CN111182959B - 使用杀生物剂减少fgd系统内来自燃煤电厂的含汞空气和水排放 - Google Patents

使用杀生物剂减少fgd系统内来自燃煤电厂的含汞空气和水排放 Download PDF

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Abstract

一种用于控制FGD系统内的汞排放的方法，该方法包括制备用于应用在FGD系统部件上的处理组合物，所述处理组合物包含杀生物剂；将处理组合物应用于FGD系统，其中FGD系统包括FGD洗涤器；监测FGD系统内存在的细菌负荷；和优化含水系统的工作条件以确定何时需要额外的处理。

Description

使用杀生物剂减少FGD系统内来自燃煤电厂的含汞空气和水 排放
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月4日提交的美国临时专利申请序列号62/541,256的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明涉及用于烟气脱硫(FGD)系统的处理的方法和组合物，更特别地，涉及杀生物剂控制FGD洗涤器中微生物生长以有效减少汞排放的应用。
发明背景
燃煤电厂拥有广泛的空气质量控制系统场所以减少与燃煤相关的环境污染。这些系统通常包括去除SO2、NOx、微粒(粉尘)、汞等的设备。此类系统中的常见部件之一是烟气脱硫(FGD)洗涤器。湿法FGD利用碱性浆料从烟气去除酸性气体，并且在此过程中，还捕获另外的污染物，例如金属，包括汞。
来自燃煤电厂的含汞空气和水排放正受到越来越严格的管制以限制这种有毒重金属的污染。例如，此类法规包括US MATS (汞和空气有毒物标准)规则、US ELG (电厂流出物限值准则)规则和针对LCP (大型燃烧工厂)的EU BREF文件。对于电厂来说，控制汞排放可能证明是既困难又昂贵的。
传统的除汞方法包括例如活性炭注入(ACI)、向煤或炉中添加卤素/氧化剂、向湿法FGD添加再排放添加剂、安装SCR、向SCR安装特定的氧化催化剂、升级微粒去除装置、或对废水进行额外的过滤(由于汞主要是小颗粒，这使得其通过系统进入流出物)。
然而，先前的减少汞的技术还不够有效，并且由于它们有时高的额外资本成本及工作介质的额外消耗，故花费相对高昂。另外，不希望为去除汞而安装新的设备或增加新的操作。
因此，希望提供消除和减轻现有技术的缺点、同时通过优化现有设备的运行而成功地提高去除汞排放的效率的方法和组合物，这可大大降低遵守汞排放要求的成本。
发明简述
令人惊奇地发现，向FGD洗涤器应用杀生物剂对从湿法FGD自排气和排水出口流二者排出的汞排放有显著影响。
在本发明的一个方面，提供了一种用于控制FGD系统内的汞排放的方法。该方法包括制备用于应用在FGD系统部件上的处理组合物，将所述处理组合物应用于FGD系统，监测FGD系统内存在的细菌负荷，和优化含水系统的工作条件以确定何时需要额外的处理。
在一些实施方案中，处理组合物包含杀生物剂。在其他实施方案中，杀生物剂为非氧化杀生物剂。在一些实施方案中，非氧化杀生物剂包含约1-10%的2-溴-2硝基丙烷-1,3二醇和约1-10%的异噻唑酮的共混物。在其他实施方案中，非氧化杀生物剂选自铵盐、戊二醛、DBNPH和异噻唑啉酮。
在一些实施方案中，处理组合物还包含氧化剂。在一些实施方案中，氧化剂选自次氯酸钠(漂白剂)、次溴酸氯、溴、溴化物盐、羟基有机酸、臭氧或过氧化氢。
在一些实施方案中，FGD系统部件包括FGD吸收器、FGD试剂进给罐、FGD吹扫罐或FGD补充水罐。在一些实施方案中，FGD系统为FGD洗涤器。
在本发明的另一个方面，通过ATP测试来控制或监测FGD系统内存在的细菌负荷。这为使用杀生物剂的汞排放提供了一种有效的监测和控制机制。
在一些实施方案中，含水系统包括废水处理系统。在一些实施方案中，优化工作条件包括测量含水系统的水平衡以确定废水处理流出物中的汞浓度。
附图简述
图1为提供从受试生物材料获得的絮凝物携带结果的图表；
图2为提供从受试生物材料获得的絮凝物携带结果的图表，包括元素分析；
图3为提供用于FGD生物学测定的微生物分析的表格；
图4为提供CPS流出物汞浓度随时间变化的图；
