火電廠廢水達標排放治理現狀與解決方案
近年我國越來越重視水環境保護：2013 年印發了《關于加快推進水生態文明建設工作的意見》;2015 年施行了新的《中華人民共和國環境保護法》，頒布《水污染防治行動計劃》(即“水十條”)，修訂了《取水許可管理辦法》;2016 年印發了《控制污染物排放許可制實施方案》(即排污許可證制度)，修訂了《中華人民共和國水法》;2018 年施行新的《中華人民共和國水污染防治法》。
我國火電行業用水量占工業用水比重超過40%，排水量占廢水排放總量的 0.4%。火電廠的節水與廢水治理工作對推進生態文明建設具有積極作用，國家對火電廠廢水治理提出了具體要求。《污染防治行動計劃》要求在役電廠逐漸增加使用再生水的比例，新建電廠必須使用城市中水;發電企業需開展廢水深度處理回用、廢水達標排放、高鹽廢水濃縮減量工作;降低取水量、外排水量，排水達到排放標準。“排污許可證制度”率先對火電行業企業核發排污許可證。
1 某發電集團火電廠廢水排放要求
某發電集團一直以來致力于推進科技進步，創建優秀節能環保型企業，積極履行環保責任，大力開展火電廠廢水治理工作的相關研究。截止2017 年 8 月，該發電集團 114 家已投運的火電廠中，不允許設置排污口的電廠占比為 39%，其余允許設置排污口電廠的排放要求(主要污染物種類和限值)見表 1。
表 1 某發電集團火電廠廢水主要污染物種類和限值
1)根據表 1 可知，某發電集團下屬 22 家火電廠外排廢水執行《污水綜合排放標準》( GB8978—1996)一級標準。
2)其下屬 37 家火電廠主要執行電廠所在地的地方排放標準。相對于《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)，地方排放標準排放限值更低且均增加了總氮的限值要求。此外，遼寧省地方排放標準
增加了氯化物排放要求，山東省地方排放標準增加了含鹽量排放要求。
3)其下屬8 家位于市區火電廠的外排廢水排入市政污水處理廠，執行《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)C 級標準。該標準對常規污染物懸浮物、化學需氧量(COD)、氨氮、總氮和磷排放要求低，但是對含鹽量有限值要求。
4)其下屬2 家位于沿海地區的電廠外排廢水排入海洋，執行《海水水質標準》(GB 3097—1997)三類標準。
2 水處理系統典型問題
2.1 脫硫廢水處理系統
脫硫廢水處理系統絕大部分采用傳統三聯箱工藝，少數電廠采用電絮凝工藝。脫硫廢水處理系統主要存在的問題如下。
1)出力不足 實施煙氣超凈排放改造后，脫硫吸收塔入口煙溫降低，吸收塔蒸發水量降低，但是部分電廠脫硫吸收塔補充水水量沒有相應降低，導致脫硫吸收塔排水水量增大，脫硫廢水量超過原有脫硫廢水處理系統出力。
2)進水含固量超過設計值 由于脫硫系統常出現廢水旋流器設計容量和旋流子噴嘴尺寸選型不當，或旋流子噴嘴磨損廢水旋流效果差，廢水旋流器頂流含固量達到 4%以上，超過三聯箱系統進水含固量設計值。因此，脫硫廢水處理系統普遍存在連接管道沉積堵塞、攪拌機扭矩過大燒毀攪拌電機，以及污泥壓濾系統超負荷運行等問題。
3)三聯箱和澄清器設計缺陷 常有因脫硫系統三聯箱和澄清器設計反應停留時間太短，絮凝反應效果差，形成的礬花粒徑小，導致泥水分離效果差，出水濁度和懸浮物含量高，水質差等問題。
