Hiilen polttaminen voimalaitoksissa tuottaa kiinteää jätettä, kuten pohja- ja lentotuhkaa, sekä savukaasua, joka pääsee ilmakehään. Monien laitosten on poistettava rikkioksidipäästöt savukaasuista savukaasujen rikinpoistojärjestelmillä (FGD). Kolme Yhdysvalloissa käytettyä johtavaa FGD-tekniikkaa ovat märkäpesu (85 % laitoksista), kuivapesu (12 %) ja kuiva sorbentti-injektio (3 %). Märkäpesurit poistavat tyypillisesti yli 90 % rikkioksidista, kun taas kuivapesurit poistavat 80 %. Tässä artikkelissa esitellään huipputeknologiaa märkäpesun tuottaman jäteveden käsittelyyn.Savukaasujen rikkidioksidipäästöjen hallintajärjestelmät.
Märkä savukaasujen rikityksen perusteet
Märkäkaasun rikitystekniikoilla on yhteistä lietereaktoriosa ja kiintoaineiden vedenpoisto-osa. Reaktoriosassa on käytetty erityyppisiä absorboijia, mukaan lukien pakatut ja tarjotintornit, venturipesurit ja ruiskupesurit. Absorboijat neutraloivat happamat kaasut kalkin, natriumhydroksidin tai kalkkikiven emäksisellä lietteellä. Useista taloudellisista syistä uudemmat pesurit käyttävät yleensä kalkkikivilietettä.
Kun kalkkikivi reagoi rikkioksidin (SOx) kanssa absorboijan pelkistävissä olosuhteissa, SO2 (SOx:n pääkomponentti) muuttuu sulfiitiksi, ja syntyy kalsiumsulfiittipitoista lietettä. Aikaisemmat savukaasujen rikkidioksidipuhdistusjärjestelmät (joita kutsutaan luonnollisiksi hapetus- tai inhiboituneiksi hapetusjärjestelmiksi) tuottivat sivutuotteena kalsiumsulfiittia. UudemmatSavukaasujen rikkidioksidipäästöjen hallintajärjestelmätkäyttävät hapetusreaktoria, jossa kalsiumsulfiittiliete muunnetaan kalsiumsulfaatiksi (kipsiksi); näitä kutsutaan kalkkikiven pakotettuun hapetukseen (LSFO) perustuviksi savukaasujen rikitysjärjestelmiksi.
Tyypillisissä nykyaikaisissa LSFO-FGD-järjestelmissä käytetään joko ruiskutustorniabsorboijaa, jossa on integroitu hapetusreaktori pohjassa (kuva 1), tai suihkukuplausjärjestelmää. Kummassakin kaasu absorboidaan kalkkikivilietteeseen hapettomissa olosuhteissa; liete siirtyy sitten aerobiseen reaktoriin tai reaktiovyöhykkeeseen, jossa sulfiitti muuttuu sulfaatiksi ja kipsi saostuu. Hydraulinen viipymäaika hapetusreaktorissa on noin 20 minuuttia.
1. Ruiskukolonniin perustuva kalkkikiven pakotettu hapetus (LSFO) FGD-järjestelmä. LSFO-pesurissa liete kulkee reaktoriin, jossa lisätään ilmaa sulfiitin hapettumisen pakottamiseksi sulfaatiksi. Tämä hapetus näyttää muuttavan seleniitin selenaatiksi, mikä johtaa myöhempään käsittelyyn liittyviin vaikeuksiin. Lähde: CH2M HILL
Nämä järjestelmät toimivat tyypillisesti 14–18 %:n kiintoainepitoisuudella. Kiintoaine koostuu hienosta ja karkeasta kipsiaineksesta, lentotuhkasta ja kalkkikiven mukana tulevasta inertistä materiaalista. Kun kiintoainepitoisuus saavuttaa ylärajan, liete huuhdellaan pois. Useimmat LSFO:n savukaasujen rikitysjärjestelmät käyttävät mekaanisia kiintoaineiden erotus- ja vedenpoistojärjestelmiä kipsin ja muiden kiintoaineiden erottamiseen puhdistusvedestä (kuva 2).
2. Savukaasujen rikkidioksidipäästöjen (FGD) puhdistuskipsin vedenpoistojärjestelmä. Tyypillisessä kipsin vedenpoistojärjestelmässä puhdistusaineessa olevat hiukkaset luokitellaan eli erotellaan karkeisiin ja hienoihin jakeisiin. Hienot hiukkaset erotetaan hydrokloonin ylivirtauksessa, jolloin syntyy pohjavirtaus, joka koostuu pääasiassa suurista kipsikiteistä (mahdollisesti myyntiin), jotka voidaan kuivata alhaiseen kosteuspitoisuuteen tyhjiöhihnavedenpoistojärjestelmällä. Lähde: CH2M HILL
Joissakin savukaasujen rikitysjärjestelmissä käytetään painovoimasakeuttajia tai laskeutusaltaita kiinteiden aineiden luokitteluun ja vedenpoistoon, ja joissakin käytetään sentrifugeja tai pyöriviä tyhjiörumpuja, mutta useimmat uudet järjestelmät käyttävät hydroklooneja ja tyhjiöhihnoja. Joissakin voidaan käyttää kahta hydrokloonia sarjaan kiinteiden aineiden poiston lisäämiseksi vedenpoistojärjestelmässä. Osa hydrokloonin ylivuotovirrasta voidaan palauttaa savukaasujen rikitysjärjestelmään jäteveden virtauksen vähentämiseksi.
Puhdistus voidaan aloittaa myös, kun savukaasujen rikityslietteeseen kertyy klorideja, mikä on välttämätöntä savukaasujen rikitysjärjestelmän rakennusmateriaalien korroosionkestävyyden asettamien rajoitusten vuoksi.
Savukaasujen rikkidioksidipäästöjen jäteveden ominaisuudet
Monet muuttujat vaikuttavat savukaasujen rikitysjäteveden koostumukseen, kuten hiilen ja kalkkikiven koostumus, pesurin tyyppi ja käytetty kipsin vedenpoistojärjestelmä. Hiili tuo mukanaan happamia kaasuja – kuten klorideja, fluorideja ja sulfaattia – sekä haihtuvia metalleja, kuten arseenia, elohopeaa, seleeniä, booria, kadmiumia ja sinkkiä. Kalkkikivi tuo savukaasujen rikitysjäteveteen rautaa ja alumiinia (saimineraaleista). Kalkkikivi jauhetaan tyypillisesti märkämyllyssä, ja myllykuulien eroosio ja korroosio lisäävät rautaa kalkkikivilietteeseen. Savet ovat yleensä inerttien hienojen aineiden tuottajia, mikä on yksi syy siihen, miksi jätevesi huuhdellaan pesurista.
Lähteet: Thomas E. Higgins, filosofian tohtori, PE; A. Thomas Sandy, PE; ja Silas W. Givens, PE.
Email: caroline@rbsic-sisic.com
Julkaisun aika: 04.08.2018