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第十章火电厂环境治理,内容提要：介绍了火电厂汽、水、渣的污染和治理。主要包括：电厂冲灰水、锅炉酸洗废水等各种废水的排放与处理；SO2和NOx的治理的主要方法、原理和工艺；粉煤灰的理化性质及综合利用情况。,目录,第一节火电厂废水治理第二节火电厂废气治理第三节粉煤灰综合利用,第一节火电厂废水治理,电厂绝大部分设备都是以水作为工作介质或冷却介质。在生产过程中，水质将发生很大变化。根据不同使用情况而产生了各种废水。对于大量电厂废水的处理和有效利用有着重要的意义。冲灰废水的处理烟气脱硫废水的处理生活污水的处理化学除盐设备再生废水处理锅炉化学清洗废水处理含油废水处理电厂节水技术,冲灰废水的处理,水力除灰系统的废水水力除灰是国内外燃煤电厂普遍采用的除灰方式。在排灰过程中，由于水和灰、渣的相互作用，使部分灰、渣溶于水中，而使水体受到污染。污染杂质的成分取决于灰、渣的化学组成、冲灰水水质、除尘和除灰方式等。灰水中主要含有饱和Ca(OH)2、饱和CaSO4以及Mg(OH)2等。此外，还有少量的稀有元素锗、钒、钛、砷、汞和氟。冲灰废水的排放量约相当于电厂其它各种工业废水排放量的总和。,冲灰系统废水的处理（1）浓缩水力除灰（2）干除灰渣（气力输灰）(3)灰水悬浮物超标处理要解决灰水悬浮物超标问题，首先在设计上要考虑有足够的灰水停留时间(灰池容积不能太小)，使灰粒充分沉淀。其次改进颗粒沉降措施。措施有：加装挡板，减少入口流量；在出口处安装下水堰、拦污栅，防止灰粒流出；用出水槽代替出水管，从而减少出水流速；添加凝聚剂，加速颗粒的沉降。主要方法是：机械曝气和沉淀法。,(4)灰水pH值超标处理主要采用的工艺措施有炉烟(或纯CO2)处理、加酸处理和灰水闭路循环。炉烟处理按炉烟的吸收方式不同，可分为灰沟(池)布气吸收法和吸收塔吸收法及纯CO2处理法。灰沟(池)布气吸收法工艺流程见图10-1。吸收塔吸收法工艺流程见图10-2。钢瓶CO2法：指采用商品CO2(纯净CO2)中和处理灰水。加酸处理加酸处理灰水是一种处理工艺简单的方法。一般可采用添加工业HCl、H2SO4或邻近工厂排出的废酸。,灰水闭路循环灰水闭路循环即为在灰场排水口设有回水池，收集所排灰水再循环至厂内继续用于冲灰，灰水不外排。锅炉排出的渣和灰用水冲到灰渣池，然后用冲灰泵经输灰管道输送至贮灰场，灰水在贮灰场澄清分离后的上层清水汇集至回水池，然后用回水泵升至厂内清水池再用。灰水循环要有防垢措施。,图10-1灰沟布气法炉烟处理灰水工艺流程,图10-2吸收塔法炉烟处理灰水工艺流程,(5)灰水中其它有害物质的处理冲灰废水中的氟、砷、铬等毒性物质一般是采用化学沉淀法，投加化学药剂和混凝剂，然后将有毒沉淀物置于容器内密封后埋置。冲灰废水中的氟、砷、铬等毒性物质，除采用化学沉淀法外，还可采用吸附净化法，可根据不同的杂质适当的选择离子交换树脂、粉煤灰。（6）灰水中COD的超标处理改善锅炉的燃煤条件，降低灰中的含碳量、合理规划灰水在灰场中的自然澄清时间和低速排放是解决外排水COD超标的关键。,烟气脱硫废水的处理,处理方法：烟气脱硫废水中悬浮物、有机物含量高，另外还含有大量的重金属离子及阴离子，一般处理方法有以下几种：1.灰场堆放2.蒸发烟气脱硫废水3.处理后排放或回用（1）中和：主要作用包括两个方面：发生酸碱中和反应。调整pH值至中性范围69；沉淀部分重金属，使锌、铜、镍等重金属盐生成氢氧化物沉淀。