我國水資源日益緊缺，火電廠作為用水大戶，其用排水深受國家重視。國內(nèi)火電廠已采取深度節(jié)水措施，相關(guān)政策的出臺表明火電廠廢水零排放將成為主流趨勢。但目前電廠水污染防治技術(shù)尚存在許多問題，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，而且會污染江、海等水環(huán)境，環(huán)保風險較高。
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，提出水污染防治過程中存在的共性問題，結(jié)合實際情況，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
通過統(tǒng)計，得到了4家典型直流冷卻型火電廠的裝機容量、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)計規(guī)范》和Q/DG1-S002—2009《火力發(fā)電廠水務(wù)管理設(shè)計導則》的要求，全廠外排水率分別高達31%和43%。外排水率越高說明節(jié)水潛力越大。
二、主要用水系統(tǒng)用排水現(xiàn)狀及問題
2.1 化學除鹽水系統(tǒng)
化學除鹽水系統(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，化學再生廢水和精處理再生廢水的水質(zhì)最為復雜，陰、陽樹脂再生過程中會產(chǎn)生不同種類的污染物：陽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)量濃度受再生過程影響波動較大，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，火電廠鍋爐補給水的化學除鹽處理工藝的選擇取決于水源水質(zhì)。對于水源水質(zhì)相對較好的A廠和D廠，采用“過濾→陽床→陰床→混床”工藝，B廠采用了水質(zhì)相對較差的長江下游水作為水源，需要選用“過濾→RO→陽床→陰床→混床”或“UF→RO→EDI”全膜法工藝。
反滲透裝置的設(shè)計回收率基本為75%左右，大多電廠的過濾設(shè)備自用水未回收，因此有RO裝置的補給水處理系統(tǒng)自用水率在30%左右，無RO裝置的補給水處理系統(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再生廢水水質(zhì)類似，一般通過工業(yè)廢水處理站或化學廢水處理系統(tǒng)進行集中處理，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噴淋，如A廠和B廠。
電廠現(xiàn)有化學除鹽水系統(tǒng)普遍存在以下問題。
(1)RO裝置設(shè)計回收率通?！?5%，部分電廠在實際運行過程中未及時調(diào)整RO回收率，使其低于設(shè)計值，造成化學除鹽水系統(tǒng)產(chǎn)水量降低、用水量增大。
(2)部分電廠化學除鹽水系統(tǒng)設(shè)備自用水率較較高、水質(zhì)較好的過濾設(shè)備自用水未被回用，造成水資源浪費，沿江、沿海地區(qū)電廠因來水水質(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)水補入其他系統(tǒng)。
(3)鍋爐補給水和精處理系統(tǒng)陽樹脂常用鹽酸再生，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，必須對其進行單獨處理。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。該工藝通過在不同分區(qū)分別加入石灰、有機硫、凝聚劑和助凝劑，來完成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。
脫硫廢水處理系統(tǒng)普遍存在以下問題。
(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設(shè)計，實際運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際外排水量大于脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計值，導致脫硫廢水處理系統(tǒng)出力不足、處理效果差、運行故障多，造成很多電廠的脫硫廢水處理系統(tǒng)需要擴容改造。
(2)部分電廠脫硫島漿液系統(tǒng)廢水排放點設(shè)置在真空石膏皮帶機后。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)置預沉池，高含固率的脫硫廢水直接進入三聯(lián)箱系統(tǒng)會造成三聯(lián)箱系統(tǒng)攪拌機扭矩過大，容易燒毀攪拌電機，使運行故障頻發(fā)，設(shè)備維護壓力大。
(4)部分電廠的三聯(lián)箱加藥點設(shè)置不合理。如助凝劑加藥點設(shè)置在絮凝箱末端會導致助凝劑還沒有充分混合就進入澄清池，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會增大污泥壓濾脫水機負擔，增加其故障頻率。
(5)現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，約20%的脫硫廢水處理系統(tǒng)處于長期停運狀態(tài)，配套設(shè)備存在問題較多，已無法正常運轉(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、化學需氧量(COD)等含量均較高，若直接排放，存在較高的環(huán)保風險。
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。干灰可外銷或綜合利用，銷售不佳時可儲存于灰場。多數(shù)電廠采用脫硫廢水、循環(huán)水及化學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進行濕除渣。電廠現(xiàn)有灰渣系統(tǒng)普遍存在以下問題。
(1)濕除渣系統(tǒng)為確保爐底冷卻溫度不高于60℃，通常采用大量補水進行冷卻，但由于消耗水量較少，會產(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。
