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烟气脱硫净化废水处理摘要在制定湿式石灰石烟气脱硫（FGD）改造项目时，公共工程还必须为相关的污水处理系统（WWTS）处理洗涤绿化气流制定一项计划。这种净化气流需要在洗涤中控制氯化物浓度和集聚的固体粉末。 在这篇文章中，烟气脱硫净化气流的特点将被确定，而且影响那些特点的项目也会被讨论，这些项目有煤炭来源，石灰石质量，洗涤器的设计和水质的组成。影响烟气脱硫废水处理系统的设计和大小的主要因素也将进行讨论。若干个案将被提出以说明由于烟气脱硫净化特点和最终处理的污水的要求相结合的不同的废水处理系统。在将来的变化中操作程序和系统的灵活性也会说明。一些经验也会被提交到当前正在运行的，建设中的或设计中的系统。 说明烟气脱硫仍然是当前的热点话题，因为许多公共事业正在从事或已经完成了改造项目以满足第二阶段的清洁空气法案的排放标准。在2006到2011年之间，一大批项目正在和将要完成，但是改造会继续道2015年2020年。大量的烟气脱硫项目湿式石灰石氧化（LSFO）洗涤器。 在洗涤器中为了支持所需的运行环境，净化气流从主要用于氯化控制的洗涤系统内排放（对符合洗涤塔的建造材料并实现脱硫效率），有时在吸收器中净化气流对于粉尘控制时必要的。烟气脱硫净化气流包含从煤炭，石灰和补充水中的污染物。它是酸性的，过饱和石膏除了石膏，重金属，氯化物，镁及溶解性有机化合物还包含大量溶解性的固体和悬浮固体。重金属是一个有广泛定义内容的术语，它包括显现出来的金属特性，还包括过度金属，金属，镧系元素和锕。重金属的一部分子集通常重点是全国污染排放清除系统（NPDES）许可和脱硫净化废水处理系统的性能要求。 对于一些坐落在大河或水体边上的工厂，是允许烟气脱硫净化排入可以沉淀悬浮固体，调节pH,，稀释重金属浓度的灰沉淀池，这些仅仅需要混合少量的烟气脱硫净化产物和灰池塘水。对于这些工厂，灰池排放流满足NPDES允许排放许可。 通常情况下，排放到受纳水体之前要先对净化后的废水进行处理。这些通常也适用于一些有直接冷却水系统可以排放到大河中共混合的工厂。一些备选办法可以考虑：1. 物理/化学处理方法可以减少总悬浮固体，调节pH值，使气流不饱和，减少重金属。在美国，这种在烟气脱硫改造项目中最常用的系统自从2004年以来已经有15个安装和运行，超过25个正在建设。2. 生物处理减少选定的重金属，COD/BOD5，总氮。用于选定的工厂时，可以用来降低硒的水平，减少由有机酸引起的COD/BOD5.或者减少总氮（通常是由于从SCR单元溢出的氨气）。生物系统通常是先于物理化学系统。2004年以来，大约有8个生物系统安装和计划安装了。3. 零液体排放的热量单位（蒸发器，结晶器，喷雾干燥器）。1990，只有一个在美国短暂经营，且面临结构，腐蚀和高成本的挑战。最近几年有两个工厂已经开始建设，一个正在建设，另一个在施工中已经取消了。4. 一些海外的设施要开始建设和正在建设中尚未有业绩报告。5. 深井注射的零液体排放。只有一个在美国运行中，另一个正在建设。这个选择有一个相当高的成本资本（每口井5-6万，每个点2-3口井）。深井注射在使废水不饱和之前仍然需要一个物理化学处理系统，以防止高温结垢和深井高压环境。6. 混合了脱硫烟气净化飞灰的污泥稳定后用于土地填埋。当前没有正在建设的，但是在1970/80年大约有15个。这种方法避免了销售粉煤灰用于商业产品，但是血药额外的填埋量。在某个电厂这个选项正在被考虑，但是粉煤灰的数量不能被保证。7. 堆积石灰或者最终处置或者将来重新吸收。过量的流体的径流会被收集到水池里，后者与飞灰水混合。