燃煤电厂含重金属废水对水源的影响分析

2015-12-23林珊珊吴慕正林驰前

中国环保产业 2015年3期

关键词：灰渣湿法微量

林珊珊，吴慕正，林驰前

（福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建龙岩 364000）

燃煤电厂含重金属废水对水源的影响分析

林珊珊，吴慕正，林驰前

（福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建龙岩 364000）

通过介绍燃煤电厂废水排放和灰渣堆放对水源水质的影响，对可能存在的微量重金属污染水质的情况提出预防和治理措施：包括在建设火电厂时，必须充分考虑当地的情况，选择合适的脱硫工艺流程，从源头上减少废水排放对周围水质的重金属污染；在研究某一燃煤固废微量重金属的浸出特性时，可借鉴美国EPA颁布的LEAF方法；在环境影响评价中，应特别注重重金属元素的长期监测，制定突发性的重金属污染地下水的修复和治理方案。

燃煤电厂；含重金属废水；地下水；地表水

1 引言

煤炭作为提供电力的主要能源，大约占据我国发电能源的70%[1]，由此带来的重金属排放也已成为人们普遍关注的问题之一。在燃煤过程中，大量的微量重金属元素会被释放，在烟气和灰渣中重新分配[2]，其分配行为不仅取决于它们的挥发性[3]，更与燃煤过程的物理化学环境有关[4]。

按元素的挥发性程度排列，燃煤火电厂产生的微量重金属包括有：汞（Hg）、硒（Se）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）、锑（Sb）、锌（Zn）、铍（Be）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、钼（Mo）、镍（Ni）、银（Ag）和钡（Ba）等[4]。经锅炉高温燃烧后，挥发性低或难挥发的重金属较难迁移，一般分配在炉底渣和粉煤灰中[5]，多数重金属在预除尘器中随粉煤灰一起被脱除；挥发性较强的重金属则随着含硫烟气运移，在后续的低温脱硫过程中，沉积在脱硫副产物中（脱硫石膏或脱硫灰）。在这个过程中所产生的固体废料主要是灰（粉煤灰和脱硫副产物）和渣（炉底灰），微量重金属一般富集于其中。

燃煤电厂微量重金属的排放对水质的影响主要集中在两个方面：一是电厂排放的废水，造成地表和地下水中含有浓度超标的重金属；二是燃煤灰渣堆放所产生的含微量重金属的渗滤液通过土壤包气带进入地下，污染地下水。据了解，2010年我国大宗工业固体废物的综合利用率仅为40%，大部分直接堆放，由于灰渣堆放引起的地下水污染最为严重。与地表水污染不同，地下水污染更具隐蔽性和难逆转性[6]。并且，一般地下水污染只有在污染范围大、污染程度高的情况下才会被发现，又由于其处于地下，因此很难完全掌握[7]。一旦重金属进入地下水产生污染，则很难治理。即使可以修复和治理，也需要花费很长的时间和巨额费用[8]。

本文就电厂废水排放对地表水水质的影响，和灰渣堆放时微量重金属可能对地下水产生的影响进行了分析，并提出了有针对性的预防措施。

2 电厂废水中微量重金属的排放对地表水水质的影响

电厂排放的废水主要为工业废水和冲灰水。含有微量重金属的电厂废水大多在经过一段时间的自然沉淀和进一步物理和化学法处理后被直接排入江河[9]，而微量重金属随这部分废水排出时，即使浓度低，也有可能造成周边地表水体的污染[10]，进而下渗污染地下水。因此，在电厂的整个运作过程中，应尽量减少废水的产生。

石灰石-石膏湿法脱硫工艺采用脱硫剂浆液脱硫，因此不可避免地会产生废水。比如元素Hg和As，在湿法脱硫时会随着脱硫剂进入废水。齐文启等人的监测结果表明，废水中Hg和As都有超过《污水综合排放标准》的现象，有的地区As超标近8倍[11]。这部分废水若没有处理好，一经排放，有可能造成周围地表水体乃至地下水中还有高浓度的重金属。

此外，在石灰石-石膏湿法脱硫中，Se很大部分富集在脱硫废水中，具有很强的毒性。这是因为在石灰石-石膏湿法脱硫工艺在脱硫过程中应用强力氧化，将+4价低溶解度的CaSeO3氧化至+6价高溶解度的CaSeO4，使得废水硒浓度升高，毒性增强。因湿法脱硫废水需要单独的处理装置处理后方能排放[12]，采用传统物理化学法处理后的废水硒排放一般难以达标，因此必须再用费用高且复杂的生物技术和人工湿地将废水中CaSeO4还原为低价Se沉淀处理[13]。美国NRG Energy Services的EME荷马城电厂（Homer City Generating Station）采用湿法脱硫技术，在三年不到的时间内投入超过160万美元的资金单独处理废水硒污染，但处理后仍无法达标排放，在2007年被宾州环保局罚款20万美元[14]。

