以城市再生水為水源的電廠零排水設(shè)計

吳怡衛(wèi)

(江蘇省電力設(shè)計院，南京市 211102)

0 引言

我國是一個缺水的國家，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，水資源短缺問題越來越突出。城市污水具有流量穩(wěn)定、水量大、不需要長距離引水等特點［1-2］，經(jīng)過適當(dāng)處理后成為城市再生水，對其進行利用不但具有明顯的節(jié)水效應(yīng)，而且具有顯著的環(huán)保效益［3］。

國電吉林龍華長春熱電一廠(簡稱長春熱電一廠)一期工程建設(shè)2臺350MW超臨界燃煤供熱機組，采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)和干除灰系統(tǒng)。電廠設(shè)計水源采用經(jīng)過深度處理的城市再生水，再生水水質(zhì)滿足GB 50335—2002《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。再生水樣的全分析表明，再生水的含鹽量約為400 mg/L，溶解固形物約為430 mg/L，硬度較低，總硬度約為4.10 mmol/L，暫硬約為2.40 mmol/L。

1 我國火電廠排水現(xiàn)狀

根據(jù)我國環(huán)保政策的要求，所有電廠都必須設(shè)置脫硫系統(tǒng)。在眾多的脫硫工藝中，石灰石－石膏濕法脫硫在大型火力發(fā)電機組中處于絕對壟斷的地位，由于石灰石－石膏濕法脫硫會產(chǎn)生脫硫廢水，實現(xiàn)電廠零排水的關(guān)鍵是解決脫硫廢水的出路問題。

脫硫廢水的回收再利用是一個普遍的難題，經(jīng)常規(guī)的化學(xué)處理后，脫硫廢水雖然達到了排放標(biāo)準(zhǔn)，但氯離子含量極高(約20 g/L)，回收再利用的途徑非常少。對于水力除灰的電廠而言，可以考慮將脫硫廢水用于水力沖灰，但隨著環(huán)保執(zhí)法力度的加大以及節(jié)水政策的要求，采用水力除灰的機組越來越少，因而將脫硫廢水用于水力除灰并沒有普遍性。對于干除灰的電廠而言，脫硫廢水一般用于干灰調(diào)濕，由于干灰綜合利用情況較好，需要調(diào)濕的干灰量很少或者根本沒有，脫硫廢水難以回收再利用，這些電廠的脫硫廢水最終不得不向外排放，因此也就無法做到真正的零排放。

基于以上分析，由于尚未有效解決脫硫廢水的出路問題，我國大多數(shù)電廠并未真正地實現(xiàn)廢水零排放，也就無法實現(xiàn)電廠零排水。

2 長春熱電一廠廢水零排放技術(shù)路線

解決電廠零排水問題，需要利用清潔生產(chǎn)、循環(huán)利用、環(huán)境治理等技術(shù)，具體而言就是根據(jù)各用水設(shè)備的用水品質(zhì)要求，采用梯級用水的方法，提高水的重復(fù)使用率，同時降低廢水的產(chǎn)生量。

按照含鹽量來衡量水的品質(zhì)，長春熱電一廠用水的品質(zhì)由高到低依次為:處理后的生活污水(有機物含量較高)、原水、循環(huán)水、酸堿再生廢水、脫硫廢水。脫硫工藝用水的要求是最低的，可以將酸堿廢水、循環(huán)水排水等品質(zhì)較差的水送至脫硫系統(tǒng)重復(fù)使用［4］。

