火電廠廢水“零排放”技術(shù)研究與實踐

肖 婷，夏克非

（重慶市環(huán)境監(jiān)測中心，重慶401147）

水是寶貴的自然資源，是人類賴以生存的必要條件，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活必不可少的物質(zhì)。近年來，由于工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人口的增長的突出矛盾，人類社會對水的需求量亦越來越大，世界各國水資源的供需矛盾也越來越突出.為了充分、合理地利用水資源，減少工業(yè)廢水和生活污水對水體環(huán)境的影響、破壞，增效節(jié)能，世界各國都十分重視節(jié)水技術(shù)的研究及應(yīng)用。我國是一個發(fā)展中國家，改革開放以來，我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，隨之帶來的環(huán)境污染亦十分嚴(yán)重.這不僅對生態(tài)造成了影響，也影響到我國現(xiàn)存的水資源的質(zhì)量及數(shù)量。

1 我國火電廠給排水現(xiàn)狀及“零排放”技術(shù)簡介

在我國，火力發(fā)電廠作為耗水大戶，其用水量約占工業(yè)用水量的30%～40%，平均裝機(jī)耗水量比國際先進(jìn)水平高40%～50%，相當(dāng)于每年多耗水15億m3，僅次于農(nóng)業(yè)用水量［1－2］，從2000～2003年火力發(fā)電行業(yè)用水與全國用水情況比較（表1）及2000～2003年全國火力發(fā)電廠用水狀況（表2）可以看出，盡管隨著火電裝機(jī)容量和發(fā)電量的增加，全國火力發(fā)電廠單位發(fā)電量耗水率逐年降低，但總的用水量呈上升趨勢，同時廢水排放量也逐年增加。

火電廠廢水“零排放”工藝是美國、加拿大70年代提出的工藝，經(jīng)30年來的研究、設(shè)計、運用，近年來該工藝已基本成熟，許多國家在引進(jìn)該工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)本國的具體情況，充分利用當(dāng)今的新技術(shù)、新設(shè)備，真正做到火電廠用水閉路循環(huán)，確保廢水“零排放”；同時在取水水源方式上也作了重大調(diào)整，充分利用附近城市經(jīng)處理的生活污水、中水等水源，不同程度的解決了火電廠用水難題，減緩了與城市生活取水的矛盾。

表1 2000～2003年火力發(fā)電行業(yè)用水與全國用水量比較表

表2 2000～2003年全國火力發(fā)電廠耗水狀況對比表

火電廠廢水“零排放”技術(shù)的實施是一項戰(zhàn)略性任務(wù)，任務(wù)的目的在于實現(xiàn)以下目標(biāo)：

合理地選擇和利用水資源，做到既保證滿足計劃發(fā)電容量的用水需要，又要盡量少用水、不排或少排水，排水水質(zhì)不污染環(huán)境［3］。

采用高、新技術(shù)、設(shè)備，合理循環(huán)、處理、重復(fù)使用水源，即合理地安排各工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)用水及排水，減少電廠的用水量和排水量。

研究各用水系統(tǒng)的排水量和水質(zhì)，以經(jīng)濟(jì)合理地滿足下一級系統(tǒng)的用水水質(zhì)要求。

準(zhǔn)確檢測和控制排水水質(zhì)。

2 重慶合川火電廠廢水“零排放”實例

合川火力發(fā)電廠“水系統(tǒng)零排放改造技術(shù)”實施后，取水量大大降低，節(jié)約用水420t／h，按每噸水節(jié)約取水費0.1元計，一年可省費用25.2萬元（按年運行6 000h計）。實施后減排約420t／h，按每噸水排污費取1.0元計，一年預(yù)計可節(jié)省排污費用252萬元（按年運行6 000h計），兩項合計可節(jié)省費用約277.2萬元／年，扣除污水處理費用100.8萬元／a，實際每年可節(jié)省費用176.4萬元。

