火力發(fā)電廠終端廢水零排放工藝探討

李泊嬌

（西南兵工重慶環(huán)境保護(hù)研究所有限公司，重慶400022）

隨著國(guó)家環(huán)保政策的趨嚴(yán)趨緊，對(duì)電力行業(yè)而言，一方面在節(jié)水減排方面做了很多卓有成效的工作，如提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍率，排水分類(lèi)收集、分類(lèi)處理、梯級(jí)利用等，這樣廢水產(chǎn)生量和排放量大幅減少，但水中溶解性鹽類(lèi)含量卻隨著水量的減小在不斷富集、濃縮甚至增加；另一方面大氣污染治理正如火如荼地全面展開(kāi)，在大氣污染治理過(guò)程中很多大氣中的直接污染物轉(zhuǎn)變了形態(tài)以較低危害程度的形式進(jìn)入到了排水中，造成排水中污染指標(biāo)越來(lái)越多，溶解性鹽分的含量也大大高于電廠其它排水；加之電廠的灰渣等固體廢棄物大量得到綜合利用，高含鹽廢水在電廠內(nèi)無(wú)法得到消化和可靠利用，必須外排。高含鹽廢水排入環(huán)境后，就會(huì)造成局部自然水體或周?chē)寥利}堿化，在北方水資源匱乏地區(qū)，這種結(jié)果更加嚴(yán)重。因此近幾年來(lái)新建電廠，在立項(xiàng)、規(guī)劃及設(shè)計(jì)階段均提出了要求實(shí)現(xiàn)廢水的絕對(duì)零排放。

1 電廠廢水零排放關(guān)鍵

我國(guó)水資源短缺且分布不均勻，只有提高廢水循環(huán)利用效率，才能走出當(dāng)前缺水和環(huán)境污染的困境，國(guó)家政府以及各界人士不斷呼吁重視環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，因此人們對(duì)于環(huán)保的要求不斷提高，這對(duì)火力發(fā)電廠廢水處理提出了更高的要求。火力發(fā)電廠廢水零排放是重復(fù)利用產(chǎn)生的各種廢水，并將這些廢水綜合處理（即脫硫廢水）。根據(jù)來(lái)源不同，火力發(fā)電廠廢水主要分為生產(chǎn)廢水、生活污水和冷卻水排水。其中，生產(chǎn)廢水包括化學(xué)再生廢水、脫硫廢水、含油廢水、含煤廢水、污泥排放廢水、除灰廢水及其他工業(yè)廢水。各種類(lèi)型的廢水經(jīng)過(guò)重復(fù)使用、梯度利用和回收進(jìn)行再利用，經(jīng)過(guò)回收利用后會(huì)產(chǎn)生高鹽度廢水，將其用于脫硫裝置中以形成脫硫廢水，其中各種膜工藝形成的濃縮水和各種循環(huán)水都可做脫硫工藝水，經(jīng)過(guò)脫硫后的廢水，基本消除各種重金屬、無(wú)機(jī)鹽、化學(xué)需氧量以及生物需氧量。綜上所述，火力發(fā)電廠廢水零排放的關(guān)鍵技術(shù)是脫硫廢水的零排放。

2 電廠終端廢水零排放技術(shù)進(jìn)展探析

2.1 電廠終端廢水的來(lái)源。所謂終端廢水，就是電廠各類(lèi)排水即使經(jīng)常規(guī)水處理技術(shù)處理后也不能再被其它系統(tǒng)直接利用，或具有直接利用價(jià)值而只能對(duì)外排放的廢水。這類(lèi)廢水主要包括離子交換樹(shù)脂的再生廢水、其它排水經(jīng)反滲透膜多次濃縮回收處理后的膜的濃排水以及脫硫廢水等。這類(lèi)廢水中的溶解性鹽類(lèi)含量往往高達(dá)30000-50000mg/L，甚至可能更高（標(biāo)準(zhǔn)海水的含鹽量才只有35000mg/L）。就常規(guī)2X600MW超臨界燃煤機(jī)組而言，終端廢水的總量約25-35m3/h，其中脫硫廢水量約15-25m3/h，其余來(lái)源約10m3/h 左右，如果在水處理過(guò)程中選擇更加環(huán)保的水處理工藝，其余廢水的排放量還可能更少。因此，從某種程度而言，電廠終端廢水零排放就是脫硫廢水的零排放，或者說(shuō)是以脫硫廢水為主的高含鹽廢水的零排放。

2.2 常用的終端廢水零排放工藝路線。近年來(lái)，隨著濃縮技術(shù)的開(kāi)發(fā)、發(fā)展和蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)成本的居高不下，現(xiàn)階段及今后一段時(shí)間國(guó)內(nèi)外電廠終端廢水零排放，更多的會(huì)選擇如下工藝流程，如圖1 所示。

圖1 常用的終端廢水零排放工藝路線

該工藝流程中各工段主要作用和各段廢水中溶解性鹽份的大概含量如下：

“預(yù)處理”工段：中和、沉降、絮凝，進(jìn)行pH 值調(diào)節(jié)；去除重金屬離子；混凝沉淀去除水中懸浮物。

“軟化處理”工段：主要是通過(guò)加入氫氧化鈣或氫氧化鈉、碳酸鈉；軟化降低或去除水中的硬度，防止后續(xù)工段發(fā)生結(jié)垢問(wèn)題。廢水中溶解性鹽份含量在30000-50000mg/L。

