发电厂污水脱硫处理工艺设计及效果分析

寇于亮

(机科发展科技股份有限公司,北京 100044)

火力发电具有技术稳定、设计方法成熟、建设周期短等特点[1],在我国电力能源结构中占据主导地位。我国是能源大国,据报道,煤炭年消耗量占我国能源年总消耗量的70%以上[2],而且我国资源禀赋特性决定着在未来较长时间内将仍然保持以煤电为主的能源特性。

根据脱硫工艺设置于燃烧过程中的位置,可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫[3],其中燃烧后脱硫因不受机组容量等因素影响而广为应用,燃烧后脱硫技术(烟气脱硫FGD,下同)又有气体悬浮吸收脱硫、喷雾干燥技术、烟气海水脱硫、湿法脱硫等[4-5]。在发电厂烟气众多脱硫技术中,湿式烟气脱硫技术具有运行稳定、脱硫效率高、对各煤种适应性强等优点[6-7],已成为我国火力发电厂使用最广的技术之一。湿式脱硫由于采用SO2为吸收剂,且SO2循环使用[8],吸收塔内悬浮杂质、盐分、重金属、氮盐、硫酸盐等,长期积累导致浓度越来越高,这些杂质主要来自煤炭燃烧、脱硫剂、工艺水等[9]。该类废水一般呈酸性,重金属浓度含量虽不高但种类多。COD、F-、Cl-含量高[10-11],若不及时处理会影响脱硫效率,如影响脱硫剂对SO2的吸收、腐蚀设备等[12]。

1 材料与方法

1.1 工艺设计

在原有工艺基础上将混凝沉降箱分为混凝箱和沉降箱,并且在出水箱前添加了SBR反应器,优化后的工艺流程见图1。其中SBR装置由有效体积15 L的敞口圆筒有机玻璃构成,在不同层位设有启样口、运行时维持搅拌速度80 r/min,反应周期100 d。采用两种方式运行:1～60 d采用厌氧/低氧方式运行,每天循环运行4次,每次厌氧时间为180 min、低氧时间为150 min;61～100 d采用厌氧/缺氧/低氧方式运行,每天循环3次,每次厌氧时间180 min、缺氧180 min、低氧120 min。两阶段其他控制条件一致,排水比3 ∶8、水力停留时间14.6 h、溶解氧(DO)浓度0.5～1 mg/L。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow diagram

1.2 试验材料和计算方法

2 结果与分析

2.1 各阶段磷含量变化情况

每隔5 d分析装置内进水段、出水段、厌氧阶段后期、缺氧阶段后期磷含量以及装置内磷的去除率,绘制变化曲线图,结果见图2。

图2 磷含量随运行时间变化情况Fig.2 Changes in phosphorus content with operating time

2.2 各阶段氨氮含量变化情况

进水段、出水段、厌氧阶段后期、缺氧阶段后期氨氮含量以及装置内氨氮的去除效果见图3。

图3 氨氮含量随运行时间变化情况Fig.3 Changes in ammonia nitrogen content with operating time

分析可知,0～60 d进水中氨氮浓度在42～68.4 mg/L范围内波动;该阶段厌氧末期氨氮在15.6～38.2 mg/L范围内变化,在整个时间段内氨氮波动都没有明显的规律;前30 d出水氨氮虽有升有降,但大致还是呈下降趋势,至第30 d出水氨氮降低至0.2 mg/L,随后的30 d氨氮含量均在0.2 mg/L以下,说明该阶段装置内已经具有较好的氨氮去除性能;第0～30 d氨氮去除率大致也是逐渐增加,由最初的55.8%增至98.4%,第30 d后氨氮去除率一直在98%以上。

60～90 d,此时装置已经是厌氧/缺氧/低氧交替运行环境,进水中氨氮浓度在41.2～68.1 mg/L范围内波动;61～90 d,缺氧末期的氨氮含量较为稳定,一直在15 mg/L左右,厌氧末期的氨氮含量虽有波动但较为平缓,在19.2～34.6 mg/L范围内变化;这个阶段出水氨氮稳定在0.2 mg/L以下,氨氮去除率也在98%以上。

2.3 各阶段COD含量变化情况

进水段、出水段、厌氧阶段后期、缺氧阶段后期COD含量以及装置内COD的去除效果见图4。

图4 COD含量随运行时间变化情况Fig.4 Change of COD content with operating time

分析可知,0～60 d进水中COD浓度在146.3～327.4 mg/L范围内波动;该阶段厌氧末期COD大致逐渐减少,由最初的92.6 mg/L减少至第60 d的27.3 mg/L;出水COD变化趋势与厌氧末段变化趋势类似,也是逐渐减小;这阶段的去除率大致也是逐渐上升,去除率在第60 d时达到该阶段的最大值85.08%。

60～90 d进水中COD浓度在194.6～325.4 mg/L范围内波动;61～90 d,缺氧末期的COD含量较为稳定,一直在30～40 mg/L范围内变化,该阶段出水COD浓度、厌氧末期COD浓度、缺氧末期COD浓度三者变化趋势大致一致,浓度都在20～40 mg/L范围内变化;该阶段COD去除率一直稳定在85%以上,去除率最高达到91.3%。

2.4 各阶段脱氮特性

出水中硝氮、出水中亚硝氮、缺氧段进水中硝氮以及TN的去除率见图5。

图5 硝氮、亚硝氮含量及TN去除率随运行时间变化情况Fig.5 Changes in nitrate and nitrite nitrogen content and TN removal rate

分析可知,0～60 d出水中硝氮和亚硝氮含量都比较稳定,波动幅度均很小,硝氮含量在3～4 mg/L范围内变化,亚硝氮含量在0～1 mg/L范围变化;该阶段出水TN去除率大致逐渐上升,其中0～35 d出水TN去除率波动范围较大,第35 d后TN去除率稳定在85%以上,去除率最高达到93.2%。60～90 d硝氮和亚硝氮含量仍较为稳定、两者含量以及变化情况与0～60 d大致相同,该阶段缺氧段进水中硝氮含量也比较稳定、含量稳定在35～40 mg/L,出水TN去除率也在90%左右。

3 结论