图5为提供生物反应器流出物汞浓度趋势的图；
图6为提供ABMet流出物汞浓度和烟囱汞浓度随时间变化的图；和
图7为提供不同FGD系统部件和位置内的生物计数的表格。
示例性实施方案的详细描述
现在将以以下详细描述来描述本发明，其中详细描述了能够实现本发明的优选实施方案。尽管参考这些特定的优选实施方案描述了本发明，但应理解，本发明不限于这些优选的实施方案。恰恰相反，本发明包括许多替代物、变型和等同物，通过考虑以下详细描述，这将变得显而易见。
如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性包含。例如，包含一系列要素的工艺、方法、物品或装置不一定仅限于这些要素，而是可包括未明确列出或者此类工艺、方法、物品或装置所固有的其他要素。单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，上下文另有明确指出除外。
本发明提供了一种用于控制FGD系统内的生物活性的方法。本发明的方法影响洗涤器内的生物生长并减少来自排气和排水出口流二者的汞排放。
本发明的方法提供了向FGD系统部件或FGD洗涤器应用处理组合物。FGD洗涤器产生的结垢废水需要处理才能满足排放法规。填充床洗涤器，也称湿法洗涤器或吸收塔，是电厂中安装的用于从燃烧烟气去除选定气体(有时还包括微粒)以满足排放标准的设备件。
在一些实施方案中，FGD洗涤器部件包括FGD吸收器、FGD试剂进给罐、FGD吹扫罐、FGD补充水罐等。FGD洗涤器材料的化学组成随例如洗涤过程、煤的类型、硫含量以及是否存在飞灰而异。在本发明的示例性实施方案中，FGD洗涤器为天然氧化或强制氧化洗涤器，其利用通过添加基于钙的材料如石灰和/或石灰石或者基于钠或镁的材料而生成的碱性浆料。本发明的处理组合物还包含杀生物剂。在一些实施方案中，使用处理组合物来处理FGD浆料和废水。
在一些实施方案中，采用非氧化杀生物剂。非氧化杀生物剂攻击微生物的某些器官，如细胞壁或生殖系统。对洗涤器应用非氧化杀生物剂对洗涤器内的生物生长有显著影响，这最终影响从湿法FGD自排气和排水出口流二者排出的汞排放。在一些实施方案中，用非氧化杀生物剂处理FGD吸收器导致含汞空气和水排放浓度的降低。
在示例性实施方案中，向FGD洗涤器应用杀生物剂以控制微生物生长。在一些实施方案中，杀生物剂为非氧化杀生物剂。
在一些实施方案中，非氧化杀生物剂包括约1-10%的2-溴-2硝基丙烷-1,3二醇和约1-10%的异噻唑酮的共混物。在一些实施方案中，所述1-10%的异噻唑酮包括氯和非氯2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物。在其他实施方案中，非氧化杀生物剂选自铵盐、戊二醛、DBNPH、异噻唑啉酮等。在一些实施方案中，非氧化杀生物剂的其他组分包括水、柠檬酸盐、硫酸和泻盐。
在一些实施方案中，取决于杀生物剂的类型和系统水的清洁度，以在0.001至100ppm之间的浓度添加非氧化杀生物剂。在一些实施方案中，使用合适的泵和/或计时器系统向含水系统添加杀生物剂或非氧化杀生物剂。
在一些实施方案中，本发明的处理组合物包括氧化处理。在一些实施方案中，氧化剂可选自次氯酸钠(漂白剂)、次溴酸氯、溴、溴化物盐、过氧化物、过氧有机酸、臭氧或过氧化氢。
所述方法包括向FGD系统应用处理组合物。在一些实施方案中，可通过向FGD的各种水流添加处理组合物的含水混合物来实现向FGD系统应用处理组合物，所述水流例如入口原始补充水、再循环水、固体分离之前的吹扫水等。
本发明还需要监测FGD系统内存在的细菌负荷。本发明的一个关键方面提供，通过维持FGD系统内的生物计数/生长，可减轻空气和水汞漂移。在一些实施方案中，细菌负荷的监测可通过ATP测试或其他已知的商业技术来控制或监测。在一些实施方案中，对整个FGD系统使用生物监测允许运行工厂确定系统的正常运行条件并帮助确定何时需要处理或额外的处理。
在一些实施方案中，可通过使用Bioscan仪和/或dip Slides、可商购获得的ATP测试等来监测生物活性。在一些实施方案中，生物浓度的增加与空气和水中汞的排放量直接相关。