（2）化学沉淀：烟气脱硫废水中的重金属离子、碱土金属、某些非金属均可用化学沉淀的方法去除。（3）混凝澄清处理：经化学沉淀处理后的废水中，含有许多微小的悬浮物和胶体物质，必须加入混凝剂使之凝聚成大颗粒而沉降下来。4.烟气脱硫废水处理系统,图10-3烟气脱硫废水处理系统,图10-4烟气脱硫废水处理系统工艺流程,生活污水的处理电厂生活污水的处理方法与城市生活污染处理类似，但电厂生活污水中污染物浓度较低，BOD和SS一般在2030mg/L。处理方法主要有：1.纳滤处理2.生物接触氧化法3.氧化絮凝复合床（OFR）处理法4.A2/O法,1纳滤处理,图10-5纳滤处理生活污水,2.生物接触氧化法,在处理池中设置填料，填料上长满生物膜，污水以一定流速流入其中，在充氧条件下，与填料接触的过程中，有机物被生物膜上附着的微生物所降解，从而使污水得以净化。,图10-6生物接触氧化法系统流程,接触氧化池构造示例,生物接触氧化法是一种浸没曝气式生物滤池，是曝气池和生物滤池综合在一起的处理构筑物，兼有两者优点。,生物接触氧化法的特点,生物接触氧化池的性能特征：(1)具有较高的微生物浓度，一般可达1020g/L；(2)生物膜具有丰富的生物相，含有大量丝状菌，形成了稳定的生态系统，污泥产量低；(3)具有较高的氧利用率；(4)具有较强的耐冲击负荷能力；(5)生物膜活性高；(6)没有污泥膨胀的问题。,缺点：滤床易堵塞和更换，运行费用较高。,接触氧化池的主要部分,生物接触氧化池的构造,填料要求：比表面积大；空隙率大；水力阻力小；强度大；化学和生物稳定性好；能经久耐用。,填料,池底,布水布气装置,池底用于设置填料、布水布气装置和支撑填料的栅板和格栅。,布气管可布置在池子中心、侧面和全池。,接触氧化池外观图,接触氧化池反应区的构造,酚醛树脂蜂窝填料,常用填料的类型,正六角行蜂窝状斜管,聚乙烯蜂窝填料,聚乙烯蜂窝填料,氧化絮凝复合床(OFR)处理法,此法的机理主要是利用基于电解生成H2O2后迅速产生的羟基自由基(OH)对水中有机物的强氧化作用。氧化絮凝复合床装置是从三维电极出发，巧妙配以催化氧化技术而构成的高新水处理技术。此装置具有系统简单、运行稳定、操作维护方便：占地面积小、运行费用低：处理效果良好，污泥排放少，无二次污染等特点。,厌氧一缺氧好氧生物脱氮除磷工艺(A2/O工艺),此法在首段厌氧池主要是进行磷的释放，使污水中磷的浓度升高，溶解性有机物被细胞吸收而使污水中的BOD浓度下降。在缺氧池中，反硝化细菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-N和NO2-N还原为氮气释放到空气。BOD5浓度继续下降，NO3-N浓度大幅度下降。在好氧池中，反硝化细菌被微生物生化降解；有机氮被氨化，继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N的浓度增加，而P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速率下降。,A2/O工艺基本流程,好氧生物处理是在有游离氧（分子氧）存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用废水中存在的有机污染物（以溶解状与胶体状的为主），作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。