氧池、好氧池三個部分組成處理結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。其中，電廠選用了鋼制封閉的圓形處理器作為AAO工藝的主要構(gòu)造主要構(gòu)造，其中在厭氧池的池頂設(shè)置了硫化氫收集裝置，在兼氧池池頂設(shè)置了8kW功率的一臺攪拌機(jī)，而在好氧池池底則設(shè)置微孔曝氣器，作為池體內(nèi)部供氣，借助鼓風(fēng)機(jī)，可以保證氣體流暢[2]。在結(jié)構(gòu)當(dāng)中，三個池體均為8*8m的設(shè)計，保證有效容積超過85m³。然而在具體的廢水處理過程中，兼氧池反硝化過程大約為2小時，與之相對的厭氧池SRT則時間過長，最終造成聚磷菌長時間處于內(nèi)源呼吸期，最終導(dǎo)致其內(nèi)部的胞內(nèi)糖原消耗殆盡，VFA吸收、PHB存儲效果下滑嚴(yán)重，影響了廢水處理的能力。

三、傳統(tǒng)工藝處理結(jié)果分析

(一)運(yùn)行結(jié)果

本文在電廠廢水處理站中，對廢水的前后處理數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的統(tǒng)計和比對，并根據(jù)物理處理和升華處理兩個部分，對廢水中物質(zhì)的含量進(jìn)行了測算。其中，完成物理處理部分的廢水，其T-SS含量下降到每升200mg，而T-N則達(dá)到每升450mg，處理效果較為明顯。而在完成了生化處理后的廢水，TSS含量下降至每升75mg，而T-N含量則為每升180mg，雖然相較于未經(jīng)處理的廢水有了較大程度的提升，但是相較于完成物理處理后的廢水提升程度并不明顯。

(二)結(jié)果分析

對于這一結(jié)果本文進(jìn)行了分析。在運(yùn)行了多年的廢水處理站中，物理加生化的處理方法對TSS的去除能力較好，可以看出廢水處理的設(shè)計能夠滿足排放的基本要求，但是T-N的去除效率不足75%，這一去除率無法達(dá)到令人滿意的標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)超標(biāo)十分嚴(yán)重。究其原因，本文認(rèn)為應(yīng)當(dāng)主要為以下幾個方面的原因。首先，廢水處理工藝受限，在傳統(tǒng)的生化處理工藝當(dāng)中，好氧池長期存在的T-N濃度過高情況始終未能夠得到技術(shù)解決，在廢水處理站中，好氧池游離胺的濃度達(dá)到了每升10mg以上，并且深刻抑制了好氧池中異氧菌以及硝化細(xì)菌的作用，最終導(dǎo)致處理站無法完成硝化，從而使缺氧池受到污泥硝化液回流造成硝態(tài)氮濃度過低，從而導(dǎo)致反硝化效果極差。其次，好氧池的SRT較短，無法徹底進(jìn)行硝化。此外，在兼氧池和好氧池當(dāng)中所進(jìn)行投放的碳源投加數(shù)量過大，從而在比值較低的廢水當(dāng)中造成了過量投加，形成浪費(fèi)。

四、尾液生物處理技術(shù)

(一)工藝改進(jìn)設(shè)想

為了能夠解決以往工藝當(dāng)中存在的生化處理效果不理想等問題，本文針對電廠生產(chǎn)和廢水處理站的實際情況，對工藝的變革和改進(jìn)進(jìn)行了充分的設(shè)想，并確立了改善的基本方向。在以往的實驗研究當(dāng)中，研究者發(fā)現(xiàn)，一個污水脫氮流化床在反應(yīng)器當(dāng)中有一個自養(yǎng)微生物參與，則會出現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)，其中，電子供體為 ,而電子受體 則會在氧化還原反應(yīng)下生成 。在這一研究成果當(dāng)中，機(jī)理體現(xiàn)出的優(yōu)勢是十分明顯的。首先電子供體為氮氧，則可以節(jié)省有機(jī)碳源，并在一定程度上降低成本;其次厭氧氨氧化反應(yīng)的過程中，反應(yīng)器不需要進(jìn)行曝氣，避免了能耗和氧耗的增加;其三，菌世代的生長周期通常為十天，污泥產(chǎn)量較小。