“濃縮減量”工段：將預(yù)處理后廢水減量化，減少進(jìn)入“蒸發(fā)結(jié)晶”段的廢水總量，從而有效降低投資和運(yùn)行成本。經(jīng)該段處理后廢水中的鹽份含量約為150000-250000mg/L，廢水總量基本減至1/3～1/5。

“蒸發(fā)結(jié)晶”段：將廢水中的溶解性鹽份進(jìn)一步濃縮至過(guò)飽和甚至結(jié)晶以固體形式析出，此時(shí)廢水中鹽份濃度可達(dá)300000-500000mg/L。

2.3 脫硫廢水濃縮處理工藝。脫硫廢水零排放各工段占直接運(yùn)行成本的比重“預(yù)處理”：“濃縮減量”：“蒸發(fā)結(jié)晶”：“其它”分別約為20%：45%：25%：10%。由此可以看出，影響項(xiàng)目投資和運(yùn)行成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)均在“濃縮減量”工段。目前脫硫廢水濃縮處理工藝主要有蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝、膜濃縮減量工藝以及煙氣余熱蒸發(fā)處理工藝等。

（1）蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝。MVR（蒸汽再壓縮）技術(shù)、MED（多效蒸發(fā)）技術(shù)以及NED技術(shù)，是目前蒸發(fā)結(jié)晶最常用的工藝。其中MVR技術(shù)可通過(guò)壓縮增加其壓力和飽和溫度，經(jīng)過(guò)處理后可以作為熱源進(jìn)行循環(huán)利用，并且不需要進(jìn)行冷卻，大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本；MED工藝將幾個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行的蒸發(fā)操作，使蒸汽熱能得到多次利用，從而提高熱能的利用率，節(jié)省能耗，但會(huì)降低設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，因而增加設(shè)備投資；NED技術(shù)與上述兩種工藝有本質(zhì)的區(qū)別，它采用低溫常壓蒸發(fā)，能夠在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)和冷凝，因此運(yùn)行成本較低，但是NED 技術(shù)存在技術(shù)工藝要求高、設(shè)備復(fù)雜、占用場(chǎng)地大的缺點(diǎn)，因此該工藝在目前廢水處理中應(yīng)用較少。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)綜合考慮能耗和設(shè)備投資，選定最佳的處理工藝。

（2）膜濃縮減量工藝。處理高鹽廢水常用的膜濃縮減量工藝有DTRO（碟片反滲透）和HERO（高效反滲透）技術(shù)。

DTRO（碟片反滲透）的核心是碟片式膜片、導(dǎo)流盤(pán)、O 型橡膠墊圈、中心拉桿和耐壓套管所組成的膜柱。原水通過(guò)膜芯與高壓容器的間隙到達(dá)膜元件底部，均勻布流進(jìn)入導(dǎo)流盤(pán)，在導(dǎo)流盤(pán)表面以雷達(dá)掃描方式流動(dòng)，從投幣式切口進(jìn)入下一組導(dǎo)流盤(pán)和膜片，在整個(gè)膜柱內(nèi)呈渦流狀流動(dòng)，產(chǎn)水通過(guò)中心管排出膜元件。和其他膜組件相比，DTRO 技術(shù)具有流體通道寬、流程短、湍流行等特點(diǎn)，抗污染、抗污堵強(qiáng)，但其投資及運(yùn)行維護(hù)成本較高。

HERO高效反滲透技術(shù)于1995 年研發(fā)成功。在過(guò)去的十幾年里，廣泛用于全世界不同行業(yè)超過(guò)150 多個(gè)水處理項(xiàng)目中。HERO工藝的預(yù)處理步驟要根據(jù)水化學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)定制的。有一個(gè)步驟是不變的，這就是RO是在高pH 條件下運(yùn)行的。為了使RO能在高pH 條件下運(yùn)行，所有會(huì)引起膜結(jié)垢的硬度和其它陽(yáng)離子成分必須除去。懸浮固體物應(yīng)降至接近零以避免膜的堵塞，二氧化碳要除到一定程度以減少水的緩沖性。HERO 技術(shù)對(duì)預(yù)處理要求較嚴(yán)格，但其投資成本相對(duì)于DTRO工藝更低。

（3）煙氣余熱蒸發(fā)處理工藝。該技術(shù)是將預(yù)處理后的脫硫廢水噴入電廠空預(yù)器出口煙氣中，利用煙氣預(yù)熱蒸發(fā)脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)廢水的汽化，產(chǎn)生的固體物質(zhì)，通過(guò)除塵系統(tǒng)去除，蒸汽隨煙氣一起進(jìn)入脫硫系統(tǒng)中，最終實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放（見(jiàn)圖2）。該技術(shù)設(shè)備具有投資少，運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)，但目前該技術(shù)尚處于中試研究階段，還沒(méi)有成功的工程案例。

圖2 煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水技術(shù)示意圖

綜上所述，本文簡(jiǎn)單分析了電廠廢水零排放廢水處理的幾種工藝和處理技術(shù)，在具體應(yīng)用中，有必要根據(jù)電廠的實(shí)際情況，考慮處理過(guò)程的有效性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，選擇相對(duì)科學(xué)合理的處理方案和工藝設(shè)備。通過(guò)相關(guān)實(shí)踐案例的總結(jié)和分析，不斷提高廢水處理中的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。