硝化脫氮生物處理技術應用於發電廠排煙脫硫廢水可行性與實廠案例：材料世界網

林翰璘、張婷婷、張冠甫、黃韻璇／工研院材化所

國內發電廠在排煙脫硫(FGD)廢水處理上，為因應國內環保法規對放流水氮系污染物之管制趨於嚴格，對於FGD廢水除氮技術需求與日俱增。本文綜整國內/外燃煤發電廠排煙脫硫廢水處理程序優劣比較，檢視其法規、環境及經濟等面向所面臨的挑戰。同時，本文篩選出最適化處理程序，以國內燃煤電廠實際FGD廢水進行測試，主要針對物化處理前/後之水質對微生物所造成的影響，以及硝化脫硝系統在高導電度廢水條件下之處理可行性進行探討，並且在國內燃煤電廠進行實場驗證，為實務上可以導入工程應用的方案。

【內文精選】

前言

台灣長期仰賴火力發電作為主要發電方式，其中又以燃煤發電占比最高，為主要基載電力來源，占總發電量45%以上。燃煤發電過程會產生大量空氣污染物質，包含懸浮微粒(PM₁₀)、細懸浮微粒(PM_2.5)、硫氧化物(SO_x)、氮氧化物(NO_x)、臭氧(O₃)、重金屬等。因此，燃煤電廠粉煤鍋爐燃燒後的煙氣，首先會經過選擇性觸媒脫硝系統(SCR)將氮氧化物透過還原反應生成氮氣和水，即在選擇性觸媒存在下，於煙氣中注入氨氣，將NO_x氣體轉化成氮氣；處理後的煙氣再送入靜電集塵器(EP)去除煙氣中飛灰與塵粒，處理後的煙氣則進入排煙脫硫(FGD)設備，利用濕式石灰石漿液吸收煙氣中的二氧化硫，反應生成亞硫酸鈣，再強制氧化成石膏，產生之脫硫石膏可再利用於防火板材。為維持石膏之品質及腐蝕方面之考量，部分系統水須排出，並補充生水，以防止系統水質惡化，這些排出之FGD系統水，即為FGD廢水。因此，為符合排放法規之標準，有進行FGD廢水氨氮與硝酸氮處理之必要。

FGD廢水氨氮與硝酸氮技術評析

燃煤電廠的FGD廢水，水中主要的含氮污染物為氨氮和硝酸鹽氮，其源自於SCR系統中，會注入氨氣以降低煙氣中的NO_x之排放量，未反應之氨氣即進入FGD系統而增加FGD廢水水質氨氮含量。另外，煙氣中之NO_x部分溶解至FGD廢水形成硝酸氮，需進行處理才能符合放流水水質標準（如表一所示），同時降低對於水中生態之影響。為了符合FGD廢水需處理至法規的放流水標準，本文匯集國內/外相關文獻資料進行技術比較。以下分述不同技術對於FGD廢水處理的優/缺點，相關比較彙整如表二所示。

2. 脫氮處理

以生物脫硝反應處理FGD廢水時，須在厭氧環境下進行，係以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為最終電子接受者，並以無機物或有機物作為電子供應者來完成脫硝程序。在脫硝反應中之微生物有自營和異營兩種族群，雖然於自然界中兩者皆存在，但異營脫硝菌相較於自營脫硝菌生長速率快，因此異營脫硝菌普遍為優勢族群。

國內電廠FGD廢水評估測試

排煙脫硫廢水的特性中，高硬度的廢水條件容易因結垢導致設備異常或損壞，而硝化反應自營菌的特性需要一定量的碳酸鹼度添加，同時脫硝菌會產生部分碳酸根，皆容易造成碳酸鈣沉積及結垢，因此，鹼度加藥控制及定期設備維護為本系統操作之重點之一。因此本研究針對國內電廠實際FGD廢水進行測試，主要針對物化處理前/後的水質對微生物的影響，以及硝化脫硝系統在高導電條件下處理可行性進行探討，並且在國內電廠進行實場(100 × 4 m³)驗證。

圖三、物化處理（化混→活性碳→樹脂）前/後不同稀釋倍數廢水對硝化活性的影響

3. 案例三：國內電廠FGD廢水實場試車運轉

經過上述FGD廢水實驗室評估後，於案例二電廠建置四座實場106 m³的脫硝流體化床，處理水量約107~440 CMD（因實場氨氮濃度可透過上游製程控制減少，因此實場建廠未建置硝化系統），如圖十所示，可發現進流水硝酸鹽氮約80~210 mg L^-1，經脫硝流體化床處理後可穩定處理至50 mg L^-1以下（平均約30 mg L^-1），與實驗室評估試驗一致，顯示脫硝菌確實可在高導電度的條件下穩定去除FGD廢水中的硝酸氮。