本文所研究的電廠脫硫脫硝水質(zhì)當(dāng)中，進(jìn)水總氮以及氨氮濃度較高，同時水溫在40℃以下，可以利用厭氧氨氧化工藝進(jìn)行廢水的處理[3]。基于此，明確了“厭氧氨氧化→反硝化”的工藝流程改善方向設(shè)想，希望在廢水處理站的改造過程當(dāng)中，可以運(yùn)用這一工藝來提升廢水的處理能力，深刻避免不達(dá)標(biāo)廢水排出造成環(huán)境污染。

(二)多種煙氣脫硫脫硝比較研究

相較于傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝處理工藝，厭氧氨氧化作為一種新型的生物處理技術(shù)，對于火電廠廢水的處理使具有一定優(yōu)勢的。

在我國目前的資源環(huán)境當(dāng)中，火電廠所開展的廢水煙氣脫硫脫硝一般有磷銨肥法、活性炭纖維法、軟錳礦法等常規(guī)方法。其中，磷銨肥法(PAFD)主要的特點(diǎn)為廢水中二氧化硫脫出后，能夠?qū)⑵涑晒D(zhuǎn)化，使其成為生物肥料，這一方法很好地彌補(bǔ)了我國目前硫資源短缺的現(xiàn)實狀況，同時脫硫率平均可以達(dá)到90%以上，是轉(zhuǎn)害為利的一種新方法。而活性炭纖維法(ACFP)則有效利用脫硫活性炭這一新材料，使其在廢水處理當(dāng)中得以應(yīng)用，從而脫出二氧化硫，該技術(shù)工藝過程簡單、應(yīng)用較為廣泛，成為國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目指南，并獲得了國家發(fā)明專利。軟錳礦法則是利用具有較強(qiáng)脫硫能力的 在水溶液當(dāng)中作為脫硫劑來使用。水溶液中二氧化硫與 發(fā)生還原反應(yīng)，從而生成 ，實現(xiàn)煙氣脫硫[4]。

除了以上常見的方法之外，在火電廠的煙氣脫硫脫硝技術(shù)當(dāng)中，還有等離子法、磷酸鹽法、絡(luò)合鐵法、造紙黑液煙氣法等優(yōu)秀的工藝，但是在我國目前的能源環(huán)境當(dāng)中，很難保證某一種工藝可以得到大面積推廣，并作為主要的煙氣脫硫脫硝工藝投入到生產(chǎn)實踐當(dāng)中。

對于我國來說，火電廠燃煤所產(chǎn)生的廢水和煙氣污染當(dāng)中，二氧化硫占據(jù)了主要的內(nèi)容，并且其所形成的酸雨危害也逐漸成為我國亟待解決的重要環(huán)境問題。然而在二氧化硫作為污染來源的同時，我國又是一個硫資源極其匱乏的國家，硫鐵礦稀少使得無法滿足硫酸生產(chǎn)需求。二者之間的矛盾造成了我國在面對火電廠煙氣脫硫脫硝工藝時，通常會將目光放置在硫的二次利用之上。而在諸多工藝方面，生物處理對硫的回收能力最為顯著。因此無論是從能源節(jié)約的角度還是從經(jīng)濟(jì)成本的角度，生物技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硫脫硝，是目前研究者最為關(guān)心的內(nèi)容。

(三)催化氧化脫硫?qū)嶒?/p>

1.實驗設(shè)備準(zhǔn)備

本文在使用生物處理工藝進(jìn)行脫硝脫硫之前，首先根據(jù)催化氧化脫硫的原理展開了脫硫?qū)嶒?，用以模擬真實的脫硫脫硝環(huán)境。實驗設(shè)備準(zhǔn)備選擇如下：二氧化硫鋼瓶一個，過濾器一個、空氣鋼瓶、緩沖氣罐、N2鋼瓶、壓力表、轉(zhuǎn)子流量計、大氣采樣器、恒溫水浴缸、電子蠕動泵、吸收液、外循環(huán)汽提式反應(yīng)器等，通過以上設(shè)備可以構(gòu)成一個相對完整的環(huán)境模擬，以達(dá)到實驗?zāi)康摹?/p>