因此，在环境影响评价中应建议，对于电厂，尤其是采用湿法脱硫工艺的电厂，应在其周围进行较长期的地表水和地下水水质监测，维护水质安全。

干法脱硫工艺不产生废水，可从根本上避免脱硫废水污染问题，目前在美国已受到重视。荷马城电厂为避免湿法脱硫废水的硒污染问题，在最近新建的1#和2#机组（2×660MW）烟气脱硫装置中采用干法脱硫工艺，而放弃已在3#机组使用多年的石灰石石膏湿法脱硫工艺。这从一定程度上说明，干法脱硫工艺可被用来取代石灰石-石膏湿法脱硫以避免废水所造成的硒污染。

3 电厂灰渣堆放时微量重金属对地下水的影响

燃煤电厂的灰渣除了被综合利用外，其他部分直接堆放在贮灰场中[15]。如果处理不当，灰渣堆放场渗滤液对地下水造成的污染将是一个世界性的问题[16]。

常用的灰渣贮存方法有湿式和干式贮存。从贮存方法的发展情况来看，国外上世纪50～60年代通常使用湿式贮放，而80年代干式贮放的应用逐渐增加[17]。国内早期以湿式贮存为主，目前新建的灰场以干式贮灰场为主[17]，湿式贮灰场将被逐步淘汰或改造。对于湿式贮存，一般通过水力将灰输送至贮灰场，冲灰水的用量大。在贮存过程中，灰渣不仅受到雨水，还受到冲灰水的淋溶。对于干式贮存，灰渣主要受到雨水的淋溶。不论是干式还是湿式贮灰场，贮灰场渗滤液是否会对地下水环境造成影响取决于沉积灰渣的性质、贮灰场地层的防渗条件和对灰水中有害成分的吸附能力以及贮灰场运行条件等因素，但灰水渗漏最终都会对周围地下水环境造成不同程度的影响[17，19]。

由于垂向渗入系数小，渗透速度慢，在短期内可能不会污染地下水。但在长期淋溶作用下，土壤的环境容量将逐渐减小，对地下水的污染可能会逐渐加重[20]。灰渣堆放引起的下漏对地下水的影响主要集中在两个方面：1）部分可溶的微量重金属元素因雨水和冲灰水的淋滤作用，渗入地下水中[21]。灰渣中微量重金属元素浸出对贮放场及周围地区的地下水水质的影响。灰渣中浸出浓度较高的重金属元素有Sb、Cd、Cr、Pb、Ni、B、Ti、Zn、Mn、As和Se等元素。另外，灰渣浸出液的高碱性和高氟含量，也会影响周围地区的地下水水质[14]。2）灰渣的大量堆放会改变原灰场的地形地貌，使浅层地下水由无压变为有压，可能会造成地下水水位的上升。地下水水位越高，地下水被污染的可能性越大。因此在建设火电厂时，必须充分考虑当地的情况，因地制宜，减少对地下水的重金属污染。

一般来说，灰中微量重金属元素的浸出能力高于渣[16]，故对灰渣堆放时浸出特性的研究多针对灰。按照我国的《固体废物浸出毒性的浸出方法》（GB5085.3-2007）[22]对某三种灰样进行浸出毒性测试，重金属的浸出离子浓度一般远低于国家危险废物标准中的上限。然而不同pH下重金属元素的浸出规律各不相同，我国固体废物浸出毒性的浸出方法却只设定了单点pH，无法模拟现实场景中不同pH对废渣中微量重金属离子浸出的影响程度，通过浸出实验结果所得结论的可靠性恐怕会受到质疑。

美国环境保护署（US Environmental Protection Agency，US EPA）颁布的LEAF（Leaching Environmental Assessment Framework）浸出性测定方法则不再仅仅基于单点pH浸提，而是在一个较宽范围的pH（2.0～13.0）讨论不同pH对重金属浸出的影响。下图为不同pH下粉煤灰和水泥中As和B的浸出曲线图，从图中可以看出，不同重金属在同一pH的浸出浓度和同一金属在不同pH的浸出浓度均不相同。另外LEAF还包括了一整套的浸出测试方法，如批处理、柱实验和水池试验，能够较系统地说明某一固体材料的浸出特性，因此对于我国来说，LEAF浸出性测定方法可作为很好的参考和借鉴。

飞灰和水泥中As和B的浸出随pH的变化趋势图

4 结语

燃煤电厂微量重金属的排放对周围水源水质的影响是多方面的，需更进一步地调查研究。但在建设火电厂时，必须充分考虑当地的情况，因地制宜，选择合适的脱硫工艺流程，减少废水排放量和灰渣的堆放量，从源头上减少重金属对地表和地下水的污染程度。在环境影响评价中，应特别注重重金属元素的长期监测，制定突发性的重金属污染地下水的修复和治理方案。在研究某一燃煤固废微量重金属的浸出特性时，可借鉴美国EPA颁布的LEAF方法。

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