在廢水減排水量420m3／h，削減污染物量幾乎100%，對周圍附近、長江中下游水體環(huán)境將不再污染，產(chǎn)生的環(huán)境效益顯而易見的。

合川火電廠“水系統(tǒng)零排放改造技術(shù)”包括以下內(nèi)容：

預(yù)處理站排泥水處理、循環(huán)冷卻排污水處理、脫硫廢水處理、含油污水處理、含煤廢水處理、其它工業(yè)廢水處理、生活污水處理及廠區(qū)管網(wǎng)（溝）部分。

2.1 廢水處理工藝流程與說明

2.1.1 脫硫廢水處理

根據(jù)脫硫廢水水質(zhì)特點，首先利用消石灰進(jìn)行處理，一方面可以將廢水中大部分重金屬離子以氫氧化物沉淀的形式去除，另一方面消石灰也可起到絮凝劑作用。

根據(jù)石灰石濕法煙氣脫硫工藝，pH值通?？刂圃?.0～5.5之間較為適宜，因此脫硫過程中排出廢水的pH值基本為5.0～5.5。石灰處理過程首先是利用消石灰與廢液中的酸發(fā)生中和反應(yīng)，中和反應(yīng)完成后過量的氫氧根離子繼續(xù)與廢液中的重金屬離子反應(yīng)，生成重金屬離子的氫氧化物沉淀。此時對大多數(shù)重金屬離子的氫氧化物沉淀而言，PH值控制在8.0～9.0之間處理效果較合適。

通常廢水中的重金屬有兩種不同類型：一種含有游離重金屬離子，另一種則以螯合物形式存在。游離重金屬離子通常采用堿化處理方法很容易被去除，但螯合形態(tài)的重金屬離子的溶度積往往遠(yuǎn)低于其氫氧化物形態(tài)的溶度積，通過堿化處理不能將該類重金屬離子以氫氧化物沉淀的形式去除，為此需進(jìn)一步投加有機(jī)硫化物來去除該類重金屬離子。

脫硫廢水中的大部分溶解的重金屬離子可通過添加熟石灰中和形成氫氧化物沉淀，但對某些重金屬尤其是汞，用中和處理的方法不能達(dá)到令人滿意的效果，因為脫硫廢水中含有大量的溶解性氯化物，汞在該環(huán)境下可與氯離子形成一種可溶且非常穩(wěn)定的汞－四氯合成物［Hg（Cl4）2－］，該氯合物在中和處理過程中不能通過沉淀的形式被去除。

因此在脫硫廢水的處理過程中通常采用有機(jī)硫化物（如TMT15）來除去其中的重金屬離子。實際處理過程中通常采用添加有機(jī)硫化物方式，中和后添加一定劑量的有機(jī)硫化物，可產(chǎn)生一種由金屬氫氧化物和金屬有機(jī)硫化物構(gòu)成的沉淀，大大提高了重金屬離子去除的效率。

2.1.2 化學(xué)水處理工藝廢水處理

化學(xué)水處理工藝廢水主要是離子交換設(shè)備在再生和沖洗過程中，會外排部分再生廢水，其廢水量約為處理水量的1%，這部分廢水雖然量不大，但水質(zhì)很差，常含有大量的酸、堿有機(jī)物含量也很高。目前許多電廠常用中和池來處理再生過程中所排放的廢酸、廢堿液。由于酸堿中和反應(yīng)的特性、陰陽離子交換器運行周期不同步性、每周期再生時的排酸和排堿量不確定性等因素，使得中和池在處理時，運行效果不太理想，排水的PH值不穩(wěn)定，中和時間過長，能耗、酸堿耗量高?，F(xiàn)對再生廢水中和方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用合理布局的空氣攪拌系統(tǒng)處理酸堿廢水，則中和時間縮短到原來的1／60，而中和費用只為原來的1／3。對于酸堿再生廢水中有機(jī)物的處理，采用Fenton試劑對離子交換樹脂再生廢水進(jìn)行催化氣化處理，取得了很好的效果，CODcr去除率達(dá)70%以上。此外，由于中和池廢水PH超標(biāo)問題較難控制，目前，國內(nèi)已有很多電廠將中和池廢水引入沖灰系統(tǒng)，排入沖灰管路，由灰漿泵直接排至灰場［4］。