,好氧生物处理,好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。,废水的厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。,厌氧生物处理,由于废水厌氧生物处理过程不需另加氧源，故运行费用低。此外，它还具有剩余污泥量少、可回收能量（CH4）等优点。其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长，处理构筑物容积大等。为维持较高的反应速度，需维持较高的温度，就要消耗能源。对于有机污泥和高浓度有机废水（一般BOD52000mg/L）可采用厌氧生物处理法。,什么是活性污泥？,由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。,一组活性污泥图片,活性污泥的性质,曝气池,曝气池出水堰,曝气池混合液配水进入二沉池,按栖息着的微生物分：,活性污泥的组成,按有机性和无机性成分：,污泥沉降比：SV,取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。,污泥体积指数：SVI,SV不能确切表示污泥沉降性能，故人们想起用单位干泥形成湿泥时的体积来表示污泥沉降性能，简称污泥指数，单位为mL/g。,活性污泥的沉降浓缩性能,活性污泥法的基本流程,活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,从常用污水处理流程看曝气系统,曝气的作用与曝气方式,1.好氧微生物的需氧代谢2.兼性微生物酶的好氧合成3.混合液的搅拌作用（厌氧、缺氧池另加搅拌器）曝气方式：1.鼓风曝气系统2.机械曝气装置：纵轴表面曝气机、横轴表面曝气器3.鼓风+机械曝气系统4.其他：富氧曝气、纯氧曝气,曝气设备,鼓风曝气,机械曝气,空气净化器,鼓风机,空气输配管系统,扩散器,竖式曝气机,表面曝气机,卧式曝气机,微孔曝气盘,微孔曝气管,微孔曝气管,微孔曝气设备测试,微孔曝气设备安装,微孔曝气设备的清水检验,微孔曝气设备的运行状况,表面曝气机,沉水曝气机,射流曝气器,转刷曝气机,穿孔曝气管,膜片式微孔曝气器,水处理设备及凝结水净化设备在过滤、酸(碱)再生、正(反)洗等操作过程中，也会产生一定量的废水。在水进行预处理时，还产生一些泥浆。水处理设备废水的特点是含有酸、碱和大量的中性盐。凝结水净化设备产生的废水含盐量和其它杂质都比较少。主要是凝结水系统设备、管道的金属腐蚀产物；冷却水渗漏到凝结水中的杂质；及再生时产生的酸、碱、盐等。这部分废水量只占全部水处理设备废水的一小部分。,化学除盐设备再生废水处理,除盐设备的再生废水，阴离子交换树脂再生产生碱性废水，阳离子交换树脂再生产生酸性废水。通常酸性废水的量均大于碱性废水的量，为了中和过剩的酸性废水，可采用复床工艺再生排水的处理方法以及过滤中和法。,图10-5过滤中和法工艺流程示意图,新锅炉试运行和停用保护时，都需要进行化学清洗。它包括化学药剂清洗和水冲洗的废水。这类废水的杂质成分包括酸、碱、盐、重金属、有机物和一些有毒物质。它的排放特点是流量变化大，特别集中，而且水中污染物的成分和数量都在不断变化，外观上也不同于一般的废水，颜色深，多泡沫，并有特殊的刺激性气味。,锅炉化学清洗和停炉保护排放的废水处理,锅炉化学清洗废水的处理这类废水的特点是排放集中，杂质成分复杂，其水质成分取决于清洗药剂配方、清洗方式和被清洗沉淀物的组成因素。