水資源危機(jī)是當(dāng)今世界面臨的重要問(wèn)題，水資源的嚴(yán)重匱乏已經(jīng)成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。近年國(guó)家環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，部分地區(qū)環(huán)保要求火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)廢水零排放，并且新建電廠將不預(yù)留排污口。火電廠廢水零排放要求對(duì)不同環(huán)節(jié)、不同工況的廢水的進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化利用；利用先進(jìn)的水處理技術(shù)，實(shí)施廢水處理后回用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)火電廠廢水零排放，這將是發(fā)電企業(yè)節(jié)約水資源、降低環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。
國(guó)際上針對(duì)廢水零排放技術(shù)，自上世紀(jì)70年代開始研發(fā)應(yīng)用，主要核心工藝為高含鹽廢水的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，以美國(guó)GE、aquatech、J&Y等公司為代表。
國(guó)內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)廢水零排放的電廠只有2家：1）河源電廠機(jī)組容量2*600MW機(jī)組，系國(guó)內(nèi)第一家。零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理水量為22m3/h,其中預(yù)處理系統(tǒng)投資2000萬(wàn)元，蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)投資7000萬(wàn)元。蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)采用四效蒸發(fā)技術(shù)+結(jié)晶系統(tǒng)。2）三水恒益電廠機(jī)組容量2*600MW。零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理水量為22m3/h，無(wú)預(yù)處理系統(tǒng)，蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)投資為4600萬(wàn)元（不含土建、安裝費(fèi)用），技術(shù)來(lái)自美國(guó)J&Y公司，采用2級(jí)臥式機(jī)械蒸汽壓縮蒸發(fā)技術(shù)+2級(jí)臥式多效蒸發(fā)技術(shù)工藝。
由國(guó)內(nèi)的應(yīng)用案例可以知，實(shí)施火電廠廢水零排放工藝末端廢水量較少，機(jī)組容量2*600MW末端廢水總量22m3/h左右；末端高鹽廢水設(shè)備投資費(fèi)用較高300~400萬(wàn)元/t，正常運(yùn)行費(fèi)用較高100元/噸。因此，火電廠實(shí)施廢水零排放有很大的經(jīng)濟(jì)壓力，要求在技術(shù)領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)效益上有新的突破。
以某火電廠2*1GW機(jī)組情況為例。電廠廢水無(wú)排污許可，環(huán)評(píng)批復(fù)為零排放。
1 零排放方案選擇
該火電廠總廢水量245m3/h。化學(xué)水處理水源由循環(huán)水排污水供給（120m3/h），脫硫廢水水源由循環(huán)水排污水和廢水處理后回用水供給（240m3/h），化學(xué)再生后酸堿水調(diào)整合格后供撈渣系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)，水塔為開式循環(huán)冷卻水塔，含煤廢水和生活污水處理后回用。
在實(shí)現(xiàn)廢水零排放項(xiàng)目中有2個(gè)難點(diǎn)：
1）循環(huán)水排污水（水質(zhì)分析見(jiàn)表1）。
排污水量大，正常情況下排水量在600m3/h左右，去除化學(xué)回用、工業(yè)回用和脫硫等系統(tǒng)回用，還有220m3/h無(wú)法回用，溶解性固體（TDS）質(zhì)量濃度1.5~3g/L，直接進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶處理時(shí)，設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差，投資成本巨大。故需要增加循環(huán)水旁路處理設(shè)備，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行除鹽處理后回用至循環(huán)水，提高循環(huán)水濃縮倍率，降低循環(huán)水排污量和補(bǔ)水量。