2.1.3 工業(yè)冷卻水排水

根據(jù)工業(yè)冷卻排水水質(zhì)特點，由于水中的油大部分呈乳化狀，需先通過投加破乳劑進(jìn)行破乳處理，接著通過氣浮將游離油和懸浮物進(jìn)行去除。則將工業(yè)冷卻排水先收集入緩沖收集池，再通過泵送入反應(yīng)池，反應(yīng)池中投加破乳劑，經(jīng)破乳處理后的廢水流入接觸池，與溶解空氣接觸，經(jīng)氣泡的吸附作用，廢水中的浮油和懸浮物在氣浮池中得以從水體中分離出來，通過刮渣機(jī)刮除。氣浮處理后的部分清水再經(jīng)活性炭過濾處理，用作鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)水源和電廠脫硫島工藝用水，其余未經(jīng)活性炭過濾處理的清水直接作凝汽器冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水［5］。

2.1.4 預(yù)處理站排泥水處理

根據(jù)預(yù)處理站排泥水水質(zhì)特點，由于該類廢水主要懸浮物含量超標(biāo)，通過濃縮、脫水方式去除水中懸浮物，其中的濾液再返回如澄清池。而產(chǎn)生的泥餅運往灰場。

該類廢水的處理過程如下：排泥水收集入污泥緩沖池，再通過泵送入帶式濃縮脫水一體機(jī)，輔以投加脫水助劑，廢水中的懸浮物以泥渣形式得以去除，濾液再返回入澄清池。

2.1.5 含油廢水處理

電廠中含油廢水主要來源于油罐區(qū)及燃油泵房沖洗和雨水排水、油罐脫水，廢水中含油量一般為50～800mg／L，主要采用重力分離（隔油）、氣浮、吸附過濾方法處理，水中含油達(dá)5mg／L后排放或回收利用，油可回收。含油廢水處理流程如下：

含油廢水先收集入隔油池，再通過泵送入氣浮處理設(shè)備中，廢水中的浮油和懸浮物在氣浮設(shè)備中得以從水體中分離出來，通過刮渣機(jī)刮除。氣浮處理后的部分清水再經(jīng)活性炭過濾處理，用作電廠脫硫島工藝用水。

2.1.6 非經(jīng)常性廢水處理系統(tǒng)

非經(jīng)常性廢水中主要超標(biāo)物為PH值，SS和COD。雖然非經(jīng)常性廢水一次排水量很大，但由于其排水的間斷性（約1年1－2次），且其水質(zhì)與脫硫廢水水質(zhì)的相似性，可先通過一緩沖貯存池貯存后，再與脫硫廢水混合一起處理。

2.1.7 含煤廢水處理

煤場及輸煤系統(tǒng)排水包括煤場的雨水排水、灰塵抑制和輸煤設(shè)備的沖洗水等，其SS，PH和重金屬的含量可能超標(biāo)。火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)沖洗水比較污濁，帶有大量煤粉。國外電廠處理煤場排水的工藝流程一般為：從煤場雨排水匯集來的水，先進(jìn)入煤水沉淀調(diào)節(jié)池，然后泵入一體化凈水設(shè)備，同時加入高分子凝聚劑進(jìn)行混凝沉淀處理，澄清水排入受納水體或再利用，沉淀后的煤泥用泵送回煤場［6］。針對火力發(fā)電廠煤場廢水的特點，最近新研究設(shè)計出的序批式煤水回收處理工藝，對于濃度在1 000～3 000mg／L的煤場廢水，處理后的出水濁度可降至20NTU以下，工藝系統(tǒng)簡單投資不大，可完全滿足回收要求。