主要超标物质是pH值、COD和铁等。处理方法有：炉内焚烧法、化学氧化分解法、吸附法等。1.炉内焚烧法机理：在炉内高温条件下，使有机酸分解氧化为水蒸气和二氧化碳，废水中的重金属离子变成金属氧化物，约90%沉积在灰渣中，约10%随烟气逸入大气，一般能符合排放标准。,2.化学氧化分解法盐酸清洗废液的处理系统见图10-6。有机酸清洗废液的处理系统见图10-7。3.吸附法废液中的COD可采用活性炭或煤灰吸附的办法去除。4.活性污泥法利用微生物对有机物进行降解和分解。5.中和法6石灰处理氢氟酸废液7亚硝酸钠废液的处理（1）氯化铵处理法（2）次氯酸钙处理法（3）尿素分解法8.氨和联胺满水保护法当锅炉再启动时，就排出大量含有氨和联胺的停炉保护水。通常这种废水采用氧化法处理。,图10-6盐酸清洗废液的氧化处理系统,图10-7有机酸清洗废液的氧化处理系统,这类废水含有的石油成分有：重油、润滑油、绝缘油、煤油和汽油等。重油设施的废水包括水泵的冷却水、重油设施的凝结水、被重油污染的地下水、设备检修和事故排放的废水。主厂房的含油废水一般是汽轮机组的油系统漏油而产生的。电气设备的含油废水主要指变压器等电器设备的密封垫、法兰连接部的漏油而产生的。此外，还有废油再生排放的废水等。,含油废水处理,石油产品污染的废水处理含油废水一般均为水包油的分散体系。其分散状态与油、水的性质及其生成条件有关，主要可分为：可乳油、乳化油和溶解油。除去这三种油污的方法有：隔油池法、溶气浮选法和生化处理。(1)隔油池法该法主要用于除去可浮油。它是以油、水密度差为基础，通过隔油池将浮到水面的油除去。常用的设施称隔油池，有平板式和斜板式两种。,(2)溶气浮选法该法主要是用于除去水中的乳化油。原理：将空气在一定的压力下溶于含油废水中，然后使废水压力突然降低，在减压条件下，水中的空气就形成小气泡上浮，分散在水中的油滴被粘附在气泡上，并一起上浮到水面，实现油水分离。按产生气泡的方式不同，溶气浮选法可分为加压法、真空减压法、电解法和喷射法等。图10-8为全部进水加压的溶气浮选法工艺流程简图。,图10-8全部进水加压溶气浮选工艺流程,(3)生物处理法在自然界存在着大量依靠有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的巨大功能。这种利用微生物氧化分解废水中的有机物的方法，称为生物处理法。生物处理法根据微生物对氧气的不同要求，一般分为：好氧生物处理法和厌氧生物处理法。好氧生物处理法主要包括活性污泥法和生物膜法。活性污泥法处理含油废水的工艺流程如图10-9所示。,图10-9含油废水活性污泥处理简图,电厂节水技术,1.回收利用2.集中处理3.城市污水回用中水回用电厂的工业废水集中处理后回用工艺流程一般可按图10-10选择。,图10-10电厂的工业废水集中处理后回用工艺流程,火电厂废水回收系统,图10-11火电厂废水回收系统流程1,图10-12火电厂废水回收系统流程21主厂房排水池；2生活污水池；3工业回收水池；4生活污水净化站；5排水泵；6溢流式蓄水池；7液下泵；8储矾箱；9矾计量箱；10矾溶液箱；11矾加药泵；12澄清池；13无阀滤池；l4冷却水塔；15地表水(雨水)；16其它废水；17补泵来水,火电厂废水集中处理系统,图10-13火电厂废水集中处理系统流程1,图10-14火电厂废水集中处理系统流程2,城市污水处理后在火电厂的利用,城市污水再生利用系统一般由污水收集、二级处理、深度处理、再生水输送等部分组成。