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水源水質(zhì)的影響，對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，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，可借鑒美國EPA頒布的LEAF方法；在環(huán)境影響評價中，應(yīng)特別注重重金屬元素的長期監(jiān)測，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水質(zhì)的影響主要集中在兩個方面：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，也需要花費很長的時間和巨額費用[8]。

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

2 電廠廢水中微量重金屬的排放對地表水水質(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，即使?jié)舛鹊?，也有可能造成周邊地表水體的污染[10]，進(jìn)而下滲污染地下水。因此，在電廠的整個運作過程中，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，因此不可避免地會產(chǎn)生廢水。比如元素Hg和As，在濕法脫硫時會隨著脫硫劑進(jìn)入廢水。齊文啟等人的監(jiān)測結(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。這是因為在石灰石-石膏濕法脫硫工藝在脫硫過程中應(yīng)用強(qiáng)力氧化，將+4價低溶解度的CaSeO3氧化至+6價高溶解度的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)，在三年不到的時間內(nèi)投入超過160萬美元的資金單獨處理廢水硒污染，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)境影響評價中應(yīng)建議，對于電廠，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，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 電廠灰渣堆放時微量重金屬對地下水的影響

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中[15]。如果處理不當(dāng)，灰渣堆放場滲濾液對地下水造成的污染將是一個世界性的問題[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，目前新建的灰場以干式貯灰場為主[17]，濕式貯灰場將被逐步淘汰或改造。對于濕式貯存，一般通過水力將灰輸送至貯灰場，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，貯灰場滲濾液是否會對地下水環(huán)境造成影響取決于沉積灰渣的性質(zhì)、貯灰場地層的防滲條件和對灰水中有害成分的吸附能力以及貯灰場運行條件等因素，但灰水滲漏最終都會對周圍地下水環(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，對地下水的污染可能會逐漸加重[20]?；以逊乓鸬南侣Φ叵滤挠绊懼饕性趦蓚€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]。灰渣中微量重金屬元素浸出對貯放場及周圍地區(qū)的地下水水質(zhì)的影響。灰渣中浸出濃度較高的重金屬元素有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，也會影響周圍地區(qū)的地下水水質(zhì)[14]。2）灰渣的大量堆放會改變原灰場的地形地貌，使淺層地下水由無壓變?yōu)橛袎?，可能會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，必須充分考慮當(dāng)?shù)氐那闆r，因地制宜，減少對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]，故對灰渣堆放時浸出特性的研究多針對灰。按照我國的《固體廢物浸出毒性的浸出方法》（GB5085.3-2007）[22]對某三種灰樣進(jìn)行浸出毒性測試，重金屬的浸出離子濃度一般遠(yuǎn)低于國家危險廢物標(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pH，無法模擬現(xiàn)實場景中不同pH對廢渣中微量重金屬離子浸出的影響程度，通過浸出實驗結(jié)果所得結(jié)論的可靠性恐怕會受到質(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）浸出性測定方法則不再僅僅基于單點pH浸提，而是在一個較寬范圍的pH（2.0～13.0）討論不同pH對重金屬浸出的影響。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試方法，如批處理、柱實驗和水池試驗，能夠較系統(tǒng)地說明某一固體材料的浸出特性，因此對于我國來說，LEAF浸出性測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的變化趨勢圖

4 結(jié)語

燃煤電廠微量重金屬的排放對周圍水源水質(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，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地表和地下水的污染程度。在環(huán)境影響評價中，應(yīng)特別注重重金屬元素的長期監(jiān)測，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，可借鑒美國EPA頒布的LEAF方法。

[1] You C，Xu X.Coal combustion and its pollution control in China[J].Energy， 2010，35（11）：4467-4472.

[2] Pavageau M P，P Cheyran C，Krupp E M，et al. Volatile metal species in coal combustion flue gas[J].Environmental science & technology，2002， 36（7）：1561-1573.

[3] Otero-Rey J R，López-Vilari?o J M，Moreda-Pi?eiro J，et al. As，Hg，and Se flue gas sampling in a coal-fired power plant and their fate during coal combustion [J].Environmental science & technology， 2003， 37（22）：5262-5267.

[4] Ruth L A.Energy from municipal solid waste：a comparison with coal combustion technology[J].Progress in Energy and Combustion Science，1998， 24（6）：545-564.

[5] Tian H，Wang Y，Xue Z，et al. Atmospheric emissions estimation of Hg，As， and Se from coal-fired power plants in China，2007[J].Science of the Total Environment，2011，409（16）：3078-3081.

[6] 徐鳳蘭，葉丹，曹德福，等.淺談地下水污染及其防治[J].地下水，2005，27（1）： 50-52.

[7] 武曉峰，唐杰.土壤，地下水中有機(jī)污染物的就地處置[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備， 2000，1（4）：46-51.

[8] 王昭，楊國華，陳璽，等.污灌對地下水的污染及防治對策[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)， 2008，3：99-103.

[9] 湯蕾.粉煤灰中重金屬淋濾特性試驗及其處理方法的研究[D].湖北：華中科技大學(xué)， 2009.

[10] 尹連慶，關(guān)新玉.燃煤電廠重金屬污染與控制[J].熱力發(fā)電，2006，4：30-32.

[11] 齊文啟，尤洋，林燕春，等.環(huán)境保護(hù)驗收重金屬污染與監(jiān)測中的問題[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2012，2：145-148.

[12] 韋國平.對火電廠脫硫廢水進(jìn)行單獨處理的必要性[J].熱力發(fā)電，2006，9： 53-54.

[13] 蘭春鋒，蘇清發(fā)，吳慕正.美國電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水硒污染治理及對中國的啟示[J].電力科技與環(huán)保，2013，1：59-62.

[14] HOPEY D. State DEP fines Homer City power plant for selenium discharge[J]. Pittsburgh Post-Gazette，2007，4：13.

[15] 溫彥鋒，蔡紅，邊京紅.灰渣的化學(xué)性質(zhì)及貯放對環(huán)境的影響[J].水泥，2000， 3（5）：2-5.

[16] Sharma R S，Al-Busaidi T S. Groundwater pollution due to a tailings dam[J]. Engineering Geology，2001，60（1）：235-244.

[17] 王義生，吳曉華，朱曉琳，等.燃煤灰場對地下水環(huán)境影響及防滲處理[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2007，18（3）：116-120.

[18] 丁海容，饒俊勇.燃煤電廠干式貯灰場防滲設(shè)計探討[J].國土資源科技管理，2011，28（6）：99-103.

[19] 溫彥鋒，魏迎奇，蔡紅，等.燃煤電廠貯灰場防滲設(shè)計原則探討[C].中國土木工程學(xué)會第九屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會議論文集，2003，1126.

[20] 白繼紅，張永波.電廠粉煤灰場氟離子對地下水影響的試驗[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2008，30（4）：408-411.

[21] 張東強(qiáng)，藍(lán)俊康，劉寶劍.煤的開采與加工對地下水的污染及防治措施[J].地下水， 2008，3 （6）：87-90.

[22] GB 5085.3-2007.危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別[S].

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