1、汞污染現(xiàn)狀及其危害

　　全球每年排放到大氣中的汞總量約為5000t，其中4000t是人為的結果。造成汞環(huán)境污染的人為來源主要是燃燒，其中燃煤導致的汞污染是最為嚴重的。煤在燃燒過程中產(chǎn)生的汞大部分隨著煙氣排入大氣，成為環(huán)境汞污染的主要來源。燃煤電站排放出的汞是我國汞污染的最主要來源，約占汞排量總量的40%。隨著燃煤電站總裝機容量的持續(xù)擴大，汞污染問題更加嚴重。據(jù)浙江大學能源潔凈利用國家重點實驗室最新研究表明，我國10萬kW典型燃煤鍋爐總汞排放量在40～50kg/a。2020年我國燃煤電站汞排放量約464～580t，約占同期全球化石燃料燃燒汞排放總量的42.45%～53.06%(聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署2008年報告)，形勢十分嚴峻。燃煤電站汞污染已被世界公認為繼燃煤硫污染之后的又一大污染問題，尤其是燃煤電站汞排放控制已成為目前國際上的研究熱點。

　　煙氣中的汞主要以兩種相對穩(wěn)定的形態(tài)存在：氣態(tài)汞(Hg，g)和顆粒態(tài)汞(Hg，p)。氣態(tài)汞又分為單質汞(Hg0)和氧化態(tài)汞(Hg2+)。二價汞化合物比較穩(wěn)定，易溶于水，易脫除;單質汞揮發(fā)性較高、水溶性較低，是最難控制的形態(tài)之一。汞及汞的化合物是一種易揮發(fā)物質，具有巨毒性和積累性，可以通過呼吸、皮膚吸附或食物攝入等形式進入人體，侵害人的神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng);通過肺泡吸收，經(jīng)血液進入全身，傷害腦組織，并引起慢性中毒。同時，汞在大氣中停留的時間可長達半年至二年，能在大氣層中飄浮成千上萬千米，在全球范圍內(nèi)傳輸，并沉降進入土壤或水體，其毒性在藻類、魚類和其它動物組織中累積，導致處在食物鏈頂端的食肉動物體內(nèi)的汞濃度數(shù)千倍甚至數(shù)百萬倍于水中的汞濃度，從而污染整個食物鏈，對人類及生物環(huán)境造成的危害極大。

　　2、汞控制技術研究現(xiàn)狀

　　國內(nèi)外燃煤電站汞排放控制技術的研究主要包括燃燒前脫汞、燃燒中脫汞和燃燒后煙氣脫汞三個方面。燃燒前脫汞是通過洗選法除去原煤中的部分汞，但是該方法不能洗去與煤中有機碳結合的汞，而且成本相對較高;燃燒中脫汞主要是利用改進燃燒方式，在降低NOX排放的同時，抑制一部分汞的排放;燃燒后脫汞的方法包括利用一些吸收劑來吸附汞的吸附法，或者改進燃煤電站現(xiàn)有大氣污染物控制設備，以提高其協(xié)同脫汞的效率。還有一些新的煙氣汞脫除技術的研究，如電暈放電等離子體技術等。綜合來看，燃燒后煙氣脫汞是目前燃煤汞污染控制的最主要方式，相關研究最為廣泛。燃燒后脫汞(即煙氣脫汞)是未來電廠汞污染控制的主要方式，其脫汞方法主要有吸附劑法、化學沉淀法和化學氧化法。

　　2.1吸附劑法

　　吸附法主要是利用活性炭及其他吸附劑的吸附作用來處理污染物的一種常用方法，包括物理吸附和化學吸附兩種方式。對于氣流中汞等微量有害物質的去除，吸附劑法占據(jù)重要位置。一般吸附都兼有物理吸附、化學吸附功能，兩種吸附過程可以同時進行。長期以來人們一直在努力尋找新型廉價的吸附劑來降低污染物控制設備的運行費用，但至今都沒有突破性的進展。目前，用于煙氣脫汞的吸附劑主要有：活性炭、飛灰和金屬吸收劑。

　　2.1.1活性炭

　　在煙氣中噴入活性炭是煙氣脫汞技術最為集中且較成熟的一種方法。用活性炭吸附煙氣中的汞可以通過以下兩種方式，一種在顆粒脫除裝置前噴入粉末狀活性炭;另一種是將煙氣通過活性炭吸附床。盡管活性炭吸附劑在脫除汞方面有著很高的效率，但仍然存在價格昂貴，經(jīng)濟可行性不高等問題，并且還存在很多技術難題。

　　2.1.2飛灰

　　燃煤過程中產(chǎn)生的飛灰能吸附煙氣中的汞，因此飛灰是影響煙氣中汞的形態(tài)分布的一個重要因素。由于飛灰容易獲得，且價格低廉，受到越來越多人的關注。飛灰