一些这样的设计正在建设中。8. 人工湿地-生物过程。三个已经完成了，但是结果好坏参半。这些所有的处理过程中，最常用的是物理化学系统，这是本文首要的主题。烟气脱硫废水对于不同的工厂有不同的组成，污水流量和特征收到煤炭燃烧率，氯离子洗涤浓度平衡，粉煤灰去除效率，石膏脱水系统的类型和效率，使用的烟气脱硫工艺，煤炭和煤炭，石灰和补充水的组成。维持目标氯化物浓度平衡需要的净化率直接依赖于煤炭含量和煤炭燃烧率粉河盆地煤氯化物的含量一般都远低于东部沥青煤。因此，对于某一目标的平和氯离子浓度，在烟气脱硫废水中金属的浓度会比东部沥青煤的含量高。此外，对于某一特定电厂，如果燃烧煤比设计基础煤炭具有较低的含氯量，那洗涤器可能会以净化氯率低于设计值运行，这种情况可能导致其他成分含量更高。浓度的增加对于一些重金属很重要，比如硒，其浓度在取决于处理过程中的进水浓度，而不是取决于金属化合物的溶解度。由于煤炭实际含氯量的变化，煤中含氯量的对于净化氯化物（目标平衡氯离子）的预测浓度的组成和对于净化速率的变化和特征的影响几乎与煤炭硫含浓度无关。除了未经处理的废水的特征的变化，排放的限制也可以随着工厂的不同而又很大的差异，这依靠于工厂所在的州，现有的排放的高流量（例如冷却水），接受的水体的性质，和一年中进入烟气脱硫系统的烟气。在同一个监管区域，工厂改造后的NPDES许可与更早建立的工厂似乎更为严格，系统有笔筒的规格，从20gpm到1200gpm.下面的变革描述了三个工厂净化特点和排放限制。这表明对于一些工厂排放和净化的变化和一些指定的净化成分不报告和在一些工厂许多成分对于排放限制来说不适用的事实。所以，每个工厂将会有他们指定的净化和排放限制。 表一 三个代表性的工厂的脱硫废水的特征及排放要求（不同工厂的个案研究后文件）Plant1 Plant2 Plant3参数指定净化排放限制指定净化排放限制指定净化排放限制pH5.0-6.06.5 9.05.5 6.56.5 8.05.5 656 - 9温度（F）125NA125NA130组成ppmppmppmppmppmppmTSS180001015000302000015TDS40,00040,00030,000NANRNA氯化物15,00015,00015,000NANRNA总氮NRNA8110NRNA铝101.5122142锑0.550.55NA0,20.20.2砷1.50.13NA30.1钡44NRNA0.0040.004铍0.10.10.1NA硼300NANRNA600600钙0.450.10.50.030.50.1总铬0.30.10.50.030.50.1钴0.20.10.20.20.1铁200.5201NRNA铅0.50.140.140.1镁1500NA1500NA70007000锰NRNANRNA3003汞0.50.0020.80.0010.80.001钼0.25NRNRNANRNA镍21050.361硒4.63552.835银0.30.020.30.050.030.05铊0.20.20.1NA0.10.1钒1.4251.4251NA11锌50.150.180.1 物理化学处理不会影响参数，但是一些参与的处理可能发生。 烟气脱硫净化处理洗涤净化流式一个专门处理废水的设施，而不是现有的处理系统，理由如下1. 电厂现有的废水处理设备没有足够的能力用来增加烟气净化流程。2. 现在的处理设施的建设的材料最有可能不适于处理高氯流烟气脱硫废水。3. 如果现有的系统没有整个化学状态，高矿化度和饱和条件的烟气脱硫废水可能会导致扩大现有的系统。4. 该处理设施的工艺设计可能不足以提供了非常严格的废水排放限制可能被强迫的烟气脱硫废水。