【技术汇】燃煤电厂末端废水零排放工艺路线研究

【中国环保在线 技术前沿】以燃煤电厂末端废水为研究对象，提出高适应性零排放工艺路线，工艺路线可根据电厂自身情况进行选择，适用于任何类型的电厂。对现有的零排放工艺进行可行性和经济性等对比，确定提出的路线可以作为工程项目可行性的工艺方案。
燃煤电厂末端废水为高含盐量废水，主要包括：脱硫废水、酸碱再生废水、反渗透浓水、循环水排污水等，其含盐量高、结垢离子含量高，污染成分复杂，水质变化较大，因而，电厂废水零排放技术在我国应用推广面临的主要课题是如何有效解决末端高含盐废水的处理问题。
目前燃煤电厂高含盐废水的处理现状是：脱硫废水经过FGD废水系统处理后排放，酸碱再生废水和反渗透浓水直接排放，循环水排污水直接排放或者用做FGD工艺水或者通过膜法处理后回用。膜法和蒸发法虽然能实现“零排放”，但面临着系统复杂、稳定性和可靠性不足、投资及运行费用偏高等难题。
我国不同地区对环保要求不同，企业对于零排放系统成本的接收能力也不同，笔者针对不同类型电厂提出了一套实现燃煤电厂末端废水零排放的解决方案，可达到降低造价和投资运行成本的目的。
1 电厂废水零排放工艺
现有燃煤电厂废水零排放工艺主要有预处理—膜浓缩减量—多效蒸发、机械蒸汽再压缩蒸发结晶等技术。膜浓缩减量阶段常用的高压反渗透膜和蒸发器结晶，两种工艺投资和运行维护成本高，一般企业难以承受。
2 燃煤电厂废水零排放实施层次
废水零排放是一项系统工程，包含两个层次：
①采用节水工艺等措施提高用水效率，降低生产水耗，同时尽可能提高废水回用率，从而大限度利用水资源；
②采用的水处理技术，处理含盐废水，将无法利用的高盐废水浓缩为固体或浓缩液，不再以废水的形式外排到自然水体。“零排放技术”并非单项技术，而是一系列水处理技术的有机集成，应该形成一个综合的技术和工艺路线。
3 废水回用方案
火电厂废水回用的难度在于废水种类多，水量、水质差异大，对不同回用目标的水质要求也完全不同，因此宜采用分类处理、分类回用的方式。根据火电厂各工艺系统产生的废水水质大体可分为高含盐量和低含盐量两类。
◆◆3.1◆◆
低含盐量废水低含盐量废水主要包括生活污水、含油污水、预处理设备反洗水、锅炉排污水等。
目前，许多电厂都已将深度处理后的生活污水用作循环冷却系统的补充水，但生活污水安全地回用于电厂循环水系统重点要解决NH3-N和生物粘泥对循环水系统的影响。对此，以曝气生物滤池为代表的生物膜法生活污水处理工艺具有抗冲击负荷能力强的特点，出水水质能够满足电厂循环水补水水质要求，已逐渐推广开来。
经过简单的混凝澄清处理后的预处理设备反洗水及锅炉排污水可直接回用于循环水系统。
◆◆3.2◆◆
高含盐量废水高含盐量废水主要包括循环冷却排污水、渣系统溢流水、煤泥废水、化学再生废水、烟气脱硫废水等。
在各种高含盐量废水中，循环水系统的排污水量大，占全厂废水总量的70%以上(具体根据循环水浓缩倍率)。要想回用这部分废水(不包括作为除灰渣系统的补充水)，通常采用旁流弱酸软化处理或反渗透脱盐处理。循环水经旁流弱酸软化处理后，大部分悬浮物、碳酸盐硬度可被除去，产水可直接补人冷却塔水池；过滤器和弱酸阳床的反洗或再生水经过沉淀澄清处理后可作为烟气脱硫工艺用水或输煤除尘用水。反渗透产水含盐量较低，可以作为循环水系统和化学锅炉补给水处理系统的补充水；反渗透浓水可以用于对水质要求较低的末端消耗水系统，如烟气脱硫工艺用水、渣系统炉底密封冷却水、输煤除尘等。
循环水旁流弱酸软化处理系统与反渗透脱盐处理系统比较：前者的优点是固定投资相对较低，缺点是只去除了循环水中的碳酸盐硬度、再生消耗酸需设置复杂的酸再生设施、占地面积大、产生易析出硫酸钙等难溶物质的再生废水；反渗透脱盐处理系统的优点是基本将循环水中的盐量全部脱除，可较大改善循环水水质，占地面积较小，缺点是固定投资相对较高。
灰渣系统溢流水、煤泥废水经过混凝澄清处理后可回用至原用水系统，达到循环利用。末端废水即经过多级工艺梯级使用后产生的废水，如烟气脱硫废水，很难再利用，其大多数指标已超过排放标准，直接排放对水体环境破坏极大，需要进一步处理，以实现废水零排放。
4 高适应性燃煤电厂末端废水零排放工艺路线
4.1 简化膜浓缩废水零排放路线
简化膜浓缩零排放工艺路线：预处理+膜浓缩，预处理采用双碱软化法和TMF固液分离膜，然后经过浓缩减量处理后，将浓缩十多倍后的浓盐水送至捞渣机或用于灰场干灰拌湿。膜浓缩段可根据业主对浓缩倍率的需求选择：卷式高压膜、电驱离子膜、膜蒸馏技术。根据电厂需求和水质不同，上述膜工艺可以并联使用，也可以串联或单独使用。此路线突出特点是造价便宜，以卷式高压膜为例，造价比普遍采用的碟管式高压反渗透膜(DTRO)降低了45%，该工艺技术既达到了水资源回收、废水零排放的目的，又大大节省了设备造价。适用于当地环保要求不严格，预算不多的电厂。
4.2 蒸发结晶全膜法废水零排放路线
◆◆4.2.1◆◆
蒸发结晶全膜法废水零排放路线。预处理(+分盐)+膜浓缩+蒸发结晶(MVR)，预处理和膜浓缩与2.1节工艺相同。当电厂除渣系统和粉煤灰系统无法消纳浓盐水时，可将经过膜浓缩后的浓盐水进行蒸发结晶，结晶后的杂盐根据现场情况拌入干灰或交于专业处理公司进行处置。或在膜浓缩段前增加纳滤膜，对浓盐水中的一价盐、二价盐进行分离，终结晶干燥的产物是达到工业二级盐标准的工业盐，NaCl含量>98%，实现了水、盐的多种资源回收再利用。适用于当地环保要求严格，不允许有任何形式污染物外排的电厂，尤其是周围有工业盐用户的电厂。以国电某电厂为例，电厂末端综合废水经过蒸发结晶全膜法工艺路线处理后，主要处理指标，见表1。

