燃煤電廠脫硫廢水中氨氮超標(biāo)問題分析及其處理技術(shù)研究進(jìn)展

陳 智，楊 洋，邢小林，荊 黎，葛智泉

（1.安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232089；2.國家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司，重慶 401122）

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于燃煤電廠煙氣凈化技術(shù)。該技術(shù)利用石灰石與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成石膏從而達(dá)到脫硫的目的。然而濕法脫硫系統(tǒng)為了維持脫硫效率穩(wěn)定，需要定期地排出一部分脫硫廢水，此廢水具有含鹽量高、懸浮物含量高、水質(zhì)復(fù)雜、污染性大、水質(zhì)波動大等特點，成為了燃煤電廠環(huán)保建設(shè)的重點關(guān)注對象。現(xiàn)階段，燃煤電廠的脫硫廢水主要采用“三聯(lián)箱”工藝[1]，通過中和、絮凝、沉淀的方式調(diào)節(jié)廢水pH 值并降低其懸浮物含量。但在實際運(yùn)行過程中許多電廠出現(xiàn)脫硫廢水氨氮超標(biāo)的問題，特別是在我國北方地區(qū)的一些電廠特別明顯。然而，電廠現(xiàn)有脫硫廢水“三聯(lián)箱”處理工藝沒有針對氨氮的處理措施，脫硫廢水氨氮超標(biāo)問題成為了電廠急需解決的問題。

1 脫硫廢水中氨氮的來源

1.1 脫硫廢水的產(chǎn)生

石灰石-石膏濕法脫硫是將石灰石漿液通過噴淋與煙氣接觸，煙氣中的二氧化硫被漿液吸收。該過程中漿液也會吸收煙氣中的可溶性成分，其中就包含煙氣中含量較高的氯化物，隨著脫硫的進(jìn)行，漿液中的氯離子會逐漸升高。氯離子濃度過高會對脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行造成影響。因此，為了維持脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定，控制漿液中的氯離子濃度，需要定期從系統(tǒng)內(nèi)排出一定的脫硫廢水。

1.2 脫硫廢水中氨氮的來源分析

從脫硫廢水產(chǎn)生的過程中可以看出，脫硫廢水主要受到脫硫工藝水水質(zhì)、石灰石品質(zhì)以及煙氣成分的影響。石灰石作為一種天然礦物，氨氮含量較低，幾乎不會影響脫硫廢水中氨氮的含量。脫硫工藝水是指用脫硫過程中系統(tǒng)所需用水，國內(nèi)燃煤電廠一般采用廠區(qū)循環(huán)冷卻水、廠區(qū)工業(yè)用水等，這些類型的水源一般氨氮的含量也較低，不會造成脫硫廢水中的氨氮超標(biāo)。但某些缺水地區(qū)的電廠會采用城市中水作為水源，如果采用的中水本身氨氮較高，最終進(jìn)入脫硫塔后，則有可能會造成脫硫廢水中的氨氮偏高。近幾年，煙氣超低排放被推行，許多電廠為了達(dá)到氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)，在SCR 脫硝區(qū)域存在過量噴氨的情況，這使得很多電廠存在氨逃逸現(xiàn)象，最終在脫硫系統(tǒng)中被吸收進(jìn)入脫硫廢水中，使得脫硫廢水中氨氮超標(biāo)。

1.3 控制手段

通過前文的分析得到結(jié)論，造成脫硫廢水氨氮超標(biāo)的主要原因是脫硝區(qū)域的氨逃逸以及脫硫工藝水水質(zhì)情況。其中又以氨逃逸影響最為明顯，是造成目前脫硫廢水氨氮超標(biāo)的主要原因。因此要控制脫硫廢水的氨氮可以通過噴氨優(yōu)化降低氨逃逸，也可以通過控制脫硫工藝水水質(zhì)，盡可能地采用氨氮較低水源作為工藝水或采用合適的方法降低工藝水中的氨氮。

2 氨氮處理方法

2.1 吹脫法

吹脫法是一種廣泛應(yīng)用于氨氮廢水處理的方法[2]，將廢水調(diào)至pH 值為12 左右，使廢水中的氨離子（NH4+）轉(zhuǎn)化成游離氨（NH3）形式存在，然后在吹脫塔中通入空氣或蒸汽，經(jīng)過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫出來，氨氣經(jīng)吸收塔吸收后生成副產(chǎn)品硫酸銨或氨水，實現(xiàn)資源回收（見圖1）。吹脫法一般比較適用于氨氮＞500mg/L 的高氨氮廢水。吹脫法效果穩(wěn)定，操作簡單，適用性強(qiáng)。但采用蒸汽或空氣，氣液比高，能耗較大，且吹脫過程需消耗大量的堿液和硫酸，藥劑消耗較大。傳統(tǒng)的吹脫法的處理極限約60mg/L，對于出水氨氮要求特別高的適用性較差。

圖1 氨氮吹脫法工藝流程示意圖

2.2 化學(xué)沉淀法

沉淀法（又稱鳥糞石法）是通過向廢水中投加Mg2+和PO43－，使之與NH4+生成難溶復(fù)鹽MgNH4PO4·6H2O（簡稱MAP）結(jié)晶通過沉淀分離后達(dá)到去除氨氮的目的[3]。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

