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火電廠煙氣脫硫脫硝尾液生物處理技術的分析

   日期:2018-04-28     來源:《電力設備》    瀏覽:45    評論:0    

  火電廠在生產的過程中,會產生一定量的廢水,需要經過處理才能夠進行排放,避免造成嚴重的環境污染。目前的技術手段多是利用物理、化學等手法實現。本文將對某電廠的生產情況進行概述,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行實驗,總結出在脫硫脫硝過程中,尾液生物處理技術的具體應用。

  在目前電廠當中,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,并在應用當中極具效果。然而這些方法造價高、建設難,難以得到大規模的推廣。

  一、電廠廢水情況

  本文所進行調查研究的電廠為國內某市級火電廠,該電廠的日發電總數約為400萬kW,產生的廢水約為350m?,為了能過妥善處理廢水,避免造成環境污染,該電廠利用傳統工藝建立了廢水處理站,在廢水處理站中,運用傳統的物理處理工藝對廢水進行處理。該廢水處理站占地840㎡。本文在對廢水處理站進行調查時,對其進水相關數據進行了全面統計[1]。其中,進水溫度一般維持在37℃,最高不超過40℃;pH值大約為5-8呈中性或弱酸性。其余物質如T-SS、T-N、 、 等每升含量分別為2000mg、600mg、10000mg、8000mg。

  二、廢水處理傳統工藝

  (一)廢水處理流程

  火電廠構建的840㎡廢水處理站采用了傳統工藝當物理生化處理工藝,這種工藝具有較高處理能力。在五年來的運行過程中,廢水處理始終保持穩定。在處理流程中,首先是電廠完成生產發電后,廢水流出,直接流入到廢水處理站中含有石灰乳的廢水調節池當中,在流入含有PAC的混凝沉淀池中,經過泵的處理,進入到石英砂當中進行過濾,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,再進行排放。

  (二)廢水處理工藝

  在物理過程中,廢水處理站主要負責將工業生產所產生的廢水進行pH值的調節,一般來說,廢水處理站為了能夠將廢水調節至合適的pH值,需要經過過濾和混凝兩個步驟,在處理站內設立調節池,保證水力在其中的停留時間超過12小時,使其能夠滿足pH值調節的時間需要,再將水流導入豎流式的沉淀池當中,使用預裝的混凝劑,促使廢水在沉淀池當中能夠增強沉淀,保證調節效果。與此同時,還需要在濾料當中加入必須的石英砂,借助石英砂反復沖洗的能力,使濾料能夠在水流當中起到截污的效果。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AAO工藝,選用厭氧池、兼氧池、好氧池三個部分組成處理結構進行處理。其中,電廠選用了鋼制封閉的圓形處理器作為AAO工藝的主要構造主要構造,其中在厭氧池的池頂設置了硫化氫收集裝置,在兼氧池池頂設置了8kW功率的一臺攪拌機,而在好氧池池底則設置微孔曝氣器,作為池體內部供氣,借助鼓風機,可以保證氣體流暢[2]。在結構當中,三個池體均為8*8m的設計,保證有效容積超過85m?。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源呼吸期,最終導致其內部的胞內糖原消耗殆盡,VFA吸收、PHB存儲效果下滑嚴重,影響了廢水處理的能力。

  三、傳統工藝處理結果分析

  (一)運行結果

  本文在電廠廢水處理站中,對廢水的前后處理數據進行了全面的統計和比對,并根據物理處理和升華處理兩個部分,對廢水中物質的含量進行了測算。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)結果分析

  對于這一結果本文進行了分析。在運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%,這一去除率無法達到令人滿意的標準,水質超標十分嚴重。究其原因,本文認為應當主要為以下幾個方面的原因。首先,廢水處理工藝受限,在傳統的生化處理工藝當中,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解決,在廢水處理站中,好氧池游離胺的濃度達到了每升10mg以上,并且深刻抑制了好氧池中異氧菌以及硝化細菌的作用,最終導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氮濃度過低,從而導致反硝化效果極差。其次,好氧池的SRT較短,無法徹底進行硝化。此外,在兼氧池和好氧池當中所進行投放的碳源投加數量過大,從而在比值較低的廢水當中造成了過量投加,形成浪費。

  四、尾液生物處理技術

  (一)工藝改進設想

  為了能夠解決以往工藝當中存在的生化處理效果不理想等問題,本文針對電廠生產和廢水處理站的實際情況,對工藝的變革和改進進行了充分的設想,并確立了改善的基本方向。在以往的實驗研究當中,研究者發現,一個污水脫氮流化床在反應器當中有一個自養微生物參與,則會出現厭氧氨氧化反應,其中,電子供體為 ,而電子受體 則會在氧化還原反應下生成 。在這一研究成果當中,機理體現出的優勢是十分明顯的。首先電子供體為氮氧,則可以節省有機碳源,并在一定程度上降低成本;其次厭氧氨氧化反應的過程中,反應器不需要進行曝氣,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,污泥產量較小。

  本文所研究的電廠脫硫脫硝水質當中,進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想,希望在廢水處理站的改造過程當中,可以運用這一工藝來提升廢水的處理能力,深刻避免不達標廢水排出造成環境污染。

