50MW生物質(zhì)發(fā)電機組廢水零排放技術(shù)與工藝路線

李定青 董啟盛 費芳芳

摘要：為完成日益緊迫的節(jié)水減排任務(wù)，生物質(zhì)電廠開展深度節(jié)水和廢水零排放技術(shù)及工藝路線研究工作具有重要意義。現(xiàn)對50 MW生物質(zhì)發(fā)電機組的取水、排水、耗水等方面進行了研究分析，針對原水預(yù)處理系統(tǒng)出力不足、生活污水處理效率不高、循環(huán)水排污水量大等問題，提出了深度節(jié)水和廢水零排方案。首先，開展深度節(jié)水工作，提高循環(huán)水循環(huán)倍率，大幅減少排污水量;其次，將循環(huán)水排污水、化學(xué)酸堿廢水通過反滲透進行濃縮處理，減少高鹽廢水;最后，對少量的高鹽廢水進行噴灰渣，實現(xiàn)全廠廢水零排放。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì);深度節(jié)水;反滲透;廢水零排放

0 引言

我國是一個水資源稀缺的國家，人均水資源占有量不足世界平均水平的1/4，加上近年來水污染日益嚴(yán)重，加劇了水資源的短缺。電力行業(yè)是用水大戶，占工業(yè)用水的40%以上，僅次于農(nóng)業(yè)用水。隨著《水污染防治行動計劃》的發(fā)布，國家要求“全面控制污染物排放，狠抓工業(yè)污染防治”，著力節(jié)約和保護水資源，提高用水效率[1-9]。

生物質(zhì)電廠用水系統(tǒng)一般含循環(huán)水系統(tǒng)、生活污水系統(tǒng)、工業(yè)消防水系統(tǒng)、鍋爐沖洗水及料場噴霧抑塵水系統(tǒng)等，與常規(guī)燃煤電廠相比，生物質(zhì)電廠沒有可消耗高鹽廢水的脫硫末端用水系統(tǒng)，增加了料場噴霧抑塵水系統(tǒng)，循環(huán)水排污水設(shè)計外排至城市污水處理廠處理。面對日益嚴(yán)格的國家和地方環(huán)保政策要求及緊迫的節(jié)水減排任務(wù)，開展生物質(zhì)電廠深度節(jié)水、廢水零排放技術(shù)和路線研究具有重要意義。

本文以廣東湛江2×50 MW生物質(zhì)發(fā)電項目為例，對機組的取水、排水、耗水等方面進行了研究分析，提出了技術(shù)工藝可靠、經(jīng)濟合理的改造方案，以滿足全廠深度節(jié)水和廢水零排放的改造要求。

1 電廠現(xiàn)狀

1.1 ? ?生物質(zhì)電廠概況

湛江生物質(zhì)電廠裝機容量為2×50 MW，配備2臺凝汽式汽輪機組和220 t/h的高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，是目前國內(nèi)單機容量最大的生物質(zhì)電廠。電廠生產(chǎn)生活水源為西溪河水、深井水和自來水，西溪河水經(jīng)過水泵房送至廠區(qū)內(nèi)一體化凈水站，經(jīng)沉淀、過濾、消毒處理后作為廠區(qū)工業(yè)用水、生活用水及消防用水，深井水以及自來水作為西溪河水的補充水源，補進工業(yè)消防水池以及生活水池。全廠水平衡現(xiàn)狀如圖1所示。西溪河水主要用于工業(yè)用水，深井水主要用于工業(yè)用水和鍋爐補給水處理系統(tǒng)，自來水作為生活用水補充水。取水處理后分別用于除鹽系統(tǒng)、工業(yè)水系統(tǒng)、生活消防水系統(tǒng)等，主要耗水包括鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)、風(fēng)吹損失等。

1.2 ? ?全廠用水、排水現(xiàn)狀

為摸清全廠取水、用水、耗水情況，對全廠水量進行了水平衡測試，根據(jù)測試結(jié)果對全廠取水、耗水、排水水量進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1所示。

各類主要廢、污水的來源及水量如表2所示。

1.3 ? ?全廠用排水存在的問題

全廠生產(chǎn)生活產(chǎn)生的廢水主要包括循環(huán)排污水、酸堿再生廢水、生活污水、含油污水處理系統(tǒng)出水等，現(xiàn)場取樣分析主要的廢水水質(zhì)結(jié)果如表3所示，主要存在問題如下：