2.1.8 生活污水處理

電廠生活污水的處理方法與城鎮(zhèn)生活污水類似，但電廠生活污水中污染物濃度較低，BOD5和SS一般在20～30mg／L，傳統(tǒng)的活性污泥處理法適用于污染物濃度高、水質(zhì)穩(wěn)定的污水，而用于火電廠生活水處理基本上無法運行，由于有機(jī)物濃度較低，調(diào)試啟動與運行困難，有時要人為地往污水中加入有機(jī)物進(jìn)行調(diào)整（如糞便等），但生化處理效果仍不理想。有些電廠生化處理設(shè)施只能起到二級沉淀和一般曝氣作用，造成生化處理系統(tǒng)設(shè)備閑置、浪費。采用生物接觸氧化法是解決此類生活污水處理的最有效途徑，即在生化曝氣池中裝置填料，并在不長的時間內(nèi)使填料迅速掛滿生物膜，污水以一定速度流經(jīng)其中，在充氧條件下，與填料充分接觸的過程中，有機(jī)物被生物膜上附著的微生物所降解，從而達(dá)到污水凈化的目的。低濃度下接觸氧化池中生物膜能否形成及成膜后能否保持良好、穩(wěn)定的活性是接觸氧化法處理的關(guān)鍵。通過多年來對電廠低濃度生活污水處理進(jìn)行的研究，在低濃度下培養(yǎng)并馴化生物膜，CODcr，BOD5的去除率分別達(dá)到75%和85%，近幾年來，國內(nèi)很多電廠對生活污水的中水回用高度重視，經(jīng)過接觸氧化法處理后的電廠生活污水可作為中水使用，廣泛用于電廠綠化用水、沖洗用水等，對于水資源緊缺的電廠也可考慮將處理后的生活污水再進(jìn)一步深度處理用作電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。此外，生活污水也可用于沖灰水系統(tǒng)［7］。

2.1.9 灰渣（沖灰）水處理

灰渣（沖灰）水：影響沖灰水的特性的因素是取決于灰（渣）本身的成份，又取決于沖灰原水的緩沖能力、水灰比、除塵方式和運行工況。而灰本身的特性則決定于煤的來源、燃燒方式、灰熔溫度、除塵效率等，資料表明：沖灰水的pH值范圍為3.3～12，其中堿性占多數(shù)，懸浮物的含量很高可達(dá)1 000～10 000ppm?；以钠渌笜?biāo)一般均合乎排放要求。

由于灰渣水是連續(xù)排放的，它的水量很大，故灰渣水的處理對火電廠的廢水處理及回用意義十分重大。為了使灰水pH值符合排放標(biāo)準(zhǔn)，一般采用酸堿中和、稀釋、爐煙處理和灰渣水回收閉路循環(huán)等方法。為了使灰渣水的懸浮物不超標(biāo)，關(guān)鍵是讓電廠設(shè)置灰池（灰渣沉淀池）得到改進(jìn)、提高灰場的管理水平，必要時輔之以適當(dāng)?shù)奶幚?，如有的電廠采用了凝聚沉淀等處理方式。

2.2 技術(shù)特點和先進(jìn)性

技術(shù)特點：統(tǒng)籌規(guī)劃、分類收集處理、水資源再利用。

統(tǒng)籌規(guī)劃：指統(tǒng)籌規(guī)劃全廠的取排水水量、水質(zhì)，確定出先進(jìn)的水量平衡關(guān)系。

分類收集處理：指針對各排水點排放的水質(zhì)、水量，分類收集進(jìn)行合理、經(jīng)濟(jì)地處理。

水資源的再利用：針對各用水點對水質(zhì)的不同需求，結(jié)合分類收集處理后的水質(zhì)品質(zhì)，實現(xiàn)水資源的再利用。

技術(shù)先進(jìn)性：通過該改造技術(shù)方案的研究，基本實現(xiàn)火力發(fā)電廠水系統(tǒng)的零排放。

2.3 水務(wù)管理

對于火電廠的排水無論是廢水處理技術(shù)或是廢水“零排放”技術(shù)，都離不開火電廠自身的水務(wù)管理工作，水務(wù)管理工作的目的如下：

（1）統(tǒng)一規(guī)劃火電廠的水量平衡和水質(zhì)平衡，正確核算用水量，優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)，降低耗水指標(biāo)，開發(fā)新工藝、新技術(shù)，加強(qiáng)廢水處理和廢水的資源化利用，認(rèn)真貫徹節(jié)約用水的方針，降低全廠的耗水指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)合理地利用水資源，做好全廠的水量平衡工作，減少發(fā)電廠的廢水排放量［8］。

