我國(guó)水資源日益緊缺，火電廠作為用水大戶，其用排水深受國(guó)家重視。國(guó)內(nèi)火電廠已采取深度節(jié)水措施，相關(guān)政策的出臺(tái)表明火電廠廢水零排放將成為主流趨勢(shì)。但目前電廠水污染防治技術(shù)尚存在許多問(wèn)題，尤其是直流冷卻型火電廠，它們大多建立在沿江、沿海地區(qū)，電廠化學(xué)廢水、含煤廢水、渣溢流水和生活污水等外排不僅造成水資源浪費(fèi)，而且會(huì)污染江、海等水環(huán)境，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較高。
本文以4家典型沿江、沿海的直流冷卻型火電廠為例，分析電廠主要用水系統(tǒng)的用排水現(xiàn)狀，提出水污染防治過(guò)程中存在的共性問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況，深入研究沿江、沿海直流冷卻型火電廠水污染防治策略。
一、直流冷卻型火電廠用排水現(xiàn)狀
通過(guò)統(tǒng)計(jì)，得到了4家典型直流冷卻型火電廠的裝機(jī)容量、單位發(fā)電量取水量、單位發(fā)電量排水量、總廢水排放量和全廠外排水率等情況(見表1)。A廠、B廠、C廠和D廠均處于沿江、沿海、水源豐富的南方地區(qū)。由表1可知，4家電廠單位發(fā)電量取水量為0.170~0.970m3(/MW?h)。其中B廠、D廠單位發(fā)電量取水量均高于GB50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》和Q/DG1-S002—2009《火力發(fā)電廠水務(wù)管理設(shè)計(jì)導(dǎo)則》的要求，全廠外排水率分別高達(dá)31%和43%。外排水率越高說(shuō)明節(jié)水潛力越大。
二、主要用水系統(tǒng)用排水現(xiàn)狀及問(wèn)題
2.1 化學(xué)除鹽水系統(tǒng)
化學(xué)除鹽水系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水主要包括反滲透濃排水、酸堿再生廢水、預(yù)處理設(shè)備反洗排水、少量鍋爐排污水和精處理再生廢水。反滲透濃排水水質(zhì)特點(diǎn)為懸浮物含量低、含鹽量較高，鍋爐連續(xù)排污水水質(zhì)較好、懸浮物和含鹽量均較低，其他排水的特點(diǎn)均為不連續(xù)且平均排水量較小，懸浮物和含鹽量較高。其中，化學(xué)再生廢水和精處理再生廢水的水質(zhì)最為復(fù)雜，陰、陽(yáng)樹脂再生過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同種類的污染物：陽(yáng)樹脂一般采用鹽酸再生，再生廢水中含有氯離子、氨氮、鈣離子、鎂離子和鐵離子等，陰樹脂一般采用氫氧化鈉再生，再生廢水中含有鈉離子、硫酸根、碳酸根、氯離子和重碳酸根等。
以某廠為例，其精處理再生過(guò)程中廢水的pH值變化范圍為3~12，污染物質(zhì)量濃度受再生過(guò)程影響波動(dòng)較大，氯離子的變化范圍為900~5000mg/L，氨氮的變化范圍為2~500mg/L。
再生廢水需經(jīng)處理后方可回用至其他系統(tǒng)。表2為4家典型直流冷卻型火電廠化學(xué)除鹽水系統(tǒng)的用排水情況，表中：RO為反滲透，UF為超濾，EDI為連續(xù)電除鹽，SWRO為反滲透海水淡化。其中，火電廠鍋爐補(bǔ)給水的化學(xué)除鹽處理工藝的選擇取決于水源水質(zhì)。對(duì)于水源水質(zhì)相對(duì)較好的A廠和D廠，采用“過(guò)濾→陽(yáng)床→陰床→混床”工藝，B廠采用了水質(zhì)相對(duì)較差的長(zhǎng)江下游水作為水源，需要選用“過(guò)濾→RO→陽(yáng)床→陰床→混床”或“UF→RO→EDI”全膜法工藝。
反滲透裝置的設(shè)計(jì)回收率基本為75%左右，大多電廠的過(guò)濾設(shè)備自用水未回收，因此有RO裝置的補(bǔ)給水處理系統(tǒng)自用水率在30%左右，無(wú)RO裝置的補(bǔ)給水處理系統(tǒng)自用水率一般低于15%(不同設(shè)備的自用水率和水質(zhì)特點(diǎn)見表3)。RO濃水濁度很低，其含鹽量接近于濃縮倍率為4倍的循環(huán)水排污水，A廠和B廠II期回用了RO濃水，其余未回用的外排。