　　對汞的吸附主要通過物理吸附、化學吸附、化學反應以及三者結合的方式，飛灰吸附主要受到溫度、飛灰粒徑、煙氣氣體成分等因素的影響。

　　2.1.3金屬吸收劑

　　金屬吸收劑是利用特定的金屬與汞形成合金來除去煙氣中的汞，這種新形成的合金在提高溫度的情況下能進行可逆反應，實現(xiàn)汞的回收以及金屬的循環(huán)利用。并且，金屬吸收率與汞的化學形態(tài)無關，這樣采用金屬吸收劑就可很好的去除單質汞。

　　2.2化學沉淀法

　　化學沉淀法是通過化學試劑與汞發(fā)生化學反應生成沉淀，從而將汞除去。目前，應用比較多的方法主要有：碘化鉀溶液洗滌法、氯化法除汞、硫化鈉法。

　　2.3化學氧化法

　　煙氣中的Hg2+化合物較易溶于水，在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)(WFGD)中，無論是用石灰或石灰石或是活性炭作為吸收劑，均可除去約90%的Hg2+，而對Hg0沒有明顯的脫除作用。通過某些物質的催化作用將Hg0氧化成Hg2+化合物，然后再采用常規(guī)的方法去除Hg2+，將單質汞轉變成二價汞就比較容易去除了。

　　2.4其它方法

　　美國能源部國家能源技術實驗室采用模擬燃煤煙氣，在實驗室內(nèi)研究了紫外線照射煙氣脫汞技術。在536～662℃，采用波長為253.7nm的紫外線進行照射，這種波長的紫外光能促進汞與煙氣中的其它組分發(fā)生反應，生成硫酸亞汞和氧化汞，然后通過除塵設備除去。在實驗室試驗中，汞的脫除率達70%。但是，紫外線除汞技術的投資比活性炭噴射法還要高，這給該技術的推廣帶來困難。

　　3、現(xiàn)有煙氣處理設備脫汞效果

　　3.1除塵設備脫汞效果

　　常規(guī)的電除塵器和布袋除塵器能有效地捕獲煙氣中的顆粒物，并能夠有效脫除Hg(p)，而氣態(tài)汞能被吸附在飛灰上，并在電除塵或布袋除塵中被捕獲。

　　在利用現(xiàn)有煙氣凈化裝置除汞的研究中，最值得關注的是目前國內(nèi)正在推廣使用的電袋復合除塵器的除汞研究。電袋復合除塵器是一種兼具電除塵和袋式除塵技術優(yōu)點的全新除塵技術，是國際除塵技術的重要發(fā)展方向。常見的電袋復合除塵器為前電后袋式結構(圖1)，它具有投資少、占地面積小、運行阻力低、除塵效率高等優(yōu)點，并可以實現(xiàn)煙塵排放長期穩(wěn)定控制在30mg/Nm3以下，是高效收塵與低成本運行有機結合的新一代環(huán)境保護除塵產(chǎn)品。因此，研究電袋脫汞對于實現(xiàn)多污染物協(xié)同脫除具有重大意義。

　　3.2脫硫裝置脫汞效果

　　3.2.1干法脫硫裝置對汞脫除的效果

　　在干法脫硫系統(tǒng)中，顆粒態(tài)汞Hg(p)很容易被除去，Hg0和Hg2+能潛在地被吸附在飛灰、硫酸鈣或亞硫酸鈣顆粒表面。當煙氣通過ESP或FF時，顆粒汞能很容易被吸附和捕獲。

　　3.2.2濕法脫硫裝置脫汞效果

　　Hg2+易溶于水，能被濕法煙氣脫硫(WFGD)循環(huán)液吸收，吸收效率可達69%。然而氣態(tài)單質汞Hg0難溶于水，不能被循環(huán)液吸收。值得注意的是，對于大多數(shù)結合濕法洗滌的污染物控制系統(tǒng)，能夠脫除90%的Hg2+，但是對于Hg0不但不會被吸收，還略微有所增加，增加的原因是部分Hg2+被還原。

　　3.3脫硝設備脫汞效果

　　選擇性催化還原(SCR)裝置在還原NOx的同時能夠將Hg0氧化成Hg2+。Hg2+相對更易被濕式噴淋裝置脫除。Hg0被SCR裝置催化氧化效率的高低受催化反應器的空塔速度、反應的溫度、氨的濃度、催化劑的壽命、氣流中氯的濃度等因素影響。

　　4、煙氣脫汞發(fā)展趨勢

　　對于汞污染控制方法，不論是成熟的，還是尚處于研究發(fā)展過程中的，均有望在電廠中得到貫徹實施，而具體的應用效果則取決于各項技術的發(fā)展水平和商業(yè)競爭力。基于當前的發(fā)展水平，吸附劑噴射、濕法FGD和煤的洗選是最有效的脫汞方法，電廠應結合自身條件和現(xiàn)場工況來選擇適宜的脫汞方式。未來煙氣除汞的研究將圍繞這三種方法展開，特別是結合現(xiàn)有除塵、脫硫和脫硝裝置，通過改性吸附劑、改進工藝等形式來提高煙氣脫汞效率，達到除塵脫汞一體化治理。