燃煤电厂海水脱硫工艺的排水对海域环境的影响.pdf

第2卷 第5期 环 境 工 程 学 报 Vol. 2 , No. 5 2 0 0 8年5月Chinese Journal of Environmental EngineeringMay 2 0 0 8 燃煤电厂海水脱硫工艺的排水 对海域环境的影响 郭 娟 袁东星 3 陈进生 黄以琛 厦门大学环境科学研究中心,厦门361005 摘 要 进行了某4300 MW燃煤锅炉的海水烟气脱硫海水FGD系统投运前后的海域监测。研究结果显示,海水 曝气工艺可以较好地使脱硫后的海水水质得到恢复,除Hg必须引起严重关注外,排海海水的其他水质指标变化很小,附近 海域所受影响甚微。 关键词 烟气 海水脱硫 海域环境 中图分类号 X70113 文献标识码 A 文章编号 167329108 2008 0520707205 Impact of discharge water from seawater flue gas desulfurization system of coal2fired power plant on the environment of surrounding sea area Guo Juan Yuan Dongxing Chen Jinsheng Huang Yichen Environmental Science Research Center, Xiamen University, Xiamen 361005 Abstract The monitoring results of seawater samples from seawater flue gas desulfurization FGD system and surrounding sea area before and after running of seawater FGD system of a 4300 MW coal2fired units in a coal2fired power plant have been presented. The results show that the aeration, mixing and dilution systems have obvious good function on sea water quality’s resuming . Most of the water quality inds remain unchanged and the discharge water has little effect on surrounding sea area except Hg to which more attention is needed. Key words flue gas; seawater FGD; sea environment 基金项目国家自然科学基金资助项目20777063 收稿日期 2007 - 11 - 16;修订日期 2007 - 12 - 28 作者简介郭娟1983～ , 女,硕士研究生,主要从事海洋环境监测 研究工作。E2mail guojuan0503gmail . com 3 通讯联系人, E2mail yuandxxmu. edu. cn 天然海水的pH值一般为718～813,碱度为 210 mmol/L左右,因此利用海水的天然碱度中和烟 气中SO2的脱硫工艺很早就被一些沿海国家的发电 厂所采用 [1]。海水脱硫与其他烟气脱硫技术相比 , 具有运行成本低、 投资少、 系统简单等特点,而且无 固态废弃物等二次污染物产生。 在我国,深圳西部电厂、 漳州后石电厂等一些沿 海电厂相继实施海水烟气脱硫项目并获成功 [2 ]。 本研究对某电厂 4 300 MW 机组的海水脱硫设 备运行前后海水水质变化及脱硫排水对附近海域的 影响,进行了全面、 长期的跟踪监测,研究结果可对 评价、 改进及推广海水脱硫工艺提供重要依据。 1 海水FGD过程的基本原理 海水脱硫的流程如图1所示 [3 ] ,锅炉燃烧排放 的烟气经气 2 气换热器降温后引入吸收塔中下部,与 自上而下的来自汽轮机凝汽器的冷却海水发生传质 作用。净烟气从吸收塔上部排出,吸收SO2后的海 水自吸收塔底部排入曝气池,与来自汽轮机凝汽器 的其余海水混合、 曝气后排回海中。