化學(xué)沉淀法適用于中高濃度的氨氮廢水（100-800mg/L），該方法工藝簡單，操作簡便，反應(yīng)快，影響因素少，能充分回收氨，從而實現(xiàn)廢水資源化。但沉淀法的主要局限性在于沉淀藥劑用量較大，反應(yīng)時間相對較長（2-4 小時），從而致使處理成本較高。此外由于磷酸根的投加，若加藥量控制不好可能會導(dǎo)致廢水磷超標(biāo)，造成二次污染。

2.3 離子交換法

離子交換法是利用離子交換作用去除廢水中的氨氮。離子交換法一般采用沸石、蒙脫石、高分子樹脂等作為交換材料[4-5]，NH4+與可交換離子進(jìn)行交換反應(yīng)，從而達(dá)到去除氨氮的目的。離子交換法具有選擇性高、去除率高等特點，可以用于廢水氨氮的深度處理。由于離子交換材料對氨氮的吸附量有限，若用于高氨氮廢水的處理，交換材料用量大、再生頻繁，且再生后會產(chǎn)生高氨氮廢水，需要進(jìn)一步處理。

2.4 膜分離法

近幾年，市場上逐步出現(xiàn)一類用于廢水中氨氮處理的膜分離技術(shù)，這種技術(shù)一般采用中空纖維膜作為分離材料。廢水首先加入堿調(diào)節(jié)為強(qiáng)堿性將廢水中的NH4+轉(zhuǎn)化為游離NH3，調(diào)堿后的廢水在纖維膜內(nèi)側(cè)流動，在膜的外側(cè)通入吸收劑（一般為稀硫酸），流動過程中廢水中的NH3不斷地通過膜擴(kuò)散到外側(cè)被吸收液吸收，達(dá)到去除廢水中氨氮的目的，同時吸收液吸收氨氮后可以得到硫酸銨副產(chǎn)品（見圖2）。膜分離技術(shù)對氨氮的去除效果很好，可以將廢水中氨氮降低至最低。但廢水需要調(diào)至強(qiáng)堿性，藥劑消耗量大，此外，膜分離在低溫條件下氨氮去除效果也較差，低溫條件下使用時需要對廢水加熱。

圖2 脫氨膜工作原理圖

2.5 高級氧化法

氨氮中的氮元素為-3 價，具有還原性。因此，傳統(tǒng)的高級氧化方法理論上對氨氮的去除都有一定的效果。其原理是利用氧化還原反應(yīng)將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴膹U水中逸出，從而達(dá)到去除廢水中氨氮的目的。目前，用于廢水中氨氮氧化處理的高級氧化方法有折點加氯法、芬頓氧化法、電化學(xué)氧化法等。

折點加氯法是一種常見的氨氮氧化處理方法，在適當(dāng)pH 值下，向廢水中通入Cl2或加入NaClO，廢水中的NH3-N 被氧化成氯胺（NH2Cl、NHCl2和NCl3）后，再氧化分解成N2氣體。

反應(yīng)式：2NH3+3NaClO→N2↑+3H2O+3NaCl。

芬頓氧化法是一種常用于處理廢水中COD 的方法，它是通過Fe2+與雙氧水反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的OH，OH 具有很高的氧化電位，可以氧化廢水中的COD 成分，同時對氨氮也有很好的氧化效果。

電化學(xué)氧化法[6-7]是利用電極電位對廢水進(jìn)行氧化處理廢水中的COD 和氨氮的一種方法。其主要原理是在將廢水通過通電的陰陽極板之間，廢水中的氨氮或有機(jī)物一方面可以直接在陽極上被氧化，另一方面陽極可以將廢水中的氯離子氧化為氯氣、次氯酸鹽等具有氧化性的物質(zhì)，這些具有氧化性的物質(zhì)進(jìn)而對廢水中的還原性物質(zhì)進(jìn)行氧化。此外，通過在極板上涂覆稀有金屬涂層，在涂層的作用下可以產(chǎn)生OH 強(qiáng)氧化性物質(zhì)。

3 技術(shù)應(yīng)用可行性分析

脫硫廢水具有含鹽量高、氯離子含量高、硬度大、水質(zhì)復(fù)雜等特點，傳統(tǒng)的氨氮處理技術(shù)在脫硫廢水上的應(yīng)用可能受到限制，因此需要對技術(shù)進(jìn)行可行性分析，以選擇適宜的脫硫廢水氨氮處理技術(shù)。各類氨氮處理技術(shù)在脫硫廢水氨氮處理的可行性分析見表1。

表1

分析結(jié)果表明高級氧化技術(shù)對于脫硫廢水的氨氮處理具有較好的適用性，但需要根據(jù)水質(zhì)情況選擇合適的技術(shù)，其中折點加氯法、電化學(xué)氧化法都是比較適宜的技術(shù)類型。

4 結(jié)束語

由于氨逃逸等原因，許多燃煤電廠存在脫硫廢水氨氮超標(biāo)的問題。現(xiàn)階段，燃煤電廠所廣泛采用的“三聯(lián)箱”廢水處理工藝無法處理廢水中的氨氮。因此，需要尋找處理脫硫廢水的措施和方法。本文綜述了目前廢水氨氮處理的主要方法，并分析了各種方法的原理和優(yōu)缺點以及在脫硫廢水氨氮處理中的可行性。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高級氧化技術(shù)可以很好地適用于脫硫廢水中的氨氮處理，其中折點加氯法和電化學(xué)氧化法都具有較好的應(yīng)用前景。