工业污染源排放的氮氧化物是燃煤过程产生的,控制措施包括燃烧过程控制和燃烧后NOX治理。SCR烟气脱硝催化剂是减少NOX排放行之有效的方法。我国燃煤火电厂、钢铁行业等企业数量较多,都逐步加装了SCR烟气脱硝装置,未来几年内,我国将产生大量的废旧烟气脱硝催化剂。
目前,国家已将其纳入危险废物进行管理,企业按照有关法律法规依法处理处置废烟气脱硝催化剂,并采取有效措施,防止造成环境污染和资源浪费。本文就当前SCR烟气脱硝催化剂再生过程中产生的环境问题展开分析,就其再生技术的改进措施进行研究,就如何处理环境问题提出具体措施。
选择性催化还原(SCR)是目前国内外用于火电厂氮氧化物排放控制的主要技术,作为燃煤电厂脱硝系统的重要组成部分,脱硝催化剂费用占据了脱硝工程总投资近50%的比例,催化剂作为SCR系统核心在使用一段时间后需进行更换,从而加剧了电厂运行成本。随着脱硝装置的广泛应用,成本的增加在“十三五”新形势下将尤为突出。
另外,废弃的钒钛基SCR催化剂中含有钒等有毒物质,将造成环境污染问题。研究表明,对可逆性中毒的和脱硝活性降低的烟气脱硝催化剂进行再生工艺处理后,其脱硝活性可恢复至正常水平,再生工程费用仅仅为火电厂更换新的脱硝催化剂工程费用的40%左右,大大降低了燃煤火电厂运行成本。
因此,脱硝催化剂企业通过积极采取有效措施,加大对失活脱硝催化剂的再生力度投入,提高脱硝催化剂在火电厂脱硝装置中的循环综合利用效率,将是降低燃煤火电厂脱硝装置运行投入费用的重要突破口。从“降低运行费用,提高综合利用效率”角度来看,再生必将成为处理失效催化剂的首选方式。
工厂对失活SCR烟气脱硝催化剂,进行再生处理,不仅有利于环境保护,有利于节约原材料,还实现资源的循环再利用。随着人们意识的提升,SCR烟气脱硝催化剂再生所产生的环境问题也逐渐受到人们的重视。怎样处理好烟气脱硝催化剂再生后产生的环境问题就是本文研究的重点。
1、SCR烟气脱硝催化剂再生产生的环境问题
氮氧化物现已成为影响全国环境空气质量的关键因素之一,火电厂作为氮氧化物主要排放行业必然加大烟气脱硝力度。为了有效控制氮氧化物对大气造成的污染,2011年9月国家环保部发布了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011),并对国内燃煤火电厂脱硝改造提出了新的更高的要求和明确的时间结点。
废烟气脱硝催化剂归类为《国家危险废物名录》中“HW49其他废物”,工业来源为“非特定行业”,废物名称定为“工业烟气选择性催化脱硝过程产生的废烟气脱硝催化剂”。从事废烟气脱硝催化剂收集、贮存、再生、利用处置经营活动的单位,必须办理危险废物经营许可证;转移废烟气脱硝催化剂应执行危险废物转移联单制度;产生废烟气脱硝催化剂的企业,必须将不可再生且无法利用的废烟气脱硝催化剂交由具有相应能力的危险废物经营单位(如危险废物填埋场)处理处置。
1.1、SCR烟气脱硝催化剂再生技术解析
目前国内SCR烟气脱硝催化剂失活后的再生处理主要有两种方案,一是现场再生,二是工厂化再生。这与欧洲和美国最初经历的过程相同,但在2005年以后美国已经不再采用现场再生方法。现场过程可以把表面沉积物和附载物用物理化学方法简单清除,再负载一定量的化学活性物质。
但是现场再生可能带来的危害:失活的催化剂含有砷及钒、钼、钨等重金属,现场再生清洗过程中会产生含有重金属的废水、废渣,加之现场没有无害化处理设备和系统,极易对电厂周边环境和水质形成二次污染,对电厂工作人员产生较大的健康风险。
工厂化再生是通过物理和化学方法有机的结合,可以将催化剂表面和微孔堵塞物完全去除,更重要的是把化学中毒物砷、磷和碱金属也有效地去除。工厂化再生可以严格控制烘干、煅烧的参数,这对化学活性物的负载过程的有效性至关重要。真正的工厂化再生工艺是一个非常复杂的物理化学过程,通过合适的再生方案,可以使催化剂的活性恢复到新鲜催化剂的90%以上。工厂化再生配有污水处理设施,可以将再生过程中产生的废水处理到达标排放。