2.1 鍋爐補給水處理系統(tǒng)用水采用循環(huán)水排水

污水處理廠來再生水的濁度較低(不大于5 NTU)，暫硬較低(約2.40 mmol/L)，考慮到一般石灰處理系統(tǒng)出水的暫硬為1～2 mmol/L，如再生水采用循環(huán)水補充水石灰處理系統(tǒng)存在著濁度和暫硬去除率低、處理設(shè)施龐大、投資運行費用高的問題。與循環(huán)水補充水相比，循環(huán)水的懸浮物、硬度、暫硬含量更高，從凈化循環(huán)水的效果來看，對循環(huán)水進行旁流石灰處理比補充水石灰處理更有效，同時處理系統(tǒng)規(guī)模更小。因此，長春熱電一廠循環(huán)水采用旁流石灰處理系統(tǒng)，設(shè)置2臺240 m3/h石灰澄清池和3臺240 m3/h變空隙濾池。正常運行時，旁流石灰處理系統(tǒng)的出水優(yōu)先送至鍋爐補給水處理系統(tǒng)，多余的出水回到循環(huán)水系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是鍋爐補給水處理的預(yù)處理系統(tǒng)。

敞開式循環(huán)電廠的外排水主要是循環(huán)水排水，要實現(xiàn)全電廠零排水必須完全重復(fù)使用循環(huán)水排水。長春熱電一廠采用循環(huán)水排水作為鍋爐補給水水源，夏季可以回收利用214 t/h排水，冬季可以回收再利用281 t/h排水，顯著降低了循環(huán)水系統(tǒng)排水量和全廠取水量，其他循環(huán)水排水作為脫硫工藝補充水，所有的循環(huán)水排水均得到了重復(fù)利用，循環(huán)水系統(tǒng)沒有任何外排水。

鍋爐補給水水源采用循環(huán)水排水可以降低循環(huán)水的濃縮倍率，減輕循環(huán)水的腐蝕性和結(jié)垢傾向，利于循環(huán)水系統(tǒng)的運行。長春熱電一廠設(shè)計夏季循環(huán)水濃縮倍率3.7，冬季循環(huán)水濃縮倍率僅1.6，冬季循環(huán)水運行不需要加穩(wěn)定劑，運行費用顯著降低。

此外，采用循環(huán)水排水為水源，充分利用了循環(huán)水的溫度，水處理系統(tǒng)不需要設(shè)置反滲透進水加熱器，冬季反滲透進水不需要加熱，可以降低工程投資約150萬元，年節(jié)約運行費用約135萬元，經(jīng)濟效益顯著。

2.2 一級反滲透濃水作為脫硫工藝補充水

一級反滲透濃水的含鹽量、CaCO3含量比較高，水質(zhì)清澈，含有阻垢劑，并具有較高的壓力(一般不小于0.6 MPa)，該部分水直接通過管道送至脫硫系統(tǒng)重復(fù)使用。

2.3 脫硫制漿系統(tǒng)回收再利用石灰澄清池底部排漿水

石灰澄清池的底部排漿水富含CaCO3，CaCO3具有較好的細(xì)度和活性，適宜用作脫硫吸收劑［5］，將排漿水不經(jīng)脫水直接送至脫硫制漿系統(tǒng)，不但可以降低脫硫工藝補充水，而且可以減少脫硫石灰石外購量，同時可以取消脫水系統(tǒng)，降低投資費用和運行費用，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

2.4 處理后的生活污水經(jīng)旁流石灰澄清處理后回收再利用

電廠設(shè)置2臺7.5 m3/h的地埋式生活污水處理裝置，處理后的生活污水可用于廠區(qū)綠化水系統(tǒng)，多余水量送至石灰處理系統(tǒng)處理后重復(fù)利用。

2.5 工業(yè)廢水減量化設(shè)計及廢水回收再利用

常規(guī)電廠的工業(yè)廢水包括經(jīng)常性工業(yè)廢水和非經(jīng)常性工業(yè)廢水，具體有:(1)經(jīng)常性工業(yè)廢水，包括補給水處理系統(tǒng)再生排水(采用反滲透+離子交換除鹽)、超濾反洗排水、反滲透排水、凝結(jié)水精處理混床再生排水等;(2)非經(jīng)常性工業(yè)廢水，包括鍋爐化學(xué)清洗、空氣預(yù)熱器沖洗水、鍋爐煙氣側(cè)沖洗排水等。要降低廢水量，需針對上述廢水采取恰當(dāng)?shù)臏p量化設(shè)計技術(shù)，同時將廢水回收再利用至合適的場合。