1）城市污水二级处理后在电厂循环冷却水中的应用2）城市污水二级处理后在电厂锅炉补给水中的应用,第二节火电厂废气治理,二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOX)的污染，是当前严重的公害问题。而火电厂所排废气中，SO2、NOX也是主要污染物。SO2的危害和治理NOX的危害和治理粉尘的危害和治理,SO2的危害和治理,SO2的危害SO2是一种无色而有刺激性气味的有毒气体。人吸入SO2，呼吸道将受到损害。下雨时，硫的氧化物及所生成的硫酸随雨水降到地面，形成“酸雨”。酸雨对金属制品和建筑物有较强的腐蚀性，并可毒害鱼类等水中生物，使土壤酸化，损害森林及农作物。硫的氧化物还能直接损伤织物的叶茎，使植物枯死。因此，SO2在大气中的含量应受到限制。,SO2的治理烟气脱硫方法：根据生成物的出路不同，分为回收法和抛弃法；根据操作过程的物相不同，又可分为干法和湿法。排烟脱硫方法：石灰石/石灰法；喷雾干燥法等。(1)石灰石/石灰法反应原理：石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO2，先生成亚硫酸钙，然后氧化成硫酸钙。流程和设备：该法工艺流程见图10-15。设备：湍球塔、筛板塔、喷雾塔、文丘里洗涤器等。(2)喷雾干燥法这种工艺属于半干法脱硫，多数采用旋转喷雾器，也有采用各种喷嘴喷雾。,图10-15石灰石/石灰法工艺流程,NOX的危害和治理,NOX的危害气态氮氧化物可包括四种形式：一氧化二氮N2O、一氧化氮NO、三氧化二氮N2O3和二氧化氮NO2。在NOX废气中，NO和NO2为其主要成分。当前，世界各国都已确定NOX为大气中有毒污染物。NO不溶于水，常温下易与空气中氧气化合生成NO2。NO与血红素的亲和力比CO大近百倍，能使血液循环受阻，严重者可致死亡。NO2为红棕色刺激性有毒气体，能使血红素丧失输氧能力。,NOX和空气中燃烧不完全的碳氢化合物在日光下发生光化学反应，生成的光化学烟雾对人的呼吸器官和农作物都有损害作用。同时，光化学反应生成的过氧乙酰硝酸盐(PAN)是一种致癌物。NOX废气还会引起结膜炎、咽痛、肺炎、废水肿，并有损人的神经系统。为此，NOX的污染问题受到世界各国的普遍关注，均制定了NOX的排放标准，我国制定的标准见表10-1。,表10-1SO2、NOX、粉尘的排放标准,NOX脱除烟气中的氮氧化物，简称为烟气脱氮，也称排烟脱硝或烟气脱硝。烟气脱硝的方法很多，大体上分为催化还原法、固体吸附法和液相吸附法。(1)催化还原法该法是以氨或廉价的燃料气(天然气、石油气等)为还原剂，在催化剂的作用下，将烟气中的氧化氮还原。即由NO2NON2。一般催化剂可用贵金属(铂、钯等)，或非贵金属(铜、铬、钒、铁等)。,(2)固体吸附法该法的优点是净化程度高，并可利用热空气或蒸汽脱附，回收高浓度的NOX，操作方便。缺点是固体吸附剂吸附容量小，吸附剂容量大，再生周期长。一般常用的吸附剂有：分子筛、活性炭、硅胶、焦炭等。最常用的为分子筛和硅胶。(3)液相吸收法该法包括酸性溶液吸收法、碱性溶液吸收法、酸性溶液吸收氧化法、碱性溶液吸收氧化法、盐类溶液吸收法等。目前该法脱硝在国内外均不够成熟，都在研究试验之中。,粉尘的危害和治理,除尘器的选择除尘器是将烟气中的粉尘分离、捕集的装置根据除尘效率考虑，电厂普遍用的是高效除尘器。例如，电除尘器、文丘里水膜式除尘器、多管旋风式除尘器等。