精處理再生廢水和化學(xué)再生廢水水質(zhì)類似，一般通過(guò)工業(yè)廢水處理站或化學(xué)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行集中處理，常規(guī)處置方式為“pH中和”，處理后回用至灰渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、復(fù)用水池和脫硫系統(tǒng)等。由于再生廢水含鹽量較高，部分電廠會(huì)考慮中和后直接外排，如C廠和D廠，部分電廠考慮處理后回用作為煤場(chǎng)噴淋，如A廠和B廠。
電廠現(xiàn)有化學(xué)除鹽水系統(tǒng)普遍存在以下問(wèn)題。
(1)RO裝置設(shè)計(jì)回收率通常≥75%，部分電廠在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中未及時(shí)調(diào)整RO回收率，使其低于設(shè)計(jì)值，造成化學(xué)除鹽水系統(tǒng)產(chǎn)水量降低、用水量增大。
(2)部分電廠化學(xué)除鹽水系統(tǒng)設(shè)備自用水率較較高、水質(zhì)較好的過(guò)濾設(shè)備自用水未被回用，造成水資源浪費(fèi)，沿江、沿海地區(qū)電廠因來(lái)水水質(zhì)較差，造成RO濃水排水水質(zhì)差，部分電廠放棄回用該部分廢水，采用新鮮水或工業(yè)水補(bǔ)入其他系統(tǒng)。
(3)鍋爐補(bǔ)給水和精處理系統(tǒng)陽(yáng)樹脂常用鹽酸再生，生成的再生廢水氯離子質(zhì)量濃度較高。廢水由再生階段產(chǎn)生的高鹽廢水和準(zhǔn)備、收尾階段產(chǎn)生的低鹽沖洗廢水組成，電廠通常將這2種廢水混合送至工業(yè)廢水處理站，造成處理站排水中氯離子質(zhì)量濃度升高，影響工業(yè)廢水的出水水質(zhì)，部分電廠采取廢水處理后外排的方式避免該部分廢水的回用。
2.2 脫硫系統(tǒng)
脫硫系統(tǒng)是火電廠的主要末端用水系統(tǒng)。對(duì)直流冷卻型火電廠而言，脫硫系統(tǒng)是全廠用排水量最大的系統(tǒng)。由表4可知，4家電廠脫硫系統(tǒng)工藝用水水源為工業(yè)水或新鮮水，存在“高質(zhì)低用”現(xiàn)象?；痣姀S采用煙氣濕法脫硫產(chǎn)生的脫硫廢水，因微細(xì)懸浮物多、含鹽量高、硬度大且具有腐蝕性而處理難度較大，必須對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)處理。除B廠(僅采用澄清工藝處理脫硫廢水)外的3家電廠均采用了“中和→沉降→絮凝→澄清池”(即三聯(lián)箱)工藝。該工藝通過(guò)在不同分區(qū)分別加入石灰、有機(jī)硫、凝聚劑和助凝劑，來(lái)完成pH值調(diào)整、混凝、絮凝反應(yīng)等步驟，使生成的絮凝物在澄清器中沉淀、分離出來(lái)。
脫硫廢水處理系統(tǒng)普遍存在以下問(wèn)題。
(1)電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)出力一般是按脫硫吸收塔漿液氯離子質(zhì)量濃度為15000~20000mg/L設(shè)計(jì)脫硫廢水量，而很多電廠基于脫硫島防腐蝕、二氧化硫超低排放和石膏品質(zhì)及鎂離子控制的需要來(lái)設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行脫硫吸收塔漿液氯離子質(zhì)量濃度控制在5000~10000mg/L，這使得脫硫廢水的實(shí)際外排水量大于脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致脫硫廢水處理系統(tǒng)出力不足、處理效果差、運(yùn)行故障多，造成很多電廠的脫硫廢水處理系統(tǒng)需要擴(kuò)容改造。
(2)部分電廠脫硫島漿液系統(tǒng)廢水排放點(diǎn)設(shè)置在真空石膏皮帶機(jī)后。而另一部分電廠的廢水設(shè)置設(shè)置在廢水旋流器溢流水口，導(dǎo)致脫硫廢水含固量大幅增加。
(3)部分電廠脫硫廢水三聯(lián)箱處理系統(tǒng)前未設(shè)置預(yù)沉池，高含固率的脫硫廢水直接進(jìn)入三聯(lián)箱系統(tǒng)會(huì)造成三聯(lián)箱系統(tǒng)攪拌機(jī)扭矩過(guò)大，容易燒毀攪拌電機(jī)，使運(yùn)行故障頻發(fā)，設(shè)備維護(hù)壓力大。
(4)部分電廠的三聯(lián)箱加藥點(diǎn)設(shè)置不合理。如助凝劑加藥點(diǎn)設(shè)置在絮凝箱末端會(huì)導(dǎo)致助凝劑還沒(méi)有充分混合就進(jìn)入澄清池，不利于礬花的形成，沉降效果差、出水濁度高。脫硫廢水含固率超標(biāo)會(huì)增大污泥壓濾脫水機(jī)負(fù)擔(dān)，增加其故障頻率。