2.5.1 應(yīng)用全膜水處理技術(shù)實現(xiàn)補給水處理系統(tǒng)酸堿廢水接近零排放

長春熱電一廠鍋爐補給水采用超濾+一級反滲透+二級反滲透+電除鹽技術(shù)的全膜水處理技術(shù)，系統(tǒng)正常運行不需要酸堿再生，不會產(chǎn)生酸堿廢水，屬于綠色環(huán)保的水處理工藝。系統(tǒng)設(shè)計將二級反滲透濃水、電除鹽濃水回收到前一級設(shè)備進水側(cè)以提高水的利用率，僅一級反滲透濃水用于脫硫系統(tǒng)。

該工藝的廢水主要是超濾、一級反滲透、電除鹽化學(xué)清洗廢水，由于清洗頻率較低(一般超濾2～3月1次，一級反滲透、電除鹽約半年1次)，而且清洗方式采用循環(huán)清洗，廢水量約4 t/次，總的廢水產(chǎn)生量很低。

2.5.2 鍋爐補給水處理超濾反洗排水和反滲透濃水回收再利用

超濾反洗排水的懸浮物及化學(xué)耗氧量(chemical oxygen demand，COD)含量較高，但含鹽量低，送至旁流石灰澄清池處理后回收再利用。如前所述，一級反滲透濃水利用自身的壓力直接送至脫硫系統(tǒng)重復(fù)使用。

2.5.3 凝結(jié)水精處理混床樹脂再生排水分類排放及回收再利用

將凝結(jié)水精處理混床樹脂再生過程中的樹脂分離、輸送、快速沖洗、淋洗等水質(zhì)較好的水回收至循環(huán)水系統(tǒng)，而酸堿再生廢水單獨處理，可以降低2/3的廢水產(chǎn)生量，每再生1次可以降低約100 t的廢水量。處理后的酸堿廢水送至脫硫系統(tǒng)重復(fù)使用。

2.5.4 工業(yè)廢水作為脫硫工藝補充水

脫硫工藝補水的品質(zhì)要求最低，將處理合格后的精處理再生廢水、化學(xué)清洗廢水等送至脫硫系統(tǒng)重復(fù)使用，可以實現(xiàn)節(jié)水的效果。

2.5.5 回收鍋爐化學(xué)清洗過程中的合格排水

化學(xué)清洗的工藝步驟一般是:水沖洗(包括冷態(tài)和熱態(tài))→堿洗→堿洗后水沖洗→酸洗→酸洗后水沖洗→漂洗和鈍化［6］。清洗過程中可對沖洗、漂洗等階段的合格排水予以回收，采用該方法可以有效降低廢水量，同時降低除鹽水的用量。

受鍋爐本體材質(zhì)的影響，超臨界鍋爐化學(xué)清洗常用的方案主要有檸檬酸清洗方案、乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA)清洗和復(fù)合酸清洗等方案，其中EDTA方案可以循環(huán)清洗，而且清洗后一般不需鈍化，故耗水量小，廢水量少，與檸檬酸清洗方案相比可以節(jié)省約20%的用水，因此優(yōu)化選擇化學(xué)清洗方案也可以實現(xiàn)節(jié)水的目的。

3 采用煙道氣蒸發(fā)技術(shù)處理脫硫廢水

采用梯級用水及廢水減量化設(shè)計技術(shù)后，全廠的工業(yè)廢水最終歸結(jié)為脫硫廢水，其量約6 t/h。該廠脫硫廢水采用煙道氣蒸發(fā)處理技術(shù)，即將脫硫廢水霧化后噴入鍋爐除塵器前煙道的合適位置，利用煙氣高溫將霧化后的廢水蒸發(fā)，水蒸汽進入煙氣，固體顆粒物被除塵器去除，脫硫廢水得到徹底處理［4，7］。

