林珊珊，吳慕正，林馳前

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

燃煤電廠含重金屬廢水對(duì)水源的影響分析

林珊珊，吳慕正，林馳前

（福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建 龍巖 364000）

通過介紹燃煤電廠廢水排放和灰渣堆放對(duì)水源水質(zhì)的影響，對(duì)可能存在的微量重金屬污染水質(zhì)的情況提出預(yù)防和治理措施：包括在建設(shè)火電廠時(shí)，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐那闆r，選擇合適的脫硫工藝流程，從源頭上減少廢水排放對(duì)周圍水質(zhì)的重金屬污染；在研究某一燃煤固廢微量重金屬的浸出特性時(shí)，可借鑒美國EPA頒布的LEAF方法；在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，應(yīng)特別注重重金屬元素的長期監(jiān)測(cè)，制定突發(fā)性的重金屬污染地下水的修復(fù)和治理方案。

燃煤電廠；含重金屬廢水；地下水；地表水

1 引言

煤炭作為提供電力的主要能源，大約占據(jù)我國發(fā)電能源的70%[1]，由此帶來的重金屬排放也已成為人們普遍關(guān)注的問題之一。在燃煤過程中，大量的微量重金屬元素會(huì)被釋放，在煙氣和灰渣中重新分配[2]，其分配行為不僅取決于它們的揮發(fā)性[3]，更與燃煤過程的物理化學(xué)環(huán)境有關(guān)[4]。

按元素的揮發(fā)性程度排列，燃煤火電廠產(chǎn)生的微量重金屬包括有：汞（Hg）、硒（Se）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、銻（Sb）、鋅（Zn）、鈹（Be）、鈷（Co）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鎳（Ni）、銀（Ag）和鋇（Ba）等[4]。經(jīng)鍋爐高溫燃燒后，揮發(fā)性低或難揮發(fā)的重金屬較難遷移，一般分配在爐底渣和粉煤灰中[5]，多數(shù)重金屬在預(yù)除塵器中隨粉煤灰一起被脫除；揮發(fā)性較強(qiáng)的重金屬則隨著含硫煙氣運(yùn)移，在后續(xù)的低溫脫硫過程中，沉積在脫硫副產(chǎn)物中（脫硫石膏或脫硫灰）。在這個(gè)過程中所產(chǎn)生的固體廢料主要是灰（粉煤灰和脫硫副產(chǎn)物）和渣（爐底灰），微量重金屬一般富集于其中。

燃煤電廠微量重金屬的排放對(duì)水質(zhì)的影響主要集中在兩個(gè)方面：一是電廠排放的廢水，造成地表和地下水中含有濃度超標(biāo)的重金屬；二是燃煤灰渣堆放所產(chǎn)生的含微量重金屬的滲濾液通過土壤包氣帶進(jìn)入地下，污染地下水。據(jù)了解，2010年我國大宗工業(yè)固體廢物的綜合利用率僅為40%，大部分直接堆放，由于灰渣堆放引起的地下水污染最為嚴(yán)重。與地表水污染不同，地下水污染更具隱蔽性和難逆轉(zhuǎn)性[6]。并且，一般地下水污染只有在污染范圍大、污染程度高的情況下才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，又由于其處于地下，因此很難完全掌握[7]。一旦重金屬進(jìn)入地下水產(chǎn)生污染，則很難治理。即使可以修復(fù)和治理，也需要花費(fèi)很長的時(shí)間和巨額費(fèi)用[8]。

本文就電廠廢水排放對(duì)地表水水質(zhì)的影響，和灰渣堆放時(shí)微量重金屬可能對(duì)地下水產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析，并提出了有針對(duì)性的預(yù)防措施。

2 電廠廢水中微量重金屬的排放對(duì)地表水水質(zhì)的影響

電廠排放的廢水主要為工業(yè)廢水和沖灰水。含有微量重金屬的電廠廢水大多在經(jīng)過一段時(shí)間的自然沉淀和進(jìn)一步物理和化學(xué)法處理后被直接排入江河[9]，而微量重金屬隨這部分廢水排出時(shí)，即使?jié)舛鹊停灿锌赡茉斐芍苓叺乇硭w的污染[10]，進(jìn)而下滲污染地下水。因此，在電廠的整個(gè)運(yùn)作過程中，應(yīng)盡量減少廢水的產(chǎn)生。