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)生揚塵，而定時對輸煤棧橋、轉(zhuǎn)運站、煤倉間等部位進行噴灑產(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)不完善的問題，易導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，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題。DL/T5046—2018《發(fā)電廠廢水治理設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，需收集露天煤場1h初期雨水。
生活污水主要來自廠區(qū)各建筑生活用水。生活污水量隨時間、季節(jié)變化較大，火電廠生活污水水質(zhì)特點是有機物、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分散、輸送距離長，易造成輸送管道堵塞、處理裝置區(qū)域分散、設(shè)備運行維護難度和投資較高等問題。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)問題。
直流冷卻型機組大多采用河水為水源，通過預處理系統(tǒng)進行混凝澄清處理。在對原水進行預處理的同時也產(chǎn)生了大量的含泥污水。這部分的污水主要來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，不但嚴重污染水體，而且浪費了大量的水資源。4家電廠含泥污水均回用，其中A廠和B廠的含泥污水進入工業(yè)廢水處理站。污泥常用脫水設(shè)備有離心脫水機、疊螺機和板框壓濾機等。原水預處理污泥和工業(yè)廢水處理站污泥可采用離心脫水機和疊螺污泥脫水機。
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)容是對水資源和廢水資源進行合理的利用和調(diào)配，增加水的梯級使用級數(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。上述情況都是對新鮮水和廢水資源的浪費。
在制定廢水回用方案之前，火電廠首先應(yīng)委托經(jīng)驗豐富的單位對全廠用水系統(tǒng)水量進行水量測試，通過全廠水平衡試驗查清全廠的用排水狀況，并根據(jù)電廠的實際情況，對各水系統(tǒng)的用排水及水處理系統(tǒng)進行優(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)
在不影響機組安全、經(jīng)濟運行的前提下，盡量減少外排廢水量，提高廢水回收利用率。提高鍋爐補給水處理系統(tǒng)水的回收率提高化學水處理系統(tǒng)回收率的措施主要有：優(yōu)化預處理工藝，提高進水水質(zhì)，過濾器和超濾反洗水進行回用，減少膜清洗頻次，延長膜清洗周期，降低自用水率，同時優(yōu)化膜系統(tǒng)運行參數(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，不同回用目標對水質(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，擬回用系統(tǒng)對水質(zhì)的要求，需選擇適宜的廢水處理工藝對廢水進行分類回收、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)廢水的梯級回用。根據(jù)廢水水質(zhì)特點，將不用處理或經(jīng)簡單處理的廢水梯級回用至對水質(zhì)要求不高的系統(tǒng)，如可將化學廢水(主要指過濾器反洗水、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)特點進行分段回收等。含油廢水應(yīng)設(shè)置獨立的收集、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，同時可降低廢水處理的投資及運行費用。
(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)過適當處理后在本系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，如將含煤廢水經(jīng)過混凝、澄清處理后，再次作為輸煤系統(tǒng)沖洗用水，實現(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)，可通過設(shè)置撈渣機槽體內(nèi)閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)，實現(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行固化，固化的鹽分進入灰中。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)垢堵塞煙道的問題。單臺300，600，1000MW等級機組，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，旁路煙氣干燥工藝使用空氣預熱器前高溫煙氣，降低鍋爐效率，增加發(fā)電煤耗。對于直流冷卻型機組水源水質(zhì)較好，機組脫硫廢水水量少，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200萬~300萬元/t。為了降低整體投資，一般先濃縮減量，降低進入結(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-碳酸鈉等進行軟化預處理，去除廢水中的硅、鈣、鎂等致垢離子。末端廢水水質(zhì)波動大，而膜法濃縮工藝對軟化預處理工藝出水水質(zhì)要求非常高，膜法濃縮的重點、難點是如何保障軟化預處理系統(tǒng)出水穩(wěn)定達到設(shè)計要求。
因此，末端廢水處理工藝選擇上應(yīng)堅持科學性和安全可靠性，為了確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，并確保不影響電廠灰或結(jié)晶鹽的綜合利用，需要通過模擬試驗論證選定工藝的可行性。
3.3 改造效果
對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
通過對4家沿江、沿海直流冷卻型火電廠用/排水現(xiàn)狀進行分析，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)、原水預處理系統(tǒng)等主要用水系統(tǒng)的水質(zhì)特點，逐一優(yōu)化用水流程，開展節(jié)水技術(shù)，并將工業(yè)廢水處理后梯級回用于各個系統(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)定運行和不影響灰的綜合利用等因素，選擇最佳工藝。( >
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