(5)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，約20%的脫硫廢水處理系統(tǒng)處于長(zhǎng)期停運(yùn)狀態(tài)，配套設(shè)備存在問(wèn)題較多，已無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有的甚至基本處于癱瘓狀態(tài)，脫硫廢水得不到有效處理。脫硫廢水重金屬離子、氟離子、化學(xué)需氧量(COD)等含量均較高，若直接排放，存在較高的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
2.3 灰渣系統(tǒng)
火電廠一般采用灰、渣分除，干除灰方式。新建電廠較多采用干除渣方式，在役火電廠多采用濕除渣方式。由表5可知，4家電廠除灰方式均采用干除灰，并設(shè)有灰場(chǎng)。干灰可外銷或綜合利用，銷售不佳時(shí)可儲(chǔ)存于灰場(chǎng)。多數(shù)電廠采用脫硫廢水、循環(huán)水及化學(xué)廢水作為干灰拌濕水源。
除B廠采用干除渣方式外，其他各電廠基本采用撈渣機(jī)進(jìn)行濕除渣。電廠現(xiàn)有灰渣系統(tǒng)普遍存在以下問(wèn)題。
(1)濕除渣系統(tǒng)為確保爐底冷卻溫度不高于60℃，通常采用大量補(bǔ)水進(jìn)行冷卻，但由于消耗水量較少，會(huì)產(chǎn)生一定的溢流水量(渣溢水)。渣溢水水量受鍋爐燃燒狀況等影響較大。部分電廠將渣溢水回用至工業(yè)廢水處理站，造成工業(yè)廢水出水水質(zhì)下降，部分電廠將渣溢流水直接外排，造成環(huán)保問(wèn)題。
(2)電廠多采用品質(zhì)較高的工業(yè)水作為除渣系統(tǒng)補(bǔ)水，處理后的品質(zhì)較差的工業(yè)廢水均未回收利用，造成水資源浪費(fèi)。
2.4 其他系統(tǒng)
火電廠產(chǎn)生的廢水還包括含煤廢水、生活污水和含泥廢水等，其處理方式及回用情況見表6。
含煤廢水是電廠為防止輸煤系統(tǒng)產(chǎn)生揚(yáng)塵，而定時(shí)對(duì)輸煤棧橋、轉(zhuǎn)運(yùn)站、煤倉(cāng)間等部位進(jìn)行噴灑產(chǎn)生的沖洗水。含煤廢水的水量不穩(wěn)定、變化較大，外觀呈黑色，含有大量的煤粉等雜質(zhì)。統(tǒng)計(jì)多家直流冷卻型電廠含煤廢水水質(zhì)情況：pH值為6~9，濁度≥60NTU，懸浮物質(zhì)量濃度為50~4000mg/L。而按DL/T5046—2018《發(fā)電廠廢水治理設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，含煤廢水處理后的回用水水質(zhì)應(yīng)滿足pH值為6~9，懸浮物質(zhì)量濃度為
現(xiàn)有煤水處理工藝有加藥混凝+沉淀、電絮凝及分級(jí)沉淀工藝。由表6可知，除A廠外，其余3家電廠均存在全廠煤水收集或回用系統(tǒng)不完善的問(wèn)題，易導(dǎo)致煤水混入其他系統(tǒng)或雨水系統(tǒng)，造成水質(zhì)發(fā)黑的現(xiàn)象。沿江、沿海電廠主要采用水路運(yùn)輸燃料，設(shè)有露天碼頭，碼頭面積較大而一般與廠區(qū)距離較遠(yuǎn)，存在煤水輸送管道易沉積堵塞、腐蝕泄漏，以及雨季碼頭區(qū)域含煤廢水收集困難等問(wèn)題。DL/T5046—2018《發(fā)電廠廢水治理設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，需收集露天煤場(chǎng)1h初期雨水。
生活污水主要來(lái)自廠區(qū)各建筑生活用水。生活污水量隨時(shí)間、季節(jié)變化較大，火電廠生活污水水質(zhì)特點(diǎn)是有機(jī)物、氮、磷含量比市政生活污水濃度低，因此電廠常用接觸氧化法、曝氣生物濾池等工藝處理生活污水，處理后出水水質(zhì)較好即可回用。由表6可知，B廠、C廠和D廠I，II期均未回用。這是由于電廠生活污水用水點(diǎn)分散、輸送距離長(zhǎng)，易造成輸送管道堵塞、處理裝置區(qū)域分散、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)難度和投資較高等問(wèn)題。電廠需根據(jù)具體情況綜合分析，確定生活污水處理設(shè)備的集中或分散建設(shè)問(wèn)題。