2.實驗流程和實驗方法

為了能夠完成對真實情景中煙道氣的模擬，本文選用了二氧化硫鋼瓶、N2鋼瓶和空氣鋼瓶來進(jìn)行實驗。在鋼瓶之中，氣體經(jīng)過壓閥可以轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實當(dāng)中煙道氣的體積，通過轉(zhuǎn)子流量器進(jìn)行計量，然后進(jìn)入到配氣瓶當(dāng)中，完成混合。在完成配置的煙道氣的旁路，運(yùn)用大氣采樣器對其進(jìn)行采樣，然后對模擬煙道氣中所含有的二氧化硫濃度進(jìn)行測量。本文選取的測量方法為碘量法，再對煙道氣中二氧化硫濃度是否混合均勻進(jìn)行觀察，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混合和濃度都已經(jīng)均勻穩(wěn)定之后，則需要將其通過反應(yīng)器底部推進(jìn)至吸收液當(dāng)中，與吸收液相互接觸。通過定時的分段測量方法，對模擬煙氣中二氧化硫的濃度進(jìn)行分批次的檢查和測算，從而根據(jù)穩(wěn)定氣態(tài)下二氧化硫濃度與原始二氧化硫濃度進(jìn)行對比，最后計算得出二氧化硫的吸收效率。

3.實驗結(jié)果分析

本文開展的實驗環(huán)境為常壓常溫狀態(tài)之下，溫度設(shè)定為25℃，煙氣流量設(shè)定為每小時0.5m³，反應(yīng)器體積為1.5L，二氧化硫初始濃度約為3000ppm。

首先開展了錳元素對二氧化硫吸收率影響的實驗，在以上的實驗環(huán)境條件之下，液氣比為每立方米4L，pH值為5-6弱酸性，催化劑選擇了 。根據(jù)不同濃度的錳元素在煙氣環(huán)境中的作用可以看出，隨著濃度的不斷增加，二氧化硫的吸收效率開始呈現(xiàn)出迅速增高的現(xiàn)象，當(dāng)吸收效率達(dá)到97.2%時，吸收效率趨于穩(wěn)定。由此可以看出，二氧化硫吸收效率的提升并不是簡單的催化劑濃度的提高，在使用錳作為催化劑時，盲目提高催化劑濃度并不會起到更好的脫硫效果，反而容易造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，在具體使用過程中，應(yīng)當(dāng)綜合考量多個方面的問題再確定催化劑的具體濃度。

其次本文又開展了鐵元素對于二氧化硫吸收率的實驗。在試驗過程中，本文選擇了 作為催化劑，其他實驗條件與前者保持一致，開展催化反應(yīng)。試驗過程中，二氧化硫的去除率變化與前者十分相似，都是在催化劑濃度剛剛升高時，二氧化硫去除率出現(xiàn)迅速增高現(xiàn)象，而當(dāng)去除率達(dá)到94.3%左右時，催化劑濃度提升，二氧化硫去除率卻趨于平穩(wěn)。因此與前者一樣，鐵元素作為催化劑在脫硫?qū)嶒灝?dāng)中也不可盲目提高濃度。

在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了兩種催化劑混合脫硫的實驗，在實驗過程中，本文分別配置了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錳和0.0005mol/l鐵混合而成，而2#催化吸收液則由0.0005mol/l錳和0.001mol/l鐵混合而成。經(jīng)過兩組實驗催化吸收液在脫硫過程中的效果對比，1#催化吸收液脫硫率可以達(dá)到98%以上，效果最好，由此可以看出，這一配比的催化劑具有較高的二氧化硫去除作用。

(四)厭氧生物處理吸收尾液實驗

有了上文的實驗分析和研究，本文針對這一特點(diǎn)選用了升流式厭氧污泥床開展厭氧生物處理吸收尾液的實驗。作為一種高效厭氧處理系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的厭氧池不同，升流式厭氧污泥床實驗所選用的UASB反應(yīng)器具有厭氧過濾和活性污泥法雙重特色，運(yùn)行費(fèi)用低、效果好、耐沖擊負(fù)荷、適應(yīng)多種環(huán)境變化。