（2）水務(wù)管理設(shè)計是一項政策性很強(qiáng)的工作，它必須服從國家基本建設(shè)的各項政策、法令、規(guī)程和導(dǎo)則。因此，應(yīng)在工程項目設(shè)計總工程師領(lǐng)導(dǎo)下，有關(guān)專業(yè)相互配合，搞好協(xié)作，對全廠各項設(shè)備用水及各項廢水的處理工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化比較，共同選擇最佳方案，最后由水工工藝專業(yè)歸口，繪制全廠水量平衡圖。必要時，宜標(biāo)出用水點的水質(zhì)、水量、水溫和水壓。

（3）水務(wù)管理的最終效果與設(shè)計、施工、運行管理的好壞是分不開的，首先是設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先采用成熟先進(jìn)的節(jié)水工藝系統(tǒng)和設(shè)備；施工時應(yīng)按水務(wù)管理設(shè)計進(jìn)行施工；運行管理應(yīng)對各用、排水系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測、調(diào)控，隨時隨地地掌握運行情況，根據(jù)水量、水質(zhì)的實際運行數(shù)據(jù)來進(jìn)行控制和調(diào)度。

3 火電廠廢水“零排放”處理新技術(shù)與新工藝

目前，隨著膜處理技術(shù)在各項廢水治理中的運用越來越成熟，科研人員也積極將此技術(shù)逐步運用在火電廠的各項廢水的深度處理上，經(jīng)膜處理后的廢水可直接作為中水回用；另一國外機(jī)械蒸汽壓縮（MVR）蒸發(fā)器成套的先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，對電力系統(tǒng)而言，可用于鍋爐補(bǔ)給水處理、循環(huán)水處理及全廠水系統(tǒng)“零排放”工程項目，也可探索用于脫硫廢水的終極化處理。

當(dāng)然各火電廠應(yīng)該從自身情況出發(fā)，選擇適合自身特點的處理方案，達(dá)到對電廠廢水綜合治理?？蒲胁块T在研究開發(fā)電廠廢水處理技術(shù)時，應(yīng)重點解決灰水閉路循環(huán)系統(tǒng)結(jié)垢、沖灰水PH值超標(biāo)、沖灰水用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水及生活污水用作沖灰水閉路循環(huán)補(bǔ)充水等技術(shù)問題?？傊?，隨著我國水資源問題和環(huán)境問題將日益突出，優(yōu)化電廠廢水處理工藝與技術(shù)，實現(xiàn)廢水資源化，其社會效益與經(jīng)濟(jì)效益的意義非常深遠(yuǎn)。

4 項目的應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化前景、市場預(yù)測

某發(fā)電廠“水系統(tǒng)零排放改造技術(shù)”科研項目完成后，能真正實現(xiàn)了“少取、減排、增效”的目的，不僅對企業(yè)本身而言節(jié)約了發(fā)電的直接運行成本，促進(jìn)了企業(yè)自身的發(fā)展，更重要的是直接改善了三峽庫區(qū)的水資源環(huán)境，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都將非常巨大。

火電廠廢水“零排放”技術(shù)，屬當(dāng)前電力工業(yè)重點發(fā)展研究的關(guān)鍵技術(shù)之一，在國內(nèi)有著廣闊的發(fā)展前景，其市場氛圍也相當(dāng)開闊；一旦在技術(shù)上突破，形成系統(tǒng)化產(chǎn)品，輸出到其他不很發(fā)達(dá)的國家，進(jìn)入國際市場的前景也是可行的。

5 結(jié)束語

可以預(yù)期，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前的各種閉路或半閉路循環(huán)系統(tǒng)將會進(jìn)一步的完善，多種廢水處理技術(shù)將更加先進(jìn)，零排放技術(shù)將會愈來愈成熟，今后的火電廠廢水處理系統(tǒng)將能回收更多的廢水，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

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