該技術(shù)的難點主要是根據(jù)鍋爐的各種工況確定合適的煙道噴入點和選擇合適的霧化裝置獲得理想的霧滴粒徑，國內(nèi)已有單位對該技術(shù)進行研究［7］，其中江蘇省電力設(shè)計院等單位針對此技術(shù)做了深入研究，取得多項發(fā)明專利和實用新型專利［8-9］。

4 以城市再生水為水源的全電廠零排水有關(guān)問題的討論

4.1 脫硫系統(tǒng)對多種補水水源的重復(fù)使用方式

常規(guī)脫硫工藝補水水質(zhì)單一，將所有的補水送入工藝水箱，然后通過不同的水泵送至各個用水點。對于零排水的電廠而言，工藝補水來源比較復(fù)雜，水質(zhì)差別較大，不能按照常規(guī)的工藝系統(tǒng)進行設(shè)計，而必須按照補水水質(zhì)情況選擇合適的重復(fù)使用途徑。

長春熱電一廠脫硫系統(tǒng)將補水分為3類:(1)水質(zhì)較好的循環(huán)水，水量最大，主要用于機械密封冷卻和除霧器沖洗;(2)一級反滲透濃水及處理合格后的工業(yè)廢水，用于除霧器沖洗;(3)固體含量較高的石灰澄清池排水，用于脫硫磨機制漿，最后進入吸收塔。

4.2 以循環(huán)水排水為水源的鍋爐補給水處理系統(tǒng)設(shè)計

循環(huán)水的補水為再生水，經(jīng)過系統(tǒng)濃縮后，循環(huán)水的含鹽量、有機物、氨氮、總磷等污染物含量更高，循環(huán)水的水質(zhì)更差;盡管經(jīng)過石灰處理系統(tǒng)后硬度、總磷等明顯降低，但有機物的含量仍然很高。因此循環(huán)水作為鍋爐補給水水源，必須充分重視水處理系統(tǒng)的選擇與配置，尤其是針對進水高有機物含量的特點。

長春熱電一廠鍋爐補給水處理系統(tǒng)采用全膜水處理技術(shù)，針對進水高有機物含量的特點，超濾選擇抗有機物污染性能好的聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)超濾膜，反滲透選擇抗污染寬流道復(fù)合膜，同時為了延長反滲透膜的清洗周期，在反滲透裝置前設(shè)計了活性炭過濾器以去除部分有機物。超濾和活性炭過濾器聯(lián)用可以顯著增強系統(tǒng)有機物的去除能力，甚至可以高達45%左右［10］。

石灰處理系統(tǒng)運行中，尤其是在調(diào)試過程中會出現(xiàn)由于出水沉淀不完全或者濾池出水pH控制不好而在后續(xù)設(shè)備上產(chǎn)生二次沉淀的問題，設(shè)置活性炭過濾器的另一個重要作用是防止石灰處理系統(tǒng)出水在超濾反滲透上產(chǎn)生二次沉淀，影響系統(tǒng)正常運行。

由于系統(tǒng)進水有機物含量很高，即使采用超濾+活性炭去除，一級反滲透進水有機物的含量依然很高。與常規(guī)地表水源相比，一級反滲透膜有機物污染的可能性大大增加，反滲透膜清洗的頻率顯著增加。因此，反滲透系統(tǒng)的設(shè)計，尤其是一級反滲透膜元件的設(shè)計選型是系統(tǒng)能否長期經(jīng)濟運行的關(guān)鍵，反滲透膜元件應(yīng)采用寬流道(34×25.4 μm)抗污染復(fù)合膜，并具有很好的耐清洗性能。

4.3 采用再生水作為水源的循環(huán)水處理系統(tǒng)菌藻控制

再生水中的微生物、COD、BOD、NO3－、氨氮含量較高，而且循環(huán)水的溫度適宜，循環(huán)水系統(tǒng)極易滋生微生物，直接影響循環(huán)水系統(tǒng)以及反滲透旁流石灰處理等系統(tǒng)的正常運行，因此應(yīng)充分重視循環(huán)水等系統(tǒng)的殺菌處理方案。