脱硫过程主要 的化学反应如下 SO2H2O→HSO - 3 H 1 HSO - 3 1 /2O2→SO 2 - 4 H 2 HCO - 3 H →CO2H2O3 CO 2 - 3 2H →CO2H2O4 2 海水FGD对海水水质及附近海域的影响 研究 监测内容包括脱硫工艺过程的水质监测和电厂 附近的海域监测,在每年的丰水期夏季及枯水期 冬季分别现场监测,每次分高低潮2种情况。目 前,已进行了3次全面监测,包括脱硫工艺投运前的 环境工 程学报第2卷 图1 烟气海水脱硫的工艺简图 Fig11 Schematic diagram of seawater FGD system 背景值1次以及脱硫工艺投运后的枯水期2006年 冬及丰水期2007年夏各1次。 2. 1 脱硫海水水质监测 海水FGD工艺过程的水质监测结果如表1 所示。 进水口水质与新鲜海水水质相同。由表1可 知,与进水口水质相比,脱硫塔出水口处水质变化较 大 pH值降至4以下;温度升高2～5℃; SO 2 - 4 增量 013 g/L左右;DO可降至1130 mg/L以下; CODMn与 进水口水质相比升高8倍以上;重金属含量普遍有 所升高。脱硫塔出水进入曝气池,经曝气及混合稀 释后,水质与进水口相比已基本恢复,除Hg外,其 余各指标均达到了三类海水水质标准。由此可见, 曝气和混合稀释对脱硫后海水水质的恢复有显著 效果。 表1 海水FGD工艺过程的水质监测结果 Table 1 Results of sea water quality mon itoring at seawater FGD system 监测项目背景值 进水口 2006年冬2007年夏 脱硫塔出水口 2006年冬2007年夏 曝气池 2006年冬2007年夏 三类海水 水质标准 pH值8. 028. 038. 043. 442. 826. 836. 966. 5～9 温度℃24. 1021. 9933. 0126. 6038. 0223. 1033. 98人为温升 ≤4℃ SO2 - 4 g/L 2. 111. 872. 252. 162. 392. 002. 24- DO mg/L 6. 926. 206. 831. 305. 526. 026. 544 CODMnmg/L0. 880. 680. 963. 288. 400. 781. 40≤4 As μ g/L 1. 081. 896. 961. 637. 071. 376. 31- Hg μ g/L 0. 070. 040. 020. 460. 580. 210. 25≤0. 2 Cu μ g/L 12. 0229. 2316. 3829. 0119. 3628. 2416. 82≤50 Pb μ g/L 18. 028. 603. 929. 757. 047. 163. 88≤10 Zn μ g/L 54. 0613. 1632. 6189. 4652. 6111. 6520. 01≤100 Cd μ g/L 0. 770. 140. 180. 260. 210. 170. 21≤10 Cr μ g/L 23. 4316. 9318. 0816. 3111. 4816. 2621. 92≤200 Ni μ g/L 3. 264. 732. 985. 7536. 864. 911. 16- 2. 2 电厂附近海域海水水质监测 根据排放口附近的水文特征及潮汐规律,以及 数值模拟的脱硫排水对附近海域的可能影响范围, 在电厂附近海域共设6个监测站位离脱硫排水入 海口70 m左右的A断面布2个站位, 400 m左右的 B断面布3个站位, 800 m左右的C断面参考点 布1个站位。该海域位于河口附近,潮水为半日潮。 2. 2. 1 电厂排水口附近海域的温度场及泡沫场 监测 对温度场的监测、 研究主要依靠对卫星遥感数 据的分析及对现场实测温度值的分析。 对卫星遥感数据的分析表层温度场显示脱 硫工艺投运前,电厂排水为表面排放,温排水影响范 围集中在排水口附近,并沿排水口向两岸扩散,在低 风速、 高温和大排量等不利条件下,表层海水温升区 亦主要集中在离岸100 m的小范围海区,排水口附 近海域的温度均超过32℃,表现为影响范围集中、 影响强度大的特点。脱硫工艺投运后,排水采用近 岸淹没式排放,温排水对岸边表层水的影响区域明 显增大,但排水口附近温升及海区表层温升均明显 降低,呈现影响面积大、 影响强度小的特点,温升范 围在016～213℃,接近二类海水水质标准。此外, 在低风速、 高温和大排量等不利条件下,温排水对沿 岸表层水的影响区域更为扩大,温升程度更为降低。 