5. 脱硫废水处理释放的额外污泥的质量可能超出污泥和固体处理能力的现行制度。具体烟气脱硫废水处理系统的设计必须满足当前的废水组成和排放要求，但也有一定的灵活性，以满足未来的要求，作为设计和建造或希望稍作修改或附加到系统上。在废水处理系统中，一个基本构建模块是一个综合的物理/化学处理系统，所代表的数字2，3，和4.在一个两级的水力旋流器系统，气流包括0.53%悬浮固体（包括未反应的或惰性的石膏和粉末）和被引导到均衡池，它提供了一种手段来减轻流动和化学净化。 废水抽至1号反应罐，此外碱（通常是熟石灰）调节pH,到8.59.2，和石膏去饱和的废水。适当的控制pH对于优化加入的化学物质沉淀重金属的效率是必要的。重要的是不能允许pH搞到9.2，以避免镁沉淀，这将大大增加脱水固体的总量，影响脱水性能，大大增加扩大系统的潜力。 在下面澄清池回收的活性污泥可以石膏增长提供晶体以帮助去饱和的过程，这对于防止形成下游的大规模设备是至关重要的。碱的添加会使大量的金属沉淀，如铝，铁，锰等金属氢氧化物。一些重金属将会以氢氧化物的形式在这个步骤沉淀，然而金属硫化物有比金属氢氧化物更低的溶解度。因此，为了满足重金属的低排放要求，有机硫化合物在一个封闭的2号反应罐内进一步沉淀大量的重金属。为了强化混凝效果，可以再3号反应器内加入铁盐，如三氯化铁。铁盐可以帮助形成致密的絮凝物，从而改善澄清性能。此外，铁盐还可以与其他的金属，非金属和有机物形成共沉淀。絮凝后，聚合物加入到澄清池中的混合区域以协助絮凝剂和固体沉淀。在这一个特殊的工艺设计中，用固体接触澄清池对废水进行接触澄清。经过澄清后，可以使用比硫酸便宜的盐酸调节pH到中性。硫酸将会曾加出水的饱和度，并可能导致下游设备的结垢。处理的出水通过重力过滤净化以减少排放的总悬浮固体和金属。从重力过滤器出来的废物最终进入均衡池重新反应。处理过的水直接排放。在一些工厂，处理的污水在排放到水体之前进入灰池或者与冷却系统的水混合。澄清池固体污泥的含量通常是10-15%，在压滤机过滤脱水之前，把污泥注入贮泥池。对于压力过滤操作来说污泥罐的容积符合实际的计划。一些公共设施只是在白天和平时运行压滤机。在那种境况下，污泥池的大小是根据在周末和假期积累的污泥。最常见的用于处理脱硫废水污泥的压滤机书凹进厅式压力机（板框式）。对于污泥量很大的生产（大于2000000磅/天干污泥），使用带式压滤机。从压滤机排出的脱水固体（通常叫做滤饼）含固率在40-50%，在垃圾填埋场进行无害化处理，垃圾填埋场可以是场内的也可以是场外的。脱水固体一般需要通过环保局的”滤料过滤液体测试”，为了保证无毒，它们的垃圾渗滤液应符合联邦法律规定的毒性。脱水固体既可以排放到可移动的容器（滚装箱），也可以直接放到卡车上。这种方法需要考虑的包括：频率压滤机运行，卡车的花费以及噪音（如果靠近居民区的话，滚装箱发出的声音可能不适宜）。对于依靠排放许可证的电厂，可能需要在物理化学处理后加入额外的处理。一些国家或地区要求（如切萨皮克湾倡议）限制总氮的排放。烟气脱硫废水中氮的来源经常是从SCR单元溢流出来的。一些国家限制选择气流中的硒（如北卡罗来那州），而其他的则限制在使用二元酸和有机酸洗涤作业中产生的有机负荷（BOD/COD）。为了把污染物减少到可以接受的水平，在物理化学处理后加入生物处理。这个生物系统包括位于其撒匹克湾流域的火电厂可以除氮和减少BOD/COD的序批式反应器或者位于北卡罗来那州的可以减少硒的固定生物膜处理系统。物理化学系统仍需要担负着调节pH，去饱和，减少悬浮固体和去除重金属的工作。如果这些任务没有完成，生物系统就不会正常运作，在许多情况下也会造成饱和和超负荷的悬浮固体。