4)加藥系統缺陷 部分電廠脫硫廢水來水氟離子質量濃度較高，但加藥系統只投加 NaOH 溶液，只能調節 pH 值，對氟離子不具有去除能力，造成脫硫廢水處理系統出水氟離子不達標。另外，部分電廠石灰加藥系統采用機械振打和氣壓流化出料方式，存在出料困難和計量不準等問題。
5)污泥脫水系統缺陷 部分電廠采用離心脫水機作為脫硫廢水處理系統污泥脫水設備，運行時不能正常工作。脫硫廢水處理污泥硬度較大，離心脫水機耐磨性較差，容易磨損;同時離心脫水機要求進料含固率穩定，含固率波動會造成離心機轉動不平衡，易損壞。此外，相對于進口板框壓濾機，國產板框壓濾機故障率高、污泥含水率高且容易吡泥。
2.2 循環水系統
循環水補充水水源為中水的火電廠，循環水補充水一般采用石灰混凝澄清工藝處理，主要去除暫時硬度、懸浮物、磷和部分有機物;循環水補充水為地表水的火電廠，循環水補充水一般采用混凝澄清工藝處理，主要去除懸浮物。
帶冷卻塔的濕冷火電廠中約 50%的電廠使用城市中水作為循環水補充水水源，但是還有部分電廠沒有城市中水處理設施或城市中水處理設施運行不正常，導致循環水濃縮倍率低(低于 3.0 倍)，電廠取水量和排污量較大，循環水濃縮倍率有待進一步提高。
少數電廠已開展循環水排污水深度處理回用工作，在采用“混凝澄清—過濾—反滲透”工藝處理循環水排污水時，常存在反滲透膜污堵、保安過濾器壓差迅速上升和系統回收率達不到設計要求等問題。
2.3 其他廢水處理系統
2.3.1 工業廢水處理系統
火電廠工業廢水處理系統一般采用混凝澄清、混凝澄清—過濾、混凝澄清—氣浮—過濾工藝。工業廢水處理系統存在的主要問題有：1)加藥系統腐蝕泄漏嚴重;2)曝氣風機、攪拌電機和澄清池刮泥
機設備老化，故障率高;3)工業廢水池容積小，無法完全儲存機組啟停機排水、鍋爐酸洗廢水和空氣預熱器沖洗水等非經常性工業廢水;4)工業廢水未回用，直接或間接外排，造成了水資源浪費。
2.3.2 生活污水處理系統
目前，火電廠生活污水大部分采用地埋式接觸氧化和曝氣生物濾池工藝。生活污水處理系統存在的主要問題有：1)雨水、工業水和工業廢水等混入生活污水處理系統，生活污水處理系統進水水量大，有機物質量濃度低，生活污水處理系統微生物活性低，處理效果差;2)地埋式設備運行狀況差、檢修困難;3)生活污水中大塊的懸浮性雜質沒有被攔截去除，導致處理系統堵塞淤積;3)生活污水未回用，直接或間接外排，造成水資源的浪費。
2.3.3 含煤廢水處理系統
目前，火電廠含煤廢水處理一般采用化學絮凝和電絮凝工藝。含煤廢水處理系統存在的主要問題有：1)火電廠產生含煤廢水的源頭較多且分散，部分火電廠煤水收集系統不完善;2)初沉池容量
設計不足，反應裝置進水懸浮物高于設計值，導致后續處理裝置堵塞、運行壓力大;3)高鹽廢水用于輸煤系統，造成設備腐蝕，導致設備不能運行;4)含煤廢水處理設施可正常運行，但暴雨季時系統出力無法滿足處理初期含煤雨水。
3 某發電集團火電廠廢水治理對策
對某發電集團下屬火電廠用水現狀及存在問題進行了系統調研，并結合相關法律法規、標準及文獻制定了《火電廠廢水排放控制指導意見》(以下簡稱《指導意見》)，以指導其火電廠開展廢水治理工作。廢水治理步驟：第一步開展水務查定，完善廢水監測系統;第二步加強節水管理，優化廢水治理方案設計;第三步強化立項和工程管理及加強運行維護。
3.1 開展水平衡試驗和完善用排水監測系統
火電廠應在總結積累日常節水管理相關數據的基礎上，按相關技術標準規定開展水平衡試驗工作，梳理全廠和各系統水量平衡關系，找準廢水治理的關鍵點。
