燃煤電廠高鹽廢水零排放處理技術(shù)淺析

王啟棟，譚 云，馮 奇

(1.城發(fā)水務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000；2.信通院(同南)信息科技有限公司，河南 鄭州 450000)

燃煤電廠作為用水、排水大戶，其用水占工業(yè)用水量的30%～40%。隨著國家《節(jié)約能源法》《環(huán)境保護法》《水污染防治行動計劃》以及《“十四五”節(jié)水型社會建設(shè)規(guī)劃》等法規(guī)的逐步實施，國家對火電企業(yè)用水、排水的水量和水質(zhì)要求亦日趨嚴(yán)格，實施燃煤電廠廢水“零排放”已是新環(huán)保政策形勢下的題中之義。

廢水零排放工程處理規(guī)模決定了其投資及運行成本[1]，因此，實現(xiàn)全廠廢水的梯級利用，節(jié)約耗水量，減少末端高鹽廢水零排放處理規(guī)模對廢水零排放工程的建設(shè)至關(guān)重要，已成為燃煤電廠廢水零排放處理的重中之重。

本文結(jié)合燃煤電廠廢水常規(guī)處理方法及梯級利用方式，分析燃煤電廠廢水零排放的難點，在相關(guān)資料、文獻的基礎(chǔ)上，提出燃煤電廠廢水零排放技術(shù)路線，介紹目前燃煤電廠廢水零排放處理技術(shù)的分類及特點，并對已工程應(yīng)用的6種廢水零排放工藝進行比較，以期為燃煤電廠廢水零排放處理工藝選擇提供借鑒。

1 燃煤電廠廢水處理及梯級利用

燃煤電廠作為排水大戶，其生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水有工業(yè)廢水、含煤廢水、脫硫廢水、循環(huán)水排污水、含油廢水、生活污水等[2]，廢水的常規(guī)處理方法及梯級利用情況見表1。

由表1可知：脫硫廢水具有強腐蝕性，氯離子濃度高，回用路徑受限，經(jīng)三聯(lián)箱工藝處理后，可用作鍋爐濕式除渣槽補水[5]，但回用量較少。隨著干式除渣的大力推廣[6]，脫硫廢水回用難上加難，作為燃煤電廠末端高鹽廢水，是廢水零排放的主要處理對象和難點。循環(huán)水排污水水量較大，約占全廠廢水量的65%[7]，經(jīng)軟化、脫鹽處理后，低鹽水用作循環(huán)水補水，含鹽濃水用作脫硫系統(tǒng)補水，但其含鹽量高，大量回用將會導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生較多的脫硫廢水[8]，從而增加全廠廢水零排放的難度。因此，無法回用的含鹽濃水亦是電廠末端高鹽廢水的重要組成和廢水零排放的難點。

2 燃煤電廠廢水零排放技術(shù)

燃煤電廠廢水梯級利用是廢水零排放的核心，經(jīng)梯級利用后的末端高鹽廢水是廢水零排放的主要對象，其成分復(fù)雜、硬度高、鹽分高、CL-含量高。實現(xiàn)該類廢水的回用，必須去除廢水中的硬度、CL-，防止回用設(shè)備發(fā)生結(jié)垢、腐蝕。一般采用除濁軟化、濃縮減量、固化處理的工藝流程。

表1 燃煤電廠廢水常規(guī)處理方法及梯級利用情況

2.1 末端高鹽廢水除濁軟化

末端高鹽廢水除濁軟化主要去除廢水中的懸浮物、暫時硬度、永久硬度、F-、硅等易結(jié)垢物質(zhì)。常用的處理技術(shù)有化學(xué)沉淀軟化、離子交換、鈉濾膜處理，結(jié)合實際應(yīng)用效果以及軟化處理成本，一般采用化學(xué)沉淀軟化處理[9]，使用的藥劑有氫氧化鈉、碳酸鈉、石灰、絮凝劑、助凝劑等。

某電廠采用“三級預(yù)處理”工藝對末端高鹽廢水進行除濁軟化，一級反應(yīng)中投加氫氧化鈣，提高廢水pH值、去除F-、暫時硬度、硅；二級反應(yīng)中投加氫氧化鈉、絮凝劑，主要去除Mg2+；三級反應(yīng)中投加碳酸鈉、助凝劑，進一步去除廢水中的Ca2+、懸浮物。工藝流程見圖1。

圖1 某電廠高鹽廢水零排放工藝流程

研究發(fā)現(xiàn)[10]氫氧化鈣-氫氧化鈉-碳酸鈉軟化、氫氧化鈣-碳酸鈉軟化、氫氧化鈉-碳酸鈉軟化均可實現(xiàn)對末端高鹽廢水的除濁軟化處理，其中氫氧化鈣-氫氧化鈉-碳酸鈉軟化工藝產(chǎn)泥量適中、硬度去除效率高、運行成本低，產(chǎn)生的少量污泥可作為脫硫塔吸收液綜合利用[11]。

末端高鹽廢水除濁軟化工藝對比見表2。

表2 末端高鹽廢水除濁軟化工藝對比

2.2 末端高鹽廢水濃縮減量

末端高鹽廢水經(jīng)除濁軟化后，水質(zhì)得到較大改善，但為降低固化處理工藝段的投資及運行成本，需進一步提高廢水的含鹽量，實現(xiàn)廢水濃縮。主要技術(shù)有膜濃縮和熱法濃縮[12]。