有许多物理化学方法可以用，包括二级物理化学反应器。这种设计与上个方法非常相似，唯一的例外是碱和有机硫化物添加到同意反应罐内，而且要使两种化学物质在反应器内与废水有足够的反应停留时间。这个两级设计处理配置，如图所描绘的，已经成为首选的设计，因为效率高成本低以及维护要求低。带有初级和二级澄清池的典型物理化学处理在这个系统中，最初的添加碱的和去饱和容器以及添加聚合物的反应罐都置于初级澄清池之前，后面跟着两级反应器和二沉池。这种安排是在烟气脱硫净化气流中总悬浮固体大于2%或想把金属氢氧化物从金属硫化物中分离出来时或者需要定期的排除粉尘时使用的。但是当悬浮固体高于2%的时候，通常情况下，石膏脱水系统中包含一个二级的水里旋流器会比含有一个初级澄清池的成本效率高。如果在流向WWTS系统中的石膏预测超过2%，那么就有可能表示石膏生产有不必要的损失且石膏脱水系统需要加强。这种设计于1970-1980年在欧洲应用，而且比图中的描述的操作更为复杂和昂贵。如果其他的工厂流体，比如煤气管道径流和一般的排水系统直接排入烟气脱硫废水，其他的就可能应用。这种情况可能发生在新建的烟气脱硫电厂，它们的污水处理系统可能不只是处理烟气脱硫废水。 案例一：我们扑来岑特草原发电厂（PPPP） 我们开始运作1号湿式氧化石灰石烟气脱硫及SCR系统是在2006年11月的威斯康辛州的草原发电厂。2号机组烟气脱硫开始于2007年4月，A SCR组安装优先于2号组。自从2007年1月PPPP燃烧PRB煤而且已经卖出从烟气脱硫系统中回收商业石膏。从两组600MW的洗涤器排出的烟气脱硫废水使用硫碱化进程完成减少汞和其他重金属。PPPP已经在早些时候提交了（见10）。USR华盛顿公司提供了整体工程采购和施工（EPC）服务，西门子环境系统和服务公司提供了烟气脱硫洗涤器设备。烟气脱硫化学质量平衡模型使用因素如煤炭，烟气，石灰石，补充水特征，洗涤器的性能，建筑材料和志高质量决定烟气脱硫废水处理系统的设计要求。该WWTS设计是基于去除13000ppm的氯，1.5%固体和75gpm的流量以提供操作和界面的灵活性。在PPPP烟气脱硫吸收塔中总汞的浓度高达2000ppb,烟气脱硫废水中汞的浓度减少到预期的排放值是很重要的，所以汞的去处成为WWTS的重点设计。除了对总悬浮固体，油脂及pH值得通常的限制之外，还有一些被维斯康欣州的自然资源部规定的限定值，具体情况如下： 表二：草原火电厂新的排放限制参数位置限制频率汞WWTS出水1.5 g/L (ppb)两周汞WWTS出水0.00135 lbs/day两周汞排放到湖80 ng/L (ppt)两周砷排放到湖只是监测每月综合铍排放到湖0.084g/L (ppb)-氯排放到湖1514mg/L(ppm)-铜排放到湖117 g/L (ppb)-硒排放到湖550 g/L (ppb)-注：在2008年增加硒的限制，启动取样，并在2007年12月完成。排放许可证只允许烟气脱硫废水与冷却废水，煤堆径流和其他处理的废水流混合排放，以确保汞，硫化物以及其他的参数低于排放许可证。建立一个实施的限制需要需要最小冷却水排污量是1500gpm，或者其他的处理过的废水达到烟气脱硫废水的50gpm。 烟气脱硫废水处理系统设计西门子水技术公司（原美净）为PPPP公司选为碱硫化物烟气脱硫设计和提供工程机械。URS华盛顿公司安装了该系统饼提供了系统的启动活动。以下是WWTS烟气脱硫的流程。这个设计包括了两级澄清池和三个化学反应池用来完成废水处理。WWTS的设计是用来处理多达75gpm的烟气脱硫废水和1.5%的悬浮固体浓度。通过滤液回收量，设计进入反应罐1的流量是19到94gpm。