807 第5期郭 娟等燃煤电厂海水脱硫工艺的排水对海域环境的影响 可见,沿岸淹没式排放的启用,有利于消除电厂 温排水对附近海区表层水温的影响强度。3℃ 以内 的温升在海区水温的昼夜及季节变化范围内,即电 厂温排水并未对附近海域表层水温造成明显影响。 电厂排水口附近距排放口200 m左右典型 的现场实测温度剖面图如图2所示。由于电厂已启 用沿岸淹没式排放,因此水温随水深增加的变化规 律为先升高后降低,在与排水口等深的层面达到最 大值,在图2上表现为水深1 m左右处温度最高。 温升程度在2℃ 以内。电厂的温排水并未对底层海 水造成影响。 图2 电厂附近海域温度剖面图 Fig . 2 Temperature profile of sea area near the waterspout 泡沫场在可见光波段具有强反射率,可以由真 彩色卫星遥感图像直接判读,分析结果显示,在取消 表面排放之前,电厂排水口可见到延伸泡沫带。夏 季高温、 高排量、 落潮等条件,有利于泡沫带的发育。 取消表面排放,投用2个近岸淹没排放口之后,电厂 附近海域未见明显的泡沫带。 2. 2. 2 海水pH值的变化 图3为海域各站位3次监测的pH平均值比较 图。由图3可知, 3次监测的pH值均在海水正常 pH值变化范围内,与背景值相比,变化幅度不大,且 均满足三类海水水质标准。海水脱硫对附近海域海 水的pH值影响甚微。 2. 2. 3 海水中溶解氧及化学耗氧量变化 SO 2 - 3 的还原性可引起DO的降低和CODMn的 升高。图4和图5分别为DO和CODMn的平均含量 变化图。由图4可知,同次监测各站位DO浓度无 明显差异,且均与参考点的DO浓度相当;与背景值 相比, 2006年冬及2007年夏季海域各监测站位的 DO浓度略增。海域各站位DO含量均满足二类海 水水质标准。由图5可知,与背景值相比,脱硫排水 图3 pH平均值变化图 Fig . 3 Variation diagram of average pH 并未造成海域CODMn含量的升高,各站位CODMn均 满足二类海水水质标准。 可见,电厂脱硫排水并未对海域DO含量及 CODMn浓度造成可视影响。 907 环境工 程学报第2卷 2. 2. 4 重金属监测 燃煤中存在的微量元素如As、Hg、Cu、Pb、Zn、 Cd、Cr和Ni等,在燃烧后残留在粉煤灰中。除锅炉 的炉渣外,烟气中飞灰的大部分被静电除尘器除去。 约1的小颗粒灰进入吸收塔,在吸收塔中约55 被海水洗脱下来,又由于吸收塔出口的排水pH偏 低,重金属盐类溶出的较多,溶出的重金属盐类随脱 硫排水经曝气、 混合稀释后,直接排放入海。 表2列出了脱硫工艺投运前后海水中重金属的 3次监测结果。从实测数据来看,海水中重金属含 量无明显增加,各重金属含量基本都满足三类海水 水质标准。 Hg由于其高度的生物富集性而成为海水脱硫 工艺中备受关注的指标。由图6可知, 2007年夏季 整个监测海域的Hg含量均较2006年冬季高。比 较2007年夏季各站位的监测结果可见,排水口附近 A系列站位Hg浓度含量较高; B2站位位于A1、A2 站位的中轴线上,因此Hg含量介于A1、A2站位之 间;参考站位C1的Hg含量位于较低水平 。 除A2 站位外,其余各站位Hg含量均满足二、 三类海水水 质标。表1显示排海前的脱硫海水中Hg含量为 0125μg/L,而图6中A2站位的Hg含量高于 0125μg/L,应与采样时间的不一致及采样误差有 关。脱硫海水的Hg增量对附近海域海水水质的影 响仍需长期监测验证。 图6 海水中Hg平均含量变化图 Fig . 6 Variation diagram of average Hg 表2 海水中重金属监测结果 Table 2 Heavy metals in seawater samplesμ g/L 项 目 含量范围 6 个站位 背景值2006年冬2007年夏 平均值 6 个站位 背景值2006年冬2007年夏 As0. 73～1. 460. 58～5. 204. 75～6. 940. 892. 626. 29 Hg0. 070. 01～0. 04ND～0. 500. 070. 020. 10 Cu5. 72～54. 791. 90～34. 3313. 52～17. 4421. 7715. 0415. 75 Pb0. 93～52. 530. 91～50. 710. 46～15. 0015. 8816. 752. 