1.UASB的作用

目前主流的UASB反應(yīng)器一般是由進(jìn)水配水、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、出水系統(tǒng)、氣罩五個部分構(gòu)成，在工作過程中，下部反應(yīng)區(qū)需要完成大部分的良好沉降以及生物活性，從而形成厭氧顆粒泥床，反應(yīng)器運(yùn)行后，電廠所產(chǎn)生的廢水會按照規(guī)定流速進(jìn)入到污泥床的底部，并與污泥進(jìn)行接觸，在利用厭氧菌所具有的新陳代謝作用，完成酸化和甲烷化[5]，從而使廢水當(dāng)中存有的有機(jī)物得以分解，產(chǎn)生沼氣。在污泥床中，沼氣會以氣泡的形式逐漸上升，在周圍混合液的作用之下發(fā)生攪拌作用，進(jìn)入到懸浮污泥層。在這一層中，沼氣與污泥發(fā)生接觸，水、氣、泥三者上升至三相分離器內(nèi)部，完成分離。在重力作用下，污泥沿斜壁落下，清液則從沉淀區(qū)排走。

2.UASB的實驗分析

在以往的應(yīng)用過程中，UASB反應(yīng)器具有十分突出的優(yōu)勢，作為生物處理技術(shù)，它相較于傳統(tǒng)物理技術(shù)或生化技術(shù)來說，無論是技術(shù)性還是可行性都有較大的飛躍。本文在針對電廠廢水處理站的改良中，選用了UASB反應(yīng)器開展了對廢水脫硫脫硝的實驗。在實驗反應(yīng)器的設(shè)計過程中，最重要的部分為三相分離器的設(shè)計。三相分離器在UASB中應(yīng)當(dāng)具備沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離三個部分，其中，沉淀區(qū)的沉降斜面要具有45°至60°大小的夾角，總面積為反應(yīng)器水平截面20%左右。此外，試驗過程中還需要蠕動泵、配水槽、溫控儀、加熱器、水封、氣表等輔助設(shè)備。

首先，將火電廠所產(chǎn)生的廢水利用換熱器進(jìn)行升溫，再使用蠕動泵將其打入到UASB反應(yīng)器當(dāng)中，廢水進(jìn)入到反應(yīng)器，最先會通過反應(yīng)器底部的厭氧污泥床，并在污泥床中受到硫酸鹽還原作用形成硫化氫氣體，氣體到達(dá)三相分離器后，氣體、固體和液體在分離器作用之下分離，氣體則停留在氣室內(nèi)，在水封之后進(jìn)入到下一步工序。本文對硫化氫氣體量進(jìn)行了全面檢測，運(yùn)用了LML1型濕式流量計，再通過觀察了解到啟動期內(nèi)COD的變化規(guī)律，最后對COD去除率、氧化還原電位、硫化物、硫化氫的產(chǎn)量變化做出分析和測定。

3.煙氣脫硫尾液的生物厭氧處理可行性

在UASB反應(yīng)器的實驗當(dāng)中，本文選用葡萄糖為碳源，對 所開展的生物還原過程進(jìn)行研究，其中設(shè)定了溫度為34-36℃之間，同時pH值為6-6.5，CODcr/ 在1-4，hrt為4小時等具體的實驗條件。實驗結(jié)果現(xiàn)實硫酸根去除率接近98%，并生成約每升300mg的可溶性硫化物以及每升100mg的硫化氫。此外，實驗中所選用的碳源為工業(yè)葡萄糖，這種材料來源廣泛、價格低廉，具有較好的經(jīng)濟(jì)價值，而在 的生物還原實驗當(dāng)中，生物處理工藝可以實現(xiàn)單質(zhì)硫的回收，能夠使其作為極有價值的脫硫副產(chǎn)品。

結(jié)論：綜上所述，在面對火電廠排放污染時，傳統(tǒng)的煙氣脫硫脫硝技術(shù)既無法保證成功率和去除率標(biāo)準(zhǔn)，同時也無法起到較高的經(jīng)濟(jì)價值。本文所選用的尾液生物處理技術(shù)，借助了UASB反應(yīng)器設(shè)備，一方面提升了去除率，使廢水排放更加安全，同時脫出后的硫可以二次利用，提升了資源的利用價值。

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