每个池子的大小和澄清池的设计流体是50gpm。烟气脱硫WWTS建立，运行经验，和吸取的教训 1号烟气脱硫除尘器是在2006年11月建立的，烟气脱硫废水一直在WWTS运行，滤液回到吸收器（闭路运行）直到系统排放达到许可要求。从初级和二级澄清池出来的污泥确认无害化之后放置在填埋现场贮存。运行和性能测试中的经验教训包括：1. 为了更好的控制洗涤器中的泡沫，在2007年年初，除了添加以硅为基础的防泡剂到洗涤器内和在静水井内安装喷水器和吸收器，WWTS开始运行去除细小的粉尘（小于10微米）。2. 在2007年8月下旬，因为通过返回所有处理的烟气脱硫废水和吸收器的滤液的吸收器是无氯净化处理，吸收氯的水平增加到12000ppm。半连续脱硫排污时在2007年11月开始，在2008年初，氯化物控制在8000到12000ppm,5月定期排污与烟气脱硫量在40gpm，2008年6月减少氯化物大约到5000ppm.3. 在建设氯化物期间，WWTS能去除在未经处理的废水中大约99.5%的汞，但是余汞浓度大约在3到5ppb.出WWTS的废水中含汞在1.5ppb。能更好的去除悬浮固体决定的评价系统需要的颗粒直径在0.45-05微米左右的范围。进行了多次测试，安装过滤器绝对评价墨盒下降到0.45微米的表现提供了典型的最后汞浓度为0.2 1.0浓度从WWTS 。4. 2007年11月，化学过程发生变化去除二次澄清池的汞，烧杯实验通过有机硫在pH为6.0到6.5范围内沉淀和使用更高浓度氯化铁确定了最佳汞的去除范围。把盐酸注射系统和仪器进行了修改，以满足这个pH值得范围。在3号反应罐内控制pH值到6.4以确定极限，因为pH值低于6.0的时候阴离子聚合物失去效力。由于PPPP的WWTS的布置如图，这个化学过程相对容易执行。在2008年2月，确定了二次澄清池性能之后，绝对的评价过滤器被去除。5. 对于初次澄清池，这就确定了污泥在pH值在8.6的时候更加致密，而不是让欲行高达9.2.低pH可以减少含水和盐酸的消耗。此外，为了消除在低WWTS流情况下，例如在开始运行的时候只有一个吸收器是在线的或者在定期洗涤和保养或电源停机，污泥转运时从澄清池出来的中断流，从澄清池到1号反应池的持续运转的污泥认为是更好的。6. 由于石膏和硫酸铁在沙滤和二沉池以及相关的管道，需要测量。在WWTS中引起的过量的吸收器中的石膏比原来指定的在泥浆和废水中的硫酸盐浓度（20000到30000ppm）更高。这种高硫酸盐的起因还在调查中，但是早石灰石中反应的镁被怀疑是原因。脱硫的设计师使石膏中含有高达2%的碳酸镁而不是非活性镁。我们为石膏的质量做评估，并在考虑修正1号化学反应罐减少潜在废水的规模，并考虑在砂滤之前加入反scanlant。砂滤在2008年2月被拿出了服务系统，因为二次澄清池出水满足了对于TSS要求。管道和二次澄清池现在正在通过水重刷和机械清洗定期去除。7. 必须注意聚合物的充分混合，以避免在聚合物在池子中分层。运行着定期的检查和化学添加设备的清洗和有备用也很重要。8. 当哈氏合金管在在关键和螺纹连接出现慢性泄露时，盐酸的控制系统用氯化聚氯乙烯管重建。9. 汞分析（环保局方法245.7，汞最低监测限为1.1ppt），是用冷原子荧光法检测样品专门放在干净的250ml的瓶子。10. 浊度是汞的非直接指示，因为它与正常的汞分析相关。浊度可以很容易被检测可以用于控制设置。正常的分析仍然送到威斯康星州自然资源部进行。11. 在3号反应罐和澄清混合池之间的水平管道区域被缩短，倾斜，而且为了减少被悬浮固体和结垢引起的流动限制添加一个直接的连接防止在较高的流量下运行。12. 