27 ZnND～47. 20ND～53. 608. 63～76. 1921. 6116. 2922. 39 Cd0. 28～1. 140. 17～3. 860. 11～0. 490. 671. 860. 19 Cr4. 49～69. 654. 10～98. 038. 36～18. 4927. 5237. 5813. 99 NiND～2. 77ND～16. 05ND～2. 950. 372. 062. 17 ND 未检出,下同 重金属进入海域后,除少部分呈可溶态外,大部 分吸附在胶体微粒上,并进行迁移和扩散,其迁移扩 散规律与悬浮物含量有很大关系。受沉降作用、 生 物累积作用,部分重金属随悬浮物、 胶体微粒较均匀 地沉积入沉积物中,部分则进入生物体内。沉积物 中重金属含量的监测结果如表3所示。采集水样时 在监测海域现场垂钓,得海鳗作为生物样。生物体 内重金属含量的监测结果如表4所示。由于所监测 海域位于厦门航道附近,近年经常有疏浚作业,导致 不同时期沉积物中重金属含量的可比性很差。从现 有数据来看,重金属含量均在二类海水水质标准以 上。由表4可知,生物体内重金属含量比较稳定,无 明显变化规律。 2. 2. 5 亚硫酸盐及硫酸盐增量的影响 SO 2 - 3 是由海水脱硫工艺直接引入的污染物,除 其本身具有一定的生物毒性外,还可能引起海水中 DO的降低和COD、SO 2 - 4 的增加。 海水中SO 2 - 3 的测定目前无特定方法可循,大 多沿用经典的滴定法,但滴定法灵敏度低,对复杂的 海水基底来说误差较大,因此SO 2 - 3 均未检出 0 18 mg/L。 为了更深入地研究海水中的痕量 SO 2 - 3 的变化,相关测定方法目前正在建立中。 SO 2 - 3 通过曝气氧化后大多数以SO 2 - 4 的形式排 入海域。3次监测的SO 2 - 4 的平均值比较如图7所 示。由图7可知,排水口附近的A系列站位的SO 2 - 4 浓度较高, B、C系列站位SO 2 - 4 浓度相对较低 。 河 017 第5期郭 娟等燃煤电厂海水脱硫工艺的排水对海域环境的影响 表3 沉积物中重金属监测结果 Table 3 Heavy metals i n sedi ment samplesmg/kg,干重 项 目 B2站位 背景值2006年冬2007年夏 C1站位背景参考点 背景值2006年冬2007年夏 As22. 4842. 3923. 3927. 5021. 2421. 87 HgNDND0. 20NDND0. 28 Cu13. 0417. 8733. 5922. 0015. 8947. 94 Pb4. 62ND109. 41NDND98. 87 Zn181. 29243. 53228. 24166. 1960. 69259. 80 CdND0. 640. 340. 870. 550. 44 Cr17. 1519. 41115. 4316. 2015. 8577. 50 Ni15. 9419. 2148. 3214. 2312. 2039. 38 表4 生物体内重金属监测结果 Table 4 Heavy metals in fish samplesmg/kg,湿重 采样时间样号AsHgCuPbZnCdCrNi 背景值 样 1 含组织液18. 05NDND0. 270. 04NDNDND 样 2 含组织液3. 16NDND0. 290. 57NDNDND 2006年冬样 3 含组织液13. 41ND0. 860. 3624. 49NDNDND 2007年夏 样 4 含组织液2. 430. 040. 19ND3. 00NDNDND 样 5 含组织液4. 980. 070. 220. 1516. 01NDNDND 口湾海水中SO 2 - 4 浓度的变化主要受泾流的影响,B 系列站位位于江水入海的支流中间, SO 2 - 4 的浓度因 此较低。比较各站位高、 低平潮间的SO 2 - 4 浓度也 可发现,高平潮时SO 2 - 4 浓度高于低平潮,与低平潮 时江水量较大有关。 图7 海水中SO2 - 4 平均含量变化图 Fig . 7 Variation diagram of average SO2 - 4 海水中SO 2 - 4 的平均含量约为2166 g/L,本监 测海域的SO 2 - 4 均在正常含量范围内,如前所述,其 含量变化亦在排放口附近海域涨、 落潮过程自身 SO 2 - 4 浓度变化量范围以内。