（1）原水預(yù)處理系統(tǒng)中的離心脫水機出力達不到生產(chǎn)需求，部分污泥管道腐蝕堵塞，導(dǎo)致排泥水溢流。（2）鍋爐補給水系統(tǒng)中的酸堿再生廢水目前是外包處理，需要按照環(huán)保文件實現(xiàn)廢水零排放。（3）循環(huán)水排污水少量綜合利用外，其余大部分排放，但其水質(zhì)總磷超標(biāo)，不滿足排污許可要求，存在較大的環(huán)保隱患。（4）地埋式生活污水系統(tǒng)處理效率不佳，檢修不方便，廢水懸浮物較多且難以清理，部分出水水質(zhì)（氨氮、總P、懸浮物）不達標(biāo)，目前主要回用于全廠綠化。（5）料堆場產(chǎn)生的滲濾液未單獨收集處置，直接進入雨水管道，存在環(huán)保隱患。

2 改造技術(shù)路線

2.1 ? ?改造基本思路

按照總體規(guī)劃、分步實施的原則，首先開展深度節(jié)水工作，提高循環(huán)水循環(huán)倍率，大幅減少排污水量。其次進行廢水的有效收集和合理回用的節(jié)水改造，最終開展全廠廢水治理，保證各處理系統(tǒng)能夠滿足處理需求，達到全廠廢水零排放的目的。

2.2 ? ?深度節(jié)水試驗

目前生物質(zhì)電廠循環(huán)水循環(huán)倍率（K）保持在3～4倍，通過提高循環(huán)水循環(huán)倍率達到節(jié)水目的。考慮循環(huán)水對凝汽器端差和真空的影響，通過調(diào)整循環(huán)水循環(huán)倍率的節(jié)水試驗，確定安全的最高循環(huán)倍率，試驗結(jié)果如圖2所示。試驗結(jié)果顯示，隨著濃縮倍率的增加，對凝汽器的換熱效率是存在影響的，但未超出端差6～8 ℃的控制標(biāo)準(zhǔn)。由于凝汽器結(jié)垢是不可逆過程，結(jié)合其他電廠循環(huán)水運行經(jīng)驗，確定提高循環(huán)水循環(huán)倍率至5～6倍，從而可將循環(huán)水排污水量由68 t/h降至約30 t/h，達到大幅降低循環(huán)水排污水量的目的。

2.3 ? ?原水預(yù)處理系統(tǒng)

（1）更換污泥濃縮池進出水管道、腐蝕老化的刮泥機和潛水?dāng)嚢杵?，保證污泥濃縮池的正常投運。

（2）針對現(xiàn)有污泥脫水機出力無法滿足排泥水處理需求的現(xiàn)狀，新增一套污泥脫水機。

（3）改造管路，將污泥處理系統(tǒng)的脫泥水輸送至一體化預(yù)處理系統(tǒng)進行處理回用，去除其中的懸浮物，達到節(jié)水回用的目的。

2.4 ? ?鍋爐補給水處理系統(tǒng)

根據(jù)鍋爐補給水處理系統(tǒng)用排水現(xiàn)狀，該系統(tǒng)主要廢水為酸堿再生廢水，主要涉及管路改造，將酸堿再生廢水輸送至新建的循環(huán)水深度處理系統(tǒng)均質(zhì)池（60 m3），與循環(huán)排污水混合均質(zhì)后，輸送至循環(huán)水深度處理系統(tǒng)進行處理。循環(huán)水深度處理系統(tǒng)的反滲透系統(tǒng)淡水作為鍋爐補給水系統(tǒng)補水，可大大優(yōu)化鍋補水系統(tǒng)補水水質(zhì)，降低本系統(tǒng)再生頻次，減少酸堿廢水水量?？紤]到降低投資費用、處理成本以及綜合利用廢水處理系統(tǒng)，因此將少量的酸堿再生廢水與循環(huán)水排污水統(tǒng)一處理。

2.5 ? ?循環(huán)水處理系統(tǒng)

循環(huán)水深度處理系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

循環(huán)水深度處理系統(tǒng)調(diào)整濃縮倍率后處理水量為13 m3/h，考慮到設(shè)計余量及工程經(jīng)驗等因素，循環(huán)水排污水處理系統(tǒng)設(shè)計按照15 m3/h考慮，處理工藝為：氫氧化鈉+碳酸鈉軟化+多介質(zhì)過濾器+超濾+反滲透。兩級軟化部分設(shè)備采用高效澄清器，處理后的淡水作為鍋爐補給水系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)補水。反滲透濃水用于干灰干渣拌濕，具體改造方案如下：