2）脫硫廢水。水量25t/h，pH為6~9,COD為90mg/L。TDS的質(zhì)量濃度高達(dá)25~40g/L，不能回用。通過(guò)水質(zhì)分析（見(jiàn)表2）可知，水質(zhì)中鈣、鎂、氟等離子處于過(guò)飽和狀態(tài)，具有嚴(yán)重的結(jié)垢傾向，同時(shí)水中還含有大量重金屬。處理過(guò)程中要先經(jīng)過(guò)深度軟化，然后進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，凈水進(jìn)行回用，固體鹽分外運(yùn)。
2循環(huán)水處理方案
循環(huán)水排污水量大，且火電廠內(nèi)無(wú)法全部消耗，因此，為實(shí)現(xiàn)廢水零排放必須提高濃縮倍率，降低循環(huán)水的排放量，并增設(shè)旁路處理裝置，將循環(huán)水排污水進(jìn)行除鹽處理然后補(bǔ)充回循環(huán)水，同時(shí)旁路裝置產(chǎn)生的濃水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶裝置進(jìn)行處理。
循環(huán)水旁路處理工藝流程見(jiàn)圖1。
1）石灰澄清加過(guò)濾處理系統(tǒng)。通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)，可去除大部分的碳酸鹽堿度，有機(jī)物可去除25%左右，硅化物去除30%~50%，降低TDS的含量。循環(huán)水排污水中含有大量的有機(jī)物和膠體物質(zhì)。處理過(guò)程投加大量絮凝劑后，通過(guò)石灰加藥澄清池后可以去除大部分懸浮物，為后續(xù)多級(jí)多介質(zhì)過(guò)濾器和超濾分擔(dān)壓力。
2）低壓反滲透處理系統(tǒng)。超濾+反滲透雙膜技術(shù)在處理循環(huán)水排污水領(lǐng)域有很多應(yīng)用實(shí)例。但聚合氯化鋁（PAC）投加量將非常大（正常原水的30~40倍），原因主要是循環(huán)水中投加了大量的有機(jī)高分子緩蝕阻垢劑，使?jié)饪s后的循環(huán)水排污水的水質(zhì)呈穩(wěn)定狀態(tài)，從而抑制了后續(xù)投加PAC的絮凝效果。
3）高壓反滲透系統(tǒng)。低壓反滲透淡水回收入循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)，濃水進(jìn)入高壓反滲透系統(tǒng)，通過(guò)高壓發(fā)滲透系統(tǒng)將濃水進(jìn)一步除鹽，淡水同樣回收入循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)，濃水濃縮到TDS的質(zhì)量濃度80g/L，濃水水量由原來(lái)的220m3/h降至5~7m3/h,輸送到脫硫廢水處理系統(tǒng)的濃縮單元。
3脫硫廢水處理方案
通常，脫硫廢水處理系統(tǒng)采用中和+絮凝+沉降+澄清等常規(guī)處理工藝，以降低脫硫廢水的濁度、重金屬和部分硬度，但廢水的含鹽量沒(méi)有明顯降低，處理后無(wú)法回用，排放后對(duì)生態(tài)影響較大。
脫硫廢水零排放系統(tǒng)主要包括4個(gè)處理單元，即脫硫廢水預(yù)處理單元、鹽水濃縮單元、結(jié)晶單元和固體廢棄物處置，其工藝流程見(jiàn)圖2
1）預(yù)處理單元。采用石灰處理+混凝澄清+碳酸鈉軟化+混凝澄清工藝，為、級(jí)澄清充分軟化處理工藝，在實(shí)現(xiàn)常規(guī)處理的目標(biāo)的同時(shí)，最大限度的去除水中的Ca2+、Mg2+、SO42-、F-硅等結(jié)垢因子和重金屬，出水水質(zhì)基本消除了結(jié)垢傾向。由于采用深度預(yù)處理，在前期水處理藥劑投加量較大，同時(shí)產(chǎn)出大量污泥，故還需增加污泥濃縮系統(tǒng)。
2）鹽濃縮單元。脫硫廢水通過(guò)蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮后，濃鹽水TDS的質(zhì)量濃度上升到200~250g/L。濃縮后進(jìn)入結(jié)晶系統(tǒng)，進(jìn)一步濃縮到TDS的質(zhì)量濃度為350~600g/L，得到結(jié)晶鹽。
目前在高TDS含量廢水濃縮技術(shù)有：多效蒸發(fā)技術(shù)（MED）、降膜機(jī)械蒸汽壓縮蒸發(fā)技術(shù)（MVC）和正滲透技術(shù)（MBC）等。由于在前期深度預(yù)處理后，以上技術(shù)均可滿足系統(tǒng)運(yùn)行，故選擇時(shí)主要考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。幾種主流技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見(jiàn)表3。