表1 主要性能指标
◆◆4.2.2◆◆
蒸发结晶全膜法工艺路线与烟气余热利用工艺路线比选。烟气余热利用废水零排放是近来比较热的技术，经常拿来跟蒸发结晶式零排放工艺相提并论，但它不能实现水资源和盐资源的回收和再利用。2种工艺路线比较结果，见表2。

表2 2种工艺比较结果
4.3 电解制氯废水零排放路线
电解制氯废水零排放技术路线：预处理+分盐+膜浓缩+电解制氯，预处理和膜浓缩与2.1节工艺相同。采用开式冷却水系统的电厂往往要向循环水系统中加大量杀菌灭藻剂—次氯酸钠，这种电厂在选择废水零排放工艺时，可以考虑采用电解制氯废水零排放技术：经过预处理软化的废水，通过纳滤分盐或膜浓缩后的浓盐水中氯化钠含量较高，采用电解方法提取水中的氯根，制成次氯酸钠，可用于开式循环冷却水的消毒剂，或可因地制宜进入市场化销售。该项技术不仅系统造价低，还可达到脱硫废水的资源化利用，实现零排放的循环经济模式。适用于沿海、沿江、开式循环冷却系统的电厂。
5 结论与建议
高适应性燃煤电厂末端废水零排放工艺路线，主要分为：预处理段+浓缩段+浓盐水处理段。可根据电厂需求和水质不同，进行选择。简化膜法工艺路线适用于当地环保要求不严格，预算不多的电厂。蒸发结晶全膜法工艺路线适用于当地环保要求严格，不允许有任何形式污染物外排的电厂，尤其是周围有工业盐用户的电厂。电解制氯废水零排放路线适用于沿海、沿江、开式循环冷却系统的电厂。
这3种电厂末端废水零排放工业路线，可因地制宜，涵盖了所有类型的燃煤电厂，提供了工程依据。
本文作者系陈雪、陈文婷、李向南、赵焰、徐志清、腾东玉、杨东
原标题：【技术汇】燃煤电厂末端废水零排放工艺路线研究