循環(huán)水的pH值較高，常規(guī)的加液Cl2方案和NaClO方案在高pH值的堿性循環(huán)冷卻水工況下殺菌處理效果差，不宜采用。ClO2是國際公認(rèn)的高效消毒劑，具有殺菌效果好，適應(yīng)pH范圍廣，副產(chǎn)物小的優(yōu)點，同時也是一種有效的粘泥剝離劑，非常適合于以再生水為水源的高濃縮倍率下的循環(huán)水處理。長春熱電一廠選擇ClO2殺菌處理方案，同時為了防止生物產(chǎn)生抗藥性，設(shè)置1套非氧化性殺菌劑加藥裝置，可根據(jù)需要投加季胺鹽類、胍類殺菌劑、異噻唑啉酮等殺菌劑。同時為了防止水處理系統(tǒng)微生物繁殖，在超濾進水以及反洗水均設(shè)置ClO2加藥點。

4.4 零排水模式下電廠運行應(yīng)注意的問題

電廠零排水能否實現(xiàn)，不僅僅取決于設(shè)計，還取決于運行管理，因此零排放模式對全廠的水務(wù)管理提出了更高的要求。電廠運行中應(yīng)加強各排水點、水處理部門、脫硫部門的協(xié)調(diào)與管理。零排放模式下脫硫系統(tǒng)接收的水源比較多，水質(zhì)情況差別較大，脫硫系統(tǒng)能否按照設(shè)計重復(fù)使用各路水源是全廠能否實現(xiàn)零排水的關(guān)鍵點之一。

5 結(jié)語

(1)采用城市再生水作為水源的電廠，將循環(huán)水排污水經(jīng)旁流石灰處理系統(tǒng)處理后作為鍋爐補給水水源，同時采取廢水減量化設(shè)計技術(shù)，將處理后的工業(yè)廢水送入煙氣脫硫系統(tǒng)作為工藝水，一水多用，提高水的利用率，這是實現(xiàn)電廠零排水的有效途徑。

(2)采用煙道氣蒸發(fā)技術(shù)，可以實現(xiàn)脫硫廢水的徹底處理，也實現(xiàn)了電廠水的零排放。

(3)零排放模式對全廠水務(wù)管理提出了更高的要求，需要加強各用水部門、水處理部門、脫硫部門的協(xié)調(diào)管理。

［1］陳軍，李映川，朱志坤，等.城市中水回收再利用于工業(yè)冷卻水技術(shù)初探［J］.工業(yè)水處理，2005，25(7):13-17.

［2］顧小紅，黃種買，虞啟義.城市污水再用于火電廠循環(huán)冷卻水的研究［J］.華東電力，2003，31(2):14-16.

［3］李偉.我國城市污水處理回收再利用政策法規(guī)與管理制度探討［J］.水利發(fā)展研究，2011(7):66-70.

［4］吳怡衛(wèi).石灰石－石膏濕法煙氣脫硫廢水處理的研究［J］.中國電力，2006，39(4):75-78.

［5］董雪峰，吳文龍，孫寧，等.礦井水石灰處理廢渣用作脫硫吸收劑的試驗研究［J］.中國電力，2010，43(11):70-73.

［6］DL/T 794—2012火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則［S］.北京:中國電力出版社，2012.

［7］高原，陳智勝.新型脫硫廢水零排放處理方案［J］.華電技術(shù)，2008，30(4):73-75.

［8］江蘇省電力設(shè)計院，東南大學(xué).廢水蒸發(fā)處理裝置:中國，201120141611［P］.2011-11-23.

［9］江蘇省電力設(shè)計院，東南大學(xué).一種用于脫硫廢水煙道氣蒸發(fā)裝置的霧化器:中國，2011101046282［P］.2012-10-10.

［10］馬孟，靖大為.超濾與活性炭組合工藝對有機物去除效果研究［J］.平頂山工學(xué)院學(xué)報，2008，17(11):28-30，34.