石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用脫硫劑漿液脫硫，因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生廢水。比如元素Hg和As，在濕法脫硫時(shí)會(huì)隨著脫硫劑進(jìn)入廢水。齊文啟等人的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，廢水中Hg和As都有超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的現(xiàn)象，有的地區(qū)As超標(biāo)近8倍[11]。這部分廢水若沒有處理好，一經(jīng)排放，有可能造成周圍地表水體乃至地下水中還有高濃度的重金屬。

此外，在石灰石-石膏濕法脫硫中，Se很大部分富集在脫硫廢水中，具有很強(qiáng)的毒性。這是因?yàn)樵谑沂?石膏濕法脫硫工藝在脫硫過程中應(yīng)用強(qiáng)力氧化，將+4價(jià)低溶解度的CaSeO3氧化至+6價(jià)高溶解度的CaSeO4，使得廢水硒濃度升高，毒性增強(qiáng)。因濕法脫硫廢水需要單獨(dú)的處理裝置處理后方能排放[12]，采用傳統(tǒng)物理化學(xué)法處理后的廢水硒排放一般難以達(dá)標(biāo)，因此必須再用費(fèi)用高且復(fù)雜的生物技術(shù)和人工濕地將廢水中CaSeO4還原為低價(jià)Se沉淀處理[13]。美國NRG Energy Services的EME荷馬城電廠（Homer City Generating Station）采用濕法脫硫技術(shù)，在三年不到的時(shí)間內(nèi)投入超過160萬美元的資金單獨(dú)處理廢水硒污染，但處理后仍無法達(dá)標(biāo)排放，在2007年被賓州環(huán)保局罰款20萬美元[14]。

因此，在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中應(yīng)建議，對(duì)于電廠，尤其是采用濕法脫硫工藝的電廠，應(yīng)在其周圍進(jìn)行較長期的地表水和地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)，維護(hù)水質(zhì)安全。

干法脫硫工藝不產(chǎn)生廢水，可從根本上避免脫硫廢水污染問題，目前在美國已受到重視。荷馬城電廠為避免濕法脫硫廢水的硒污染問題，在最近新建的1#和2#機(jī)組（2×660MW）煙氣脫硫裝置中采用干法脫硫工藝，而放棄已在3#機(jī)組使用多年的石灰石石膏濕法脫硫工藝。這從一定程度上說明，干法脫硫工藝可被用來取代石灰石-石膏濕法脫硫以避免廢水所造成的硒污染。

3 電廠灰渣堆放時(shí)微量重金屬對(duì)地下水的影響

燃煤電廠的灰渣除了被綜合利用外，其他部分直接堆放在貯灰場(chǎng)中[15]。如果處理不當(dāng)，灰渣堆放場(chǎng)滲濾液對(duì)地下水造成的污染將是一個(gè)世界性的問題[16]。

常用的灰渣貯存方法有濕式和干式貯存。從貯存方法的發(fā)展情況來看，國外上世紀(jì)50～60年代通常使用濕式貯放，而80年代干式貯放的應(yīng)用逐漸增加[17]。國內(nèi)早期以濕式貯存為主，目前新建的灰場(chǎng)以干式貯灰場(chǎng)為主[17]，濕式貯灰場(chǎng)將被逐步淘汰或改造。對(duì)于濕式貯存，一般通過水力將灰輸送至貯灰場(chǎng)，沖灰水的用量大。在貯存過程中，灰渣不僅受到雨水，還受到?jīng)_灰水的淋溶。對(duì)于干式貯存，灰渣主要受到雨水的淋溶。不論是干式還是濕式貯灰場(chǎng)，貯灰場(chǎng)滲濾液是否會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成影響取決于沉積灰渣的性質(zhì)、貯灰場(chǎng)地層的防滲條件和對(duì)灰水中有害成分的吸附能力以及貯灰場(chǎng)運(yùn)行條件等因素，但灰水滲漏最終都會(huì)對(duì)周圍地下水環(huán)境造成不同程度的影響[17，19]。