（1）新增管路，將鍋爐補給水系統(tǒng)酸堿再生廢水和循環(huán)排污水輸送至新建的廢水緩沖池（60 m3）中混合均質(zhì)。

（2）通過污水泵將均質(zhì)池中的廢水輸送至新建循環(huán)水深度處理系統(tǒng)，對循環(huán)水排污水進行深度處理，經(jīng)過循環(huán)水深度處理系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)產(chǎn)生的RO淡水水質(zhì)較好，可輸送至鍋爐補給水系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)作為補水，一方面可優(yōu)化鍋爐補給水系統(tǒng)的水質(zhì)，大大降低系統(tǒng)再生頻次、酸堿再生廢水水量及加藥量，另一方面可優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)，保證循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，深度處理系統(tǒng)產(chǎn)生的RO濃水用于干灰干渣拌濕，反滲透膜化學(xué)清洗水輸送至廢水緩沖池進行處理。

（3）新建管路，將鍋爐定排水輸送至循環(huán)水系統(tǒng)中回用。

（4）新建管路，料場噴霧抑塵取用循環(huán)水排污水，既可以減少廢水末端治理系統(tǒng)投資和運維成本，又可以實現(xiàn)料場揚塵無組織排放治理。料場噴霧抑塵系統(tǒng)擬采用6個分區(qū)控制，每個分區(qū)依次間隔啟動噴霧，每個分區(qū)每次啟動1 h，每天啟動4次，按此測算，料場噴霧抑塵系統(tǒng)耗水量約為12 m3/h。

2.6 ? ?生活污水處理系統(tǒng)

生活污水處理系統(tǒng)工藝流程如圖4所示。

（1）增設(shè)格柵，對食堂生活污水進行初步過濾，去除其中較大的懸浮物。

（2）改造原生活污水處理系統(tǒng)，將電廠原有的地埋式生物接觸氧化處理系統(tǒng)更換為地上曝氣生物濾池（2×3 m3/h），保證生活污水的處理質(zhì)量，且在設(shè)備運行階段易于控制和檢修。

（3）改造管路，完善全廠綠化管網(wǎng)，將生活污水處理系統(tǒng)的出水除用于廠區(qū)綠化外，富余的出水可通過備用管路作為循環(huán)水系統(tǒng)補水。

2.7 ? ?其他系統(tǒng)

（1）在油罐區(qū)新建一個50 m3油水儲存池，用于收集油庫噴淋水，并增設(shè)循環(huán)噴淋泵以及管路，將收集的含油廢水循環(huán)噴淋利用。

（2）在油罐區(qū)油水儲存池新增另一管路，若循環(huán)噴淋水水質(zhì)變差或含油時，可通過該管路輸送至含油廢水處理系統(tǒng)進行處理，處理之后的水通過新建管路用于料場噴淋抑塵。

（3）新建500 m3的沖洗水收集池，按照兩級沉淀設(shè)計，中間設(shè)置溢流堰，分別作為沖洗水收集儲存池和清水池，底部設(shè)置刮泥機;考慮到?jīng)_洗水對水質(zhì)要求不高，利用循環(huán)水排污水作為沖洗水;同時，配置水泵及管路，通過抽取部分循環(huán)水排污水進行鍋爐管壁受熱面沖洗，并通過將沖洗水收集沉淀進行循環(huán)利用，達到節(jié)水減排目的。

3 結(jié)語

本文以廣東湛江2×50 MW生物質(zhì)發(fā)電項目為例，對機組取水、排水、耗水等方面進行了研究分析，提出了深度節(jié)水和廢水零排改造方案。首先，開展深度節(jié)水工作，提高循環(huán)水循環(huán)倍率，大幅減少給排水量;其次，將循環(huán)水排污水、化學(xué)酸堿廢水通過反滲透進行濃縮處理，減少高鹽廢水;最后，將少量的高鹽廢水進行反滲透縮減量后噴灰渣，實現(xiàn)全廠廢水零排放，廢水零排放改造后的水平衡圖如圖5所示。本文研究技術(shù)路線可靠，經(jīng)濟合理，滿足了生物質(zhì)電廠深度節(jié)水和廢水零排的改造要求，不對外排廢水，不污染外部環(huán)境，環(huán)境效益明顯，實施后全廠無廢水外排，徹底消除了環(huán)保隱患。

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收稿日期：2020-05-06

作者簡介：李定青（1988—），男，廣東梅州人，工程師，從事生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)管理、生物質(zhì)鍋爐高溫腐蝕研究、廢水綜合治理等研究工作。