在自然界中,硫大部分 存在于海洋中, SO 2 - 4 是海水的主要组分之一,是海 洋环境中不可缺少的物质, SO 2 - 4 对水生物之实验结 果显示SO 2 - 4 的适量变化对水生物影响极微。人类 排入大气环境中的SO2以各种途径最终大部分进入 海洋,是自然界维持生态平衡的一种形式。 海洋沉积物是自然界中硫的最终归宿,因此对 沉积物中的硫化物也进行了跟踪监测,并未见其含 量的明显变化规律。 3 结 论 1除海水中Hg的浓度外,海水脱硫工艺排水 对附近海域的水质、 沉积物与生物体中的主要指标 未造成明显的影响。 2鉴于汞的生物累积性,应高度重视汞的增 量对附近海域环境的危害性。 参 考 文 献 [1]李英峰.海水烟气脱硫工艺排水对区域海水的影响.电 力环境保护, 2000, 163 10～13 [2]姚彤.烟气海水脱硫工艺在我国的应用状况及发展前 景.工程建设与设计, 2004, 8 6～8 [3 ] Masahiro Tokumura, Mayumi Baba, Hussein Tawfeek,et al. Neutralization of the acidified seawater effluent from the flue gas desulfurization processExperimental investiga2 tion,dynamic modeling,andsimulation.Ind.Eng . Chem. Res . , 2006, 45 6339～6348 117 免费论文查重 3亿免费文献下载 超值论文自动降重 PPT免费模版下载 ------------------------------------------------------------------------------- 阅读此文的还阅读了阅读此文的还阅读了 1. 华能玉环电厂获国家环境友好工程奖 2. 国家海洋局天津港及周边海域海水酸碱度未见异常 3. 国内外燃煤脱硫技术的现状及对策 4. 海水温度升高影响赤道海域幼鱼发育 5. 关于燃煤脱硫立法的探讨 6. 锅炉燃煤对脱硫系统安全运行的影响 7. 燃烧煤二次固硫脱硫法 8. 冰雪中成长 9. 内蒙古华电土右电厂两台660MW超临界燃煤空冷发电机组项目获核准 10. 大连附近海域幼鲍安全越冬海水温度预报... 11. 循环流化床干法脱硫系统协同脱汞效果研究 12. 现役燃煤机组取消脱硫烟气旁路重点问题分析 13. 燃煤脱硫技术 14. 燃煤电厂的SO_2控制 15. 电厂燃煤添加有机钙废弃物脱硫试验研究 16. O_2/CO_2气氛下燃煤的钙基脱硫规律的实验研究 17. 浅谈烟气海水脱硫工艺排水对海洋环境的影响 18. 关于沙角B电厂兴建干煤棚的研究 19. 发展型煤 改善大气环境质量 20. 燃煤电厂湿法脱硫尾气再热防腐技术 21. 脱硫减排技术打造锅炉煤烟污染“防护墙” 22. 有限海域海水表温数值预报改进模式 23. 现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五”规划研究 24. 燃煤SO2,NOx污染和防治及同时脱硫脱硝技术 25. 新型燃煤烟气净化装置的脱硫性能研究 26. 西部燃煤电站开发与生态环境下 27. 烟气海水脱硫温排水对海域环境的影响 28. 燃煤电站锅炉颗粒物排放特性的实验研究 29. 中国若干海域溶解态铀同位素的研究 30. 浅析电厂烟气脱硫技术的应用与发展 31. 燃煤脱硫技术研究现状 32. 燃煤电厂烟气脱硫方案的选择在环境影响评价中的应用 33. 纳米碳酸钙微观特征及其促进燃煤脱硫特性研究 34. 燃煤火电厂的脱硫及其装置 35. 北黄海大鹿岛海域营养盐分布特征 36. 利用固体废物研制新型固硫剂 37. 燃煤机组脱硫水处理系统及检修工艺探讨 38. 梅山岛海域水化学要素及浮游植物的特征研究 39. 燃煤电厂输煤皮带粉尘综合治理 40. 南水西南海域油类含量分布特征 41. 利用固体废物研制高温固硫剂 42. 西太平洋及邻近海域碘的地域性分异 43. 燃煤全过程脱硫技术 44. 变来变去的小海兔 45. 日本九州西南部海域海水和表层沉积物间隙水中营养盐的分布 46. 燃煤流化床还原态脱硫试验研究及其模型 47. 大亚湾西部和北部浅水区夏半年的温,盐度分析 48. 西部燃煤电站开发与生态环境上 49. 略谈燃煤烟气脱硫及其在重庆市的发展前景 50. 烟气海水脱硫排水水质对周边海域的影响分析