由于垂向滲入系數(shù)小，滲透速度慢，在短期內(nèi)可能不會(huì)污染地下水。但在長期淋溶作用下，土壤的環(huán)境容量將逐漸減小，對(duì)地下水的污染可能會(huì)逐漸加重[20]?；以逊乓鸬南侣?duì)地下水的影響主要集中在兩個(gè)方面：1）部分可溶的微量重金屬元素因雨水和沖灰水的淋濾作用，滲入地下水中[21]?；以形⒘恐亟饘僭亟鰧?duì)貯放場(chǎng)及周圍地區(qū)的地下水水質(zhì)的影響?；以薪鰸舛容^高的重金屬元素有Sb、Cd、Cr、Pb、Ni、B、Ti、Zn、Mn、As和Se等元素。另外，灰渣浸出液的高堿性和高氟含量，也會(huì)影響周圍地區(qū)的地下水水質(zhì)[14]。2）灰渣的大量堆放會(huì)改變?cè)覉?chǎng)的地形地貌，使淺層地下水由無壓變?yōu)橛袎?，可能?huì)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。因此在建設(shè)火電廠時(shí)，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐那闆r，因地制宜，減少對(duì)地下水的重金屬污染。

一般來說，灰中微量重金屬元素的浸出能力高于渣[16]，故對(duì)灰渣堆放時(shí)浸出特性的研究多針對(duì)灰。按照我國的《固體廢物浸出毒性的浸出方法》（GB5085.3-2007）[22]對(duì)某三種灰樣進(jìn)行浸出毒性測(cè)試，重金屬的浸出離子濃度一般遠(yuǎn)低于國家危險(xiǎn)廢物標(biāo)準(zhǔn)中的上限。然而不同pH下重金屬元素的浸出規(guī)律各不相同，我國固體廢物浸出毒性的浸出方法卻只設(shè)定了單點(diǎn)pH，無法模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中不同pH對(duì)廢渣中微量重金屬離子浸出的影響程度，通過浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得結(jié)論的可靠性恐怕會(huì)受到質(zhì)疑。

美國環(huán)境保護(hù)署（US Environmental Protection Agency，US EPA）頒布的LEAF（Leaching Environmental Assessment Framework）浸出性測(cè)定方法則不再僅僅基于單點(diǎn)pH浸提，而是在一個(gè)較寬范圍的pH（2.0～13.0）討論不同pH對(duì)重金屬浸出的影響。下圖為不同pH下粉煤灰和水泥中As和B的浸出曲線圖，從圖中可以看出，不同重金屬在同一pH的浸出濃度和同一金屬在不同pH的浸出濃度均不相同。另外LEAF還包括了一整套的浸出測(cè)試方法，如批處理、柱實(shí)驗(yàn)和水池試驗(yàn)，能夠較系統(tǒng)地說明某一固體材料的浸出特性，因此對(duì)于我國來說，LEAF浸出性測(cè)定方法可作為很好的參考和借鑒。

飛灰和水泥中As和B的浸出隨pH的變化趨勢(shì)圖

4 結(jié)語

燃煤電廠微量重金屬的排放對(duì)周圍水源水質(zhì)的影響是多方面的，需更進(jìn)一步地調(diào)查研究。但在建設(shè)火電廠時(shí)，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐那闆r，因地制宜，選擇合適的脫硫工藝流程，減少廢水排放量和灰渣的堆放量，從源頭上減少重金屬對(duì)地表和地下水的污染程度。在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，應(yīng)特別注重重金屬元素的長期監(jiān)測(cè)，制定突發(fā)性的重金屬污染地下水的修復(fù)和治理方案。在研究某一燃煤固廢微量重金屬的浸出特性時(shí)，可借鑒美國EPA頒布的LEAF方法。

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Analysis on Impact of Heavy Metal Wastewater on Water Sources in Coal-fired Power Plant

LIN Shan-shan, WU Mu-zheng, LIN Chi-qian

X703

A

1006-5377（2015）03-0055-03