  (二)多種煙氣脫硫脫硝比較研究

  相較于傳統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,對于火電廠廢水的處理使具有一定優勢的。

  在我國目前的資源環境當中,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、軟錳礦法等常規方法。其中,磷銨肥法(PAFD)主要的特點為廢水中二氧化硫脫出后,能夠將其成功轉化,使其成為生物肥料,這一方法很好地彌補了我國目前硫資源短缺的現實狀況,同時脫硫率平均可以達到90%以上,是轉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,使其在廢水處理當中得以應用,從而脫出二氧化硫,該技術工藝過程簡單、應用較為廣泛,成為國家高新技術產業化項目指南,并獲得了國家發明專利。軟錳礦法則是利用具有較強脫硫能力的 在水溶液當中作為脫硫劑來使用。水溶液中二氧化硫與 發生還原反應,從而生成 ,實現煙氣脫硫[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當中,還有等離子法、磷酸鹽法、絡合鐵法、造紙黑液煙氣法等優秀的工藝,但是在我國目前的能源環境當中,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實踐當中。

  對于我國來說,火電廠燃煤所產生的廢水和煙氣污染當中,二氧化硫占據了主要的內容,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約的角度還是從經濟成本的角度,生物技術進行煙氣脫硫脫硝,是目前研究者最為關心的內容。

  (三)催化氧化脫硫實驗

  1.實驗設備準備

  本文在使用生物處理工藝進行脫硝脫硫之前,首先根據催化氧化脫硫的原理展開了脫硫實驗,用以模擬真實的脫硫脫硝環境。實驗設備準備選擇如下: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、外循環汽提式反應器等,通過以上設備可以構成一個相對完整的環境模擬,以達到實驗目的。

  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行實驗。在鋼瓶之中,氣體經過壓閥可以轉變成為現實當中煙道氣的體積,通過轉子流量器進行計量,然后進入到配氣瓶當中,完成混合。在完成配置的煙道氣的旁路,運用大氣采樣器對其進行采樣,然后對模擬煙道氣中所含有的二氧化硫濃度進行測量。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行觀察,當發現混合和濃度都已經均勻穩定之后,則需要將其通過反應器底部推進至吸收液當中,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行分批次的檢查和測算,從而根據穩定氣態下二氧化硫濃度與原始二氧化硫濃度進行對比,最后計算得出二氧化硫的吸收效率。

  3.實驗結果分析

  本文開展的實驗環境為常壓常溫狀態之下,溫度設定為25℃,煙氣流量設定為每小時0.5m?,反應器體積為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 。根據不同濃度的錳元素在煙氣環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出迅速增高的現象,當吸收效率達到97.2%時,吸收效率趨于穩定。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,反而容易造成嚴重的浪費,在具體使用過程中,應當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。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迅速增高現象,而當去除率達到94.3%左右時,催化劑濃度提升,二氧化硫去除率卻趨于平穩。因此與前者一樣,鐵元素作為催化劑在脫硫實驗當中也不可盲目提高濃度。

  在此基礎上,本文進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,與傳統的厭氧池不同,升流式厭氧污泥床實驗所選用的UASB反應器具有厭氧過濾和活性污泥法雙重特色,運行費用低、效果好、耐沖擊負荷、適應多種環境變化。

  1.UASB的作用

  目前主流的UASB反應器一般是由進水配水、反應區、三相分離器、出水系統、氣罩五個部分構成,在工作過程中,下部反應區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,反應器運行后,電廠所產生的廢水會按照規定流速進入到污泥床的底部,并與污泥進行接觸,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],從而使廢水當中存有的有機物得以分解,產生沼氣。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生攪拌作用,進入到懸浮污泥層。在這一層中,沼氣與污泥發生接觸,水、氣、泥三者上升至三相分離器內部,完成分離。在重力作用下,污泥沿斜壁落下,清液則從沉淀區排走。

  2.UASB的實驗分析

  在以往的應用過程中,UASB反應器具有十分突出的優勢,作為生物處理技術,它相較于傳統物理技術或生化技術來說,無論是技術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反應器開展了對廢水脫硫脫硝的實驗。在實驗反應器的設計過程中,最重要的部分為三相分離器的設計。三相分離器在UASB中應當具備沉淀區、回流縫、氣液分離三個部分,其中,沉淀區的沉降斜面要具有45°至60°大小的夾角,總面積為反應器水平截面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、氣表等輔助設備。

  首先,將火電廠所產生的廢水利用換熱器進行升溫,再使用蠕動泵將其打入到UASB反應器當中,廢水進入到反應器,最先會通過反應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,在水封之后進入到下一步工序。本文對硫化氫氣體量進行了全面檢測,運用了LML1型濕式流量計,再通過觀察了解到啟動期內COD的變化規律,最后對COD去除率、氧化還原電位、硫化物、硫化氫的產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反應器的實驗當中,本文選用葡萄糖為碳源,對 所開展的生物還原過程進行研究,其中設定了溫度為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。實驗結果現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葡萄糖,這種材料來源廣泛、價格低廉,具有較好的經濟價值,而在 的生物還原實驗當中,生物處理工藝可以實現單質硫的回收,能夠使其作為極有價值的脫硫副產品。

  結論:綜上所述,在面對火電廠排放污染時,傳統的煙氣脫硫脫硝技術既無法保證成功率和去除率標準,同時也無法起到較高的經濟價值。本文所選用的尾液生物處理技術,借助了UASB反應器設備,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。

 
標簽: 煙氣脫硫脫硝
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