国家环保部在2014年8月26日发布的《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》中明确鼓励脱硝催化剂制造工厂开展再生工程,工厂化再生将必然成为SCR烟气脱硝催化剂再生行业主流技术。
1.2、SCR烟气脱硝催化剂再生带来的环境问题
SCR烟气脱硝催化剂再生项目生产的污染源详见图1。
图1SCR烟气脱硝催化剂再生污染源示意图
2、环境保护具体治理措施及方案
废旧SCR脱硝催化剂工厂化再生时产生污染物的环节主要包括预处理、清洗、酸洗、干燥或煅烧、废水处理、废气治理等过程。产生污染物主要有预处理产生的大量粉尘;清洗和酸洗过程中产生的大量清洗废水、废渣,隧道窑产生的大气污染物;废水处理产生的污泥,废气治理产生的粉尘。因此需要针对产污环节及产生的污染物逐一进行治理。
2.1、废水治理
再生工程排水管道实行雨污分流、清污分流、污污分流的原则。再生过程中产生含砷、钒等的生产性废水,收集后进入独立废水处理系统。
废水经处理后总铅、总汞、总铍、总砷、总镉、总铬、六价铬等污染物应符合《污水综合排放标准》(GB8978)有关要求,总钒量应符合《钒工业污染物排放标准》(GB26452)的有关规定要求。
酸洗废水和浸取液应由专人在厂内进行无害化处理后进入废水处理设施与清洗废水混合处理或委托有资质企业单位进行无害化处置;配备相关处理工艺设施,收集和处理整个工厂区区域的初期雨水,以及由于危险废物溢出或泄漏时产生的污水。处理达到园区接管标准后排入园区污水处理厂。废水处理系统流程见图2。
图2SCR烟气脱硝催化剂再生过程废水处理系统流程图
2.2、废气治理
再生工程生产过程中产生含粉尘的废气,采用除尘器的净化方法,尾气中粉尘的排放浓度及排放速率均可达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中二级标准要求,达标尾气经排气筒高空排放,去除率98.8%。
再生工程生产过程中产生含非甲烷总烃和氨的废气,采用吸收的净化方法,尾气中非甲烷总烃和氨的排放浓度及排放速率均可达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)表2中二级标准要求,达标尾气经排气筒高空排放,去除率80%。作业区的工人应采取必要的劳动卫生防护措施,同时也要满足《工作场所有害因素职业接触限值—化学有害因素》(GBZ2.1)要求。
2.3、废物(废液)治理
再生工程生产过程中产生的各类粉尘、废酸液、废溶剂、废水处理后的污泥、废渣,建议区别对待,分别处理,尽可能减少固体废物的产生,因此对于再生工程生产过程中产生的粉尘可参照燃煤火电厂的粉煤灰处置方式进行综合利用;对于各种废酸液、废溶剂则建议重复使用,如不能继续使用,则应交给具有相关资质的危险废物经营企业单位进行利用、处理处置。
对于污泥、废渣,由于富集了砷、钒等各种有毒有害物质,建议进行无害化处理处置后,交给具有相关资质的危险废物经营企业单位进行利用或安全填埋。
2.4、噪声治理
再生工程生产过程中产生的噪声来自压缩机、风机、泵等,针对不同发声源采用相对应的防治措施,如对机泵基础采取减振、在风机的进出口管道上安装消音器等,可使车间噪声符合《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87-85,厂界外噪声符合《工业企业厂界噪声标准》GB12348-2008规定的Ⅲ类标准,即厂界外1米昼间65dB(A),夜间55dB(A)。
3、结语
总的来说,要改善我国火电厂SCR烟气脱硝催化剂再生过程中产生的环境问题,首先就是推进科学技术创新,进一步促进整体行业的装备水平,提升其深入开发的技术水平,最终实现提升新产品、新技术的开发,从而实现控制火电厂SCR烟气脱硝催化剂再生产生的环境问题的目标。
在我国SCR烟气脱硝催化剂产业中,工业污染和技术不佳是造成污染的最主要原因。因此,我们加强污染排放控制与废弃物处理工作,从生产末端到源头的全过程进行防治和控制,通过加强绿色环保技术,结合集中综合控制,促使企业积极承担起保护环境的责任,全面促进火电厂SCR烟气脱硝催化剂再生过程中环境问题的解决。