2007年11月以来，PPPP的碱硫化物WWTS已经开始排放处理废水。该系统1号反应池中的汞去除率已经验证达到了94gpm设计流量，而且汞的浓度始终小于1.0ppb。在PPPP，额外的硫化物和碱调整过程和其他强化去除碱的技术的评估将会减少从烟气脱硫系统中排放的汞。 案例2：处理重金属和减少总氮的污水处理系统在美国东部，1360兆瓦（估算）电厂通过添加LSFO烟气脱硫系统升级，到2010年运行，并产生商业石膏。现在，它燃烧来自美国东部的低硫煤。今后，火电厂燃烧更广泛的煤，包括国际低硫煤，中高含硫煤和东部中高硫煤，可能其他的改造后煤炭类型的延期脱硫系统。烟气脱硫系统需要一个从烟气脱硫吸收器出来的氯化物净化流，通过石膏脱水系统的水力旋流器来维持化学吸收器里的化学物质限制。这种废水含有高浓度的重金属，氯化物，生化需要量（BOD），磷，总悬浮固体和氮。为了符合国家标准的水质，烟气脱硫净化需要在排放前进行处理。此外，当使用石膏时额外的定期排污可以控制洗涤器内的粉尘集中。WWTS的设计目的是在均衡池之前使流体充分流动以减少流量变化然后到初级絮凝池去除粉尘。大约有60%的液体返回到洗涤器，40%继续通过其余的废水处理系统。系统的平衡是由运转池，2座（包括碱，有机硫，三氯化铁）等化学物质的反应池，一个添加聚合物的静态混合池和二级固体接触澄清池。物理化学处理出水时针对序批式间歇式生物反应池。对于这家工厂的流量，三个反应器用于提供并行运作和足够的富余。与生化反应器相关联的是前，后均衡池。最后，处理出水到连续重力砂过滤器处理最后的悬浮固体。然后出水排放。所有的从初级和二级澄清池和生化反应器产生的固体到一套压滤机脱水以在处置前减少固体中水的含量。原水处理系统包括在从附近的POTW出来的二级处理废水。处理的水将会送到烟气脱硫石膏浆液补充系统和作为烟气脱硫废水的服务水的来源。原水处理系统由减少悬浮固体系统和消毒系统组成。原水中经过砂滤处理产生的悬浮物与烟气脱硫悬浮固体一起脱水处理。 系统尚在建设中，汲取的教训将会在2009年年底启动运行时才知道。 表4：WWTS氮还原系统的特性参数指定净化值排放pH4.0-6.06.0-9.0温度125NA总悬浮固体1600030总溶解固体75000NA氯20000-30000NA氨26See Total Nitrogen硝酸盐，亚硝酸盐264See Total Nitrogen总氮2904BOD2020铝12NA锑0.83NA砷1.80.1铍0.4NA钙0.50.01铬0.10.1铜0.760.1铁20NA铅40.1镁6000NA汞0.770.002钼0.41NA镍50.35硒6.5NA银0.30.01铊0.21NA钒1NA锌50.1案例3：去除重金属污水处理系统，包括减少硒的特殊处理在美国东部，两组1120兆瓦煤炭发电设施改装为有两个吸收器的湿法烟气脱硫系统。湿法烟气脱硫净化流必须在最后排放到灰池和河流之前减少汞和硒的排放。许多不同的处理技术在应用物理化学和生物处理方法之前都要进行评估。物理化学方法是为了去饱和，调节pH,去除重金属（包括减少硒），悬浮固体和脱水。然后缺氧/厌氧生物固定膜系统是为了减少硒以满足排放的许可要求。对于生物反应器，活性炭作为一种微生物自然生长的支持媒介而且会保留在生物反应器内。微生物需要食物来源支持细胞生长，用阿蜜糖为基础的营养和补充的微量元素证明可以保证目标微生物稳定生长。脱水压滤机处理从物理化学和生物过程产生的固体。整个系统个已超过预期而且满足排放要求。从物理化学和污泥脱失系统实践吸取经验教训1. 合适的聚合物的对于澄清很重要。由于聚合物效果不是一个精确地学科，相似的废水的测试帮助来测定确定可以产生最佳效果的