直流冷卻型機(jī)組大多采用河水為水源，通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行混凝澄清處理。在對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的含泥污水。這部分的污水主要來(lái)自沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗廢水，約占總凈水量的4%~7%，其中包括濃縮后的懸浮物、有機(jī)物，以及殘存在泥中的混凝劑。如果含泥廢水不經(jīng)處理直接排入水體，不但嚴(yán)重污染水體，而且浪費(fèi)了大量的水資源。4家電廠含泥污水均回用，其中A廠和B廠的含泥污水進(jìn)入工業(yè)廢水處理站。污泥常用脫水設(shè)備有離心脫水機(jī)、疊螺機(jī)和板框壓濾機(jī)等。原水預(yù)處理污泥和工業(yè)廢水處理站污泥可采用離心脫水機(jī)和疊螺污泥脫水機(jī)。
三、水污染防治技術(shù)
3.1 廢水深度處理回用
3.1.1 優(yōu)化全廠用水系統(tǒng)
水平衡優(yōu)化的主要內(nèi)容是對(duì)水資源和廢水資源進(jìn)行合理的利用和調(diào)配，增加水的梯級(jí)使用級(jí)數(shù)。一些電廠的新鮮水資源分配不合理，如將新鮮水用于脫硫、除渣系統(tǒng)，許多火電廠的廢水資源沒(méi)有合理利用，雖然設(shè)置了工業(yè)、生活等廢污水處理系統(tǒng)，但往往是將廢水處理后排放而未回用。上述情況都是對(duì)新鮮水和廢水資源的浪費(fèi)。
在制定廢水回用方案之前，火電廠首先應(yīng)委托經(jīng)驗(yàn)豐富的單位對(duì)全廠用水系統(tǒng)水量進(jìn)行水量測(cè)試，通過(guò)全廠水平衡試驗(yàn)查清全廠的用排水狀況，并根據(jù)電廠的實(shí)際情況，對(duì)各水系統(tǒng)的用排水及水處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。根據(jù)優(yōu)化的水平衡方案，確定最佳的廢水回用方案，以最小的成本實(shí)現(xiàn)廢水合理回用。
3.1.2 水處理系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)
在不影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，盡量減少外排廢水量，提高廢水回收利用率。提高鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)水的回收率提高化學(xué)水處理系統(tǒng)回收率的措施主要有：優(yōu)化預(yù)處理工藝，提高進(jìn)水水質(zhì)，過(guò)濾器和超濾反洗水進(jìn)行回用，減少膜清洗頻次，延長(zhǎng)膜清洗周期，降低自用水率，同時(shí)優(yōu)化膜系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，提高膜系統(tǒng)回收率。
3.1.3 廢水處理回用
火電廠廢水種類多、水質(zhì)差異較大，不同回用目標(biāo)對(duì)水質(zhì)的要求也完全不同。因此，根據(jù)各種廢水水質(zhì)、水量特點(diǎn)，擬回用系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的要求，需選擇適宜的廢水處理工藝對(duì)廢水進(jìn)行分類回收、分質(zhì)回用，避免廢水的直接混合。廢水處理回用使以前直接排放的廢水得以回用，降低了排放量，但加大了廢水處理難度和成本。
(1)廢水的梯級(jí)回用。根據(jù)廢水水質(zhì)特點(diǎn)，將不用處理或經(jīng)簡(jiǎn)單處理的廢水梯級(jí)回用至對(duì)水質(zhì)要求不高的系統(tǒng)，如可將化學(xué)廢水(主要指過(guò)濾器反洗水、反滲透濃排水等)回用至輸煤系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)，精處理再生可由鹽酸再生改為硫酸再生，或者根據(jù)再生步序排水水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行分段回收等。含油廢水應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的收集、處理系統(tǒng)，處理后可回用至輸煤系統(tǒng)。這樣可提高廢水回收利用率，同時(shí)可降低廢水處理的投資及運(yùn)行費(fèi)用。