文丘里水膜式除尘器的特点是既能除去烟气中的粉尘，又能吸收烟气中的某些气体，而且除尘效率高，投资费用少。,烟囱高度烟囱设计的目的就是要满足其排放污染物的地面浓度低于国家标准。所以烟囱高度一般是根据不同类地区的国家地面浓度标准而计算，并与当地的地形和气象条件密切相关。一般情况下，烟囱越高，所排污染物在空间各个方向扩散的范围越大，可使地面浓度显著降低(虽然污染物总量不变)。因此，加高烟囱作为控制污染的措施是有效的。,第三节粉煤灰综合利用,我国电力工业以燃煤为主。大量粉煤灰若不能处理和利用，将会造成环境污染、破坏生态平衡。本节将重点介绍粉煤灰的形成机理、理化特性及其应用。粉煤灰的产生、组成和性质粉煤灰的综合利用,粉煤灰的产生、组成和性质,粉煤灰的形成粉煤灰是磨细的煤粉于11001700高温下,在煤粉炉中短暂时间(十几秒)燃烧所形成的各种固态颗粒的集合体。其形成机理与煤的组成、结构密切相关。煤粉在炉膛内呈悬浮状态燃烧，在高温下，煤粉中绝大部分可燃物(有机物等)在炉内烧尽。大部分物及矿物杂质也被溶化，其中20%的灰分颗粒在熔融状态下相互粘结聚结为较大的颗粒降到炉底形成炉渣，80%的灰粒随烟气流在排入大气前被除尘器分离、捕集，即为粉煤灰。,粉煤灰的组成(1)粉煤灰的矿物组成粉煤灰是一种复杂高分散度的固体集合体。其矿物组成及其含量取决于燃烧前的煤质组分和燃烧温度。经显微镜、X光衍射和察热分析的测试表明，粉煤灰中除含少量未燃尽的炭粒外，含有非结晶物相为玻璃体，含有的结晶物相为莫来石(3Al2O32SiO2)、石英、赤铁矿、磁铁矿、硅酸钙、方解石等。,(2)粉煤灰的化学组成粉煤灰的化学组成与煤种、煤粉细度和燃烧工艺条件有关，粉煤灰的化学组成主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、SO3、Na2O、K2O和未燃尽的碳。不同的灰样，化学成分的波动范围较大。但含量有一个特点，即粉煤灰的主要成分是SiO2和Al2O3，二者含量占60%左右。,粉煤灰的性质(1)物理性质一般干粉煤灰为灰白色，当含炭粒、氧化铁较多时，则其颜色加深。粉煤灰是一种固体颗粒的集合体，其大小不等，形状不规则，颗粒内部成蜂窝状结构，按土壤地质分类标准，可属于砂土壤。粉煤灰的熔化性与其化学成分密切相关。当粉煤灰中SiO2和Al2O3含量较多时，其灰熔点较高，一般在1350以上。而其碱性成分较多时，灰的熔点较低。,(2)化学性质粉煤灰的化学性质主要表现在它具有较大的化学活性。这是由于它含有较多的活性氧化硅和活性氧化铝。粉煤灰中，活性氧化硅和活性氧化铝的这一反映特性，和火山灰中的硅、铝质材料的反应相同，所以称粉煤灰具有火山活性。某些含氧化钙较高的粉煤灰，由于其本身含有较多的游离氧化钙和一些具有水硬活性的矿物(硅酸盐或铝酸盐)，所以这种粉煤灰加水后便可自行硬化而有一定强度。,粉煤灰的综合利用,从粉煤灰中提取碳、铁和氧化铝(1)炭的回收从粉煤灰中回收炭可采用浮选法或电选法。浮选法适用于水力除灰系统排放的粉煤灰。该法是在灰浆水中加入浮选剂，然后在浮选剂中通入空气形成气泡，于是疏水的煤粒就被浮选剂浸润而黏附于气泡浮到灰水上面，形成矿化泡沫层，即为精煤。电选法适用于干法排放的粉煤灰。它是在高压电场下，利用煤和灰的导电性能不同。,(2)铁的回收因煤粉经电厂高温焚烧，其中铁矿物质大部分转化为磁性氧化铁，因此可利用磁性回收铁。铁的回收分为干法和湿法。(3)氧化铝的回收Al2O3是粉煤灰的重要组分，也是