高含鹽廢水的整個(gè)處理系統(tǒng)中，每增加1t廢水設(shè)備投資費(fèi)用將增加300萬(wàn)元左右。脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)為高含鹽廢水處理過(guò)程的主要耗能系統(tǒng)，為了降低投資成本和運(yùn)行成本，在廢水進(jìn)入蒸發(fā)器濃縮前進(jìn)入高壓反滲透（DTRO）預(yù)濃縮系統(tǒng)，將脫硫廢水TDS的質(zhì)量濃度25~40g/L預(yù)濃縮到80~100g/L，降低進(jìn)入蒸發(fā)器系統(tǒng)水量，提高運(yùn)行效率。煙臺(tái)金正環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的DTRO膜在電廠脫硫廢水處理領(lǐng)域已有多個(gè)成功案例。
3）鹽結(jié)晶單元。結(jié)晶可采用多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，強(qiáng)制循環(huán)機(jī)械蒸汽壓縮蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)；在無(wú)占地限制區(qū)域也可采用自然晾曬結(jié)晶。脫硫廢水結(jié)晶系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見(jiàn)表3。
如果脫硫廢水采用深度預(yù)處理，則可獲得品質(zhì)優(yōu)良的工業(yè)鹽，主要成分為NaCl，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%~80%。其它成份為KCl、Na2SO4、K2SO4；如果脫硫廢水采用常規(guī)處理，則所得混合鹽成分復(fù)雜，其中CaSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%~50%。
4）固體廢棄物處置。固體廢棄物主要包括來(lái)自廢水預(yù)處理系統(tǒng)的污泥和結(jié)晶單元產(chǎn)生的結(jié)晶鹽。預(yù)處理系統(tǒng)的污泥處置可以拋棄到灰場(chǎng)或送至垃圾填埋場(chǎng)處置。采用常規(guī)處理系統(tǒng)的結(jié)晶鹽為黃色，含有有毒有害的重金屬化合物，必須作為危險(xiǎn)固體廢棄物送專業(yè)的固廢處理中心處置，處理成本200~300元/t；采用充分軟化的深度預(yù)處理，結(jié)晶鹽為白色，品質(zhì)較好，可作為工業(yè)鹽銷售，售價(jià)約為40元/t。
4結(jié)論
針對(duì)目前火力發(fā)電廠運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)廢水零排放需要提高循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍率、增設(shè)循環(huán)水旁路處理設(shè)備，同時(shí)在末端的脫硫廢水需要增設(shè)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。
循環(huán)水排污水量220m3/h，處理前TDS的質(zhì)量濃度2~3g/L，經(jīng)過(guò)旁路處理裝置處理后，淡水100%回收至循環(huán)水系統(tǒng)回用，濃水量由原來(lái)的220m3/h降至5~7m3/h，TDS的質(zhì)量濃度80g/L,進(jìn)入脫硫廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，降低蒸發(fā)結(jié)晶運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)廢水零排放。
脫硫廢水系統(tǒng)在預(yù)處理中選擇石灰澄清加碳酸鈉澄清的2級(jí)軟化處理，進(jìn)行了鹽純化，為續(xù)的濃縮結(jié)晶系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)，結(jié)晶后的產(chǎn)品鹽純度得到提升，由廢固轉(zhuǎn)為可銷售的工業(yè)鹽。與以往常規(guī)蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)比較，加入預(yù)濃縮設(shè)備DTRO，將進(jìn)入蒸發(fā)器水TDS的質(zhì)量濃度由25~40g/L預(yù)濃縮到80~100g/L,使蒸發(fā)器的進(jìn)水量由原來(lái)來(lái)水25m3/h降至10m3/h左右，降低60以上，節(jié)約了運(yùn)行成本。