基于廉价生物质材料原位凝胶化深度处理燃煤电厂脱硫废水一体化处理技术
电力工业是国民经济发展战略的重点和先行产业。随着我国生态环境压力增大，开发清洁高效燃煤发电技术和厂区环境污染治理与生态修复是国家能源与环境领域重大需求。燃煤电厂在烟气脱硫过程中产生的脱硫废水具有高含盐量、高硬度、腐蚀性强以及成分复杂等特征。目前国内电厂普遍采用三联箱工艺（中和-絮凝-沉淀）处理脱硫废水，但是该工艺存在着流程长、加药种类多、加药量大以及出水水质不稳定等问题。如何开发短流程、低药剂的脱硫废水处理技术仍是燃煤行业的技术难题，开发标准化、一体化、模块化和智能化的脱硫废水处理装置将是脱硫废水处理市场的重大突破。
水凝胶是一种在水中能迅速溶胀但不溶解的、具有三维交联网络结构的功能性高分子材料。近年来，具有疏松多孔结构的水凝胶在水处理中受到广泛关注。水凝胶的三维网络结构和存在于聚合物网络内的丰富含氧官能团使其对水中的有机和无机污染物都具有良好的吸附作用，但用于废水处理中仍存在耗时较长且效果难以稳定的局限，此外如何将水处理后的凝胶进行有效的资源化利用也是一项挑战。
针对上述问题，中科院生态环境研究中心庄媛副研究员提出基于廉价生物质材料原位凝胶化深度处理燃煤电厂脱硫废水一体化处理技术，取得以下成果：
利用凝胶原位处理技术，以脱硫废水中的重金属污染物作为交联剂原位实现生物质高分子材料的凝胶化，利用凝胶交联的过程原位脱除重金属和包埋卷扫悬浮物，能够有效去除三联箱难以去除的钙、镁离子，重金属浓度明显降低（其中铅离子去除率为84.66%，镉离子为68.64%、镍离子为55.74%），处理后废水满足《火电厂石灰石-石膏去湿法脱硫废水水质控制指标》，并且凝胶材料更易于从水中固液分离和进一步资源化回用制备为环境功能材料，不易产生污泥。该处理技术既无需额外添加交联剂，又将絮凝与吸附结合避免了絮凝剂的使用，实现了短流程低药剂处理。
图1. 本技术产生的凝胶光学照片
利用天然有机废弃物制备了具有三维宏观结构的石墨烯用于改性生物质凝胶，该石墨烯具有均匀的孔隙结构、高比表面积和丰富的官能团，通过氢键键合使石墨烯分散结合于生物质凝胶骨架上，可以显著提升凝胶的孔隙结构和吸附能力，进一步提升了脱硫废水处理后的各项水质指标。
图2. 本技术制备的石墨烯扫描电镜照片
将上述凝胶化原位处理技术配套整合成脱硫废水一体化处理装备，替代传统三联箱工艺，减少了工艺流程环节并省去了人工加药过程，同时解决了燃煤电厂场地有限的问题，全面应用后电厂总效益可提升20%，具有优异的处理效果和良好的经济效益，具有可观的实际应用前景。
图3. (a) 传统“三联箱”工艺流程示意图，(b) 本技术工艺流程示意图
相关成果
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Yuan Zhuang, et al. Confinement Fenton-like degradation of perfluorooctanoic acid by a three dimensional metal-free catalyst derived from waste. Applied Catalysis B: Environmental. 2020, 275, 119101.
本文作者：庄媛，中科院生态环境研究中心。