此外，本发明的方法提供了优化含水系统的工作条件以确定何时需要额外的处理。优化工作条件的一个益处包括提高现有操作设备中汞的去除效率。这大大降低遵守汞排放要求的成本。
在一些实施方案中，含水系统包括用以处理水流来去除溶解和悬浮的物质至可接受水平的废水处理系统。
在一些实施方案中，优化工作条件包括测量含水系统的水平衡以确定废水处理流出物中的汞浓度。
实验
在FGD废水处理系统上混乱漂移(upset excursion)过程中，完成对固体物携带的测试以确定其组成。如图1所示，完成实验室测试并得到以下结果。
如图1中可见，发现约50-75%的絮凝物携带来自生物材料。在此时间范围内的其他一般性观察包括FGD吸收器内泡沫的存在、废水处理时的腐臭味和废水处理污泥的异常稠度。对该样品进行广泛监测并针对生物活性用来处理FGD系统。自计划实施以来，处理计划已证实减轻空气和水汞漂移二者。该处理还消除了先前提到的一般性观察。
使用以下材料制定处理计划：Bioscan仪、Dipslides、非氧化杀生物剂和卤素或氧化处理。在AEP认可的Dolan实验室进行汞测试并在GE Woodlands实验室进行生物测试。使用卤素和非氧化杀生物剂二者来处理FGD浆料和废水。
用非氧化杀生物剂处理FGD吸收器导致MATS汞浓度的降低。基于系统的水平衡，观察到在5天的时间段后废水处理流出物中的汞浓度降低。也向FGD废水流添加维持剂量的卤素以控制整个系统的生物浓度。这导致絮凝物携带和汞排放的减少。汞为大约<95%不可溶的，因此减少絮凝物携带量降低了氯化物吹扫蒸汽流出物汞浓度。
本书面说明书使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并也使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并可包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这样的其他实例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这样的其他实例意图在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种用于减少烟气脱硫(FGD)系统内的汞排放的方法，所述方法包括：
制备用于应用在FGD系统部件上的处理组合物，所述处理组合物包含杀生物剂；
将所述处理组合物应用于FGD系统以控制所述FGD系统内的微生物生长，导致汞排放浓度的降低，其中所述FGD系统为FGD洗涤器；
控制或监测所述FGD系统内存在的细菌负荷；和
测量FGD系统内存在的含水系统的水平衡以确定废水处理流出物中的汞浓度，以便确定何时需要额外的杀生物剂处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述FGD系统部件包括FGD吸收器、FGD试剂进给罐、FGD吹扫罐或FGD补充水罐。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述杀生物剂为非氧化杀生物剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述非氧化杀生物剂包含约1-10%的2-溴-2硝基丙烷-1,3二醇和约1-10%的异噻唑酮的共混物。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述非氧化杀生物剂选自铵盐、戊二醛、DBNPH和异噻唑啉酮。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理组合物还包含氧化杀生物剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述氧化杀生物剂选自次氯酸钠、次溴酸氯、溴、溴化物盐、羟基有机酸、臭氧或过氧化氢。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述监测细菌负荷通过ATP测试来控制或监测。
9.根据权利要求1所述的方法，其中含水系统包括废水处理系统。
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