2.2.1膜濃縮

濃縮技術(shù)主要有電滲析、反滲透、正滲透，其中電滲析是較成熟的膜分離技術(shù)，主要用于苦咸水淡化、電廠鍋爐補給水處理以及純凈水生產(chǎn)，在廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用較少；反滲透技術(shù)在廢水處理行業(yè)應(yīng)用廣泛，主要有DTRO、HERO、SWRO三種技術(shù)；正滲透技術(shù)在廢水處理行業(yè)應(yīng)用較少，華能長興電廠[13]利用“兩級反滲透+正滲透”技術(shù)將反滲透濃水含鹽量濃縮至200 mg/L左右。

2.2.2熱法濃縮

熱法濃縮利用熱源以熱交換方式，使廢水中水分汽化，實現(xiàn)廢水濃縮。常用熱源有熱蒸汽、高溫?zé)煔?、汽輪機乏汽等，應(yīng)用的技術(shù)主要有多效強制循環(huán)蒸發(fā)(MED)濃縮、煙氣旁路蒸發(fā)濃縮、低溫蒸發(fā)濃縮等。

河源電廠[14]采用“四效蒸發(fā)”技術(shù)對脫硫廢水進行濃縮，蒸汽冷凝水回用于循環(huán)水補水。山東聊城信源電廠采用“煙氣旁路蒸發(fā)濃縮”技術(shù)，利用除塵器后引風(fēng)機處的煙氣余熱對脫硫廢水進行蒸發(fā)濃縮，冷端脫硫廢水在濃縮塔中與煙氣直接接觸，廢水在濃縮單元中經(jīng)過多次循環(huán)后，部分化合物濃度達到溶度積飽和狀態(tài)，濃縮倍率可達8倍以上[15]。天津楊柳青電廠[16]采用“低溫蒸發(fā)濃縮”技術(shù)，利用汽輪機乏汽，在負壓低溫條件下對反滲透濃水進行濃縮處理，濃縮倍率可達6倍以上。

末端高鹽廢水濃縮減量技術(shù)對比見表3。

表3 末端高鹽廢水濃縮減量技術(shù)對比

2.3 末端高鹽廢水固化處理

濃縮減量后的高鹽廢水固化處理技術(shù)主要有煙道蒸發(fā)和蒸發(fā)結(jié)晶兩種，其中煙道蒸發(fā)技術(shù)分為主煙道蒸發(fā)和旁路煙道蒸發(fā)，蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)有多效蒸發(fā)結(jié)晶和機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶。

2.3.1煙道蒸發(fā)

末端高鹽廢水經(jīng)廢水泵輸送至空預(yù)器后的煙道，利用霧化噴嘴將廢水霧化后在煙道內(nèi)蒸發(fā)，廢水中的雜質(zhì)與飛灰一起隨煙氣進入除塵設(shè)備，形成顆粒物被捕捉下來進入飛灰中[17]，實現(xiàn)鹽、水分離，達到零排放目的。如圖2所示。

圖2 煙道蒸發(fā)技術(shù)示意圖

2.3.2旁路煙道蒸發(fā)

旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)[18]與煙道蒸發(fā)技術(shù)熱源的引接位置一致，但廢水蒸發(fā)塔獨立設(shè)置，經(jīng)霧化后的廢水在旁路蒸發(fā)塔內(nèi)瞬間蒸發(fā)形成干燥顆粒物，并進入飛灰中，實現(xiàn)廢水零排放。

2.3.3多效蒸發(fā)結(jié)晶

多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)[19]利用熱蒸汽為熱源，其系統(tǒng)由多個相互串聯(lián)的蒸發(fā)器組成，前級產(chǎn)生的二次蒸汽作為下一級的熱源，通過熱源的逐級利用，實現(xiàn)廢水的蒸發(fā)結(jié)晶。

2.3.4機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶

機械蒸汽再壓縮系統(tǒng)利用壓縮機將換熱后的蒸汽升溫、升壓力，重新作為熱源進行熱交換，該技術(shù)可充分利用二次蒸汽的潛熱，減少熱蒸汽消耗，但需要消耗電能。

末端高鹽廢水固化處理技術(shù)對比見表4。

3 燃煤電廠廢水零排放處理工藝對比分析

目前，燃煤電廠廢水零排放技術(shù)已日趨成熟，本文統(tǒng)計了6種應(yīng)用較廣的廢水零排放處理工藝，并從投資、運行成本、結(jié)晶鹽種類等方面進行對比分析。

4 結(jié)論

隨著各項環(huán)保法規(guī)的頒布實施，國家對火力發(fā)電企業(yè)用水、排水的水質(zhì)、水量要求日益嚴(yán)格，實現(xiàn)全廠廢水零排放已迫在眉睫，做好燃煤電廠全廠的水平衡規(guī)劃，通過梯級利用方式節(jié)約用水，減少末端高鹽廢水產(chǎn)生量是廢水零排放的首要任務(wù)。末端高鹽廢水零排放技術(shù)路線的確定應(yīng)充分結(jié)合電廠實際情況，“一廠一策”，在節(jié)省投資的同時，保障工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

表4 末端高鹽廢水固化處理技術(shù)對比

表5 廢水零排放處理工藝對比