(2)廢水的循環(huán)回用。將水質(zhì)較為特殊、不適合與其他廢水混合處理的廢水經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后在本系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，如將含煤廢水經(jīng)過(guò)混凝、澄清處理后，再次作為輸煤系統(tǒng)沖洗用水，實(shí)現(xiàn)含煤廢水閉路循環(huán)。由于渣水懸浮雜質(zhì)含量高，且為易結(jié)垢性水質(zhì)，可通過(guò)設(shè)置撈渣機(jī)槽體內(nèi)閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)渣水零溢流。
3.2 末端廢水濃縮減量或固化處理
直流冷卻型電廠末端廢水主要對(duì)象是脫硫廢水和少量再生高鹽廢水。末端廢水固化工藝通常包括煙氣干燥固化工藝和蒸發(fā)結(jié)晶工藝。
煙氣干燥固化工藝分為主煙道煙氣蒸發(fā)和旁路煙氣干燥技術(shù)，都是利用熱煙氣與脫硫廢水直接接觸換熱進(jìn)行固化，固化的鹽分進(jìn)入灰中。主煙道煙氣蒸發(fā)工藝在煙氣超凈排放改造后，由于主煙道中直煙道距離較短，在有限的時(shí)間和空間內(nèi)難以將脫硫廢水蒸發(fā)完，易出現(xiàn)結(jié)垢堵塞煙道的問(wèn)題。單臺(tái)300，600，1000MW等級(jí)機(jī)組，旁路煙氣干燥工藝最大蒸發(fā)水量一般按4，8，12m3/h設(shè)計(jì)，旁路煙氣干燥工藝使用空氣預(yù)熱器前高溫?zé)煔?，降低鍋爐效率，增加發(fā)電煤耗。對(duì)于直流冷卻型機(jī)組水源水質(zhì)較好，機(jī)組脫硫廢水水量少，一般小于旁路煙氣干燥最大蒸發(fā)水量，采用旁路煙氣蒸發(fā)固化工藝一般不設(shè)濃縮減量裝置。
蒸發(fā)結(jié)晶工藝工程應(yīng)用的主要有多效蒸發(fā)(MED)和機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVR)。由于蒸發(fā)結(jié)晶器噸水投資非常高，約200萬(wàn)~300萬(wàn)元/t。為了降低整體投資，一般先濃縮減量，降低進(jìn)入結(jié)晶器的水量，蒸發(fā)結(jié)晶工藝一般采用配套采用膜法濃縮技術(shù)，包括納濾、反滲透和電滲析等工藝。為避免膜發(fā)生污堵，常采用石灰-碳酸鈉或氫氧化鈉-碳酸鈉等進(jìn)行軟化預(yù)處理，去除廢水中的硅、鈣、鎂等致垢離子。末端廢水水質(zhì)波動(dòng)大，而膜法濃縮工藝對(duì)軟化預(yù)處理工藝出水水質(zhì)要求非常高，膜法濃縮的重點(diǎn)、難點(diǎn)是如何保障軟化預(yù)處理系統(tǒng)出水穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
因此，末端廢水處理工藝選擇上應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)性和安全可靠性，為了確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并確保不影響電廠灰或結(jié)晶鹽的綜合利用，需要通過(guò)模擬試驗(yàn)論證選定工藝的可行性。
3.3 改造效果
對(duì)于直流冷卻型火電廠，優(yōu)化后的全廠單位發(fā)電量取水量可降低至0.160~0.240m3(/MW?h)。
四、結(jié)論
通過(guò)對(duì)4家沿江、沿海直流冷卻型火電廠用/排水現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)部分電廠外排水率較高，節(jié)水潛力大。可根據(jù)電廠化學(xué)除鹽水系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)、煤水系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)、原水預(yù)處理系統(tǒng)等主要用水系統(tǒng)的水質(zhì)特點(diǎn)，逐一優(yōu)化用水流程，開展節(jié)水技術(shù)，并將工業(yè)廢水處理后梯級(jí)回用于各個(gè)系統(tǒng)，煤水、渣水在本系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，以減少取水量和外排水量。末端高鹽廢水工藝需綜合考慮系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和不影響灰的綜合利用等因素，選擇最佳工藝。( >
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