火電廠應完善現有全廠水系統的計量儀表，實現主要水量的在線監測和主要供、排水流量(關口流量計)的監視及數據記錄，及時發現并消除電廠的非正常用水。所有計量儀表應接入控制系統，并同步到廠級監控信息系統，使全廠水系統在線數據與離線數據緊密結合。計量儀表的記錄、采集周期、定期維護校驗和存儲方式要滿足運行分析和技術監督的需要。
加強對全廠水系統主要水質的監測，監測對象包括全廠水源、處理后的生活污水、工業廢水、脫硫廢水和全廠廢水總排口廢水。根據相關技術標準和管理制度，對上述水質采取定期或不定期監測分析，結果須及時錄入運行管理系統。監測手段以采樣化驗為主，可根據環保風險等具體情況，配置必要的在線監測設備。
3.2 加強節水管理和優化廢水治理方案設計
3.2.1 加強節水管理
1)優化全廠用水流程。具體措施包括：避免設備冷卻水直排，可回收至冷卻塔;消除輸煤系統、灰渣系統、脫硫系統使用新鮮水等水的“高質低用”現象;確保正常情況下消防水系統不耗水;將生活用水量控制在合理范圍等。
2)調整運行方式。具體措施有：過濾設備自用水，僅懸浮物質量濃度 1 項高于原水，可回收至原水預處理系統或工業廢水系統處理回用;化學車間反滲透濃水可作為脫硫工藝用水;精處理及化學再生廢水可按高鹽和低鹽廢水分類收集，低鹽廢水送至工業廢水系統處理回用，高鹽廢水與脫硫廢水一并處置;調整輸煤及除渣系統補水量，實現含煤廢水和渣溢水循環利用不外排;綠化用水不使用工業水，可采用達標處理后的生活污水等[3,9]。
3.2.2 優化廢水治理方案設計
開展可行性研究。根據電廠所在當地環保政策趨勢和現實要求，結合電廠實際，經充分技術經濟比選后，設計具有適度前瞻性的改造方案，并視情況對方案中涉及的循環水、循環水排污水回用處理工藝、末端廢水濃縮等核心工藝進行試驗論證。
3.3 強化立項和工程管理及加強運行維護
按照該集團立項審批相關要求對可行性研究方案進行評審，評審專家涉及電力規劃院、電力設計院、發電公司等不同單位，電廠化學、環保、技經等多個專業，嚴格把關。
選擇行業工程經驗豐富的設計單位進行廢水處理工藝初步設計;加強對設備供貨的控制，尤其是關鍵設備與核心工藝包的供貨;注重工程實施管理，選擇信譽好、實力強的承包商，加強施工管理、保障工程質量;項目投產后，選擇經驗豐富、有咨詢資質的第三方單位對項目進行性能考核，考察工程質量、系統性能，保障工程達到預期效果。各電廠應加強設施運行維護，具體維護措施包括：及時更換腐蝕嚴重的管路和配件，避免管路泄漏;應根據運行數據，對膜處理設備進行定期維護性清洗或者離線化學清洗，以提高膜元件壽命和設備出力;應根據實際情況及時更換過濾器濾芯、濾料等耗材;做好運行維護日志的記錄工作。
4 火電廠高鹽廢水治理技術
高鹽廢水治理是火電廠廢水治理的難點和關鍵。火電廠高鹽廢水主要包括：脫硫廢水、精處理系統再生廢水、化學除鹽系統再生廢水、循環排污水膜處理系統濃水等。高鹽廢水水質復雜，以脫硫廢水為例，其水質具有高硬度、高鹽分、高濁度、強腐蝕性的特征，經過達標處理之后環保指標如重金屬、懸浮物、pH 值等指標得到控制，但離子質量濃度基本不變，因此還需進行深度處理。在進行深度處理和濃縮干化時，必須考慮工藝設備的防垢、防腐蝕及防生物污染等特性。
高鹽廢水濃縮可分為軟化預處理階段與濃縮減量階段，濃縮減量階段又包括膜法濃縮和熱法濃縮2 類技術。按蒸發熱源的不同，末端高鹽廢水蒸發干化技術分為蒸發結晶和煙氣余熱干燥 2 大類。高鹽廢水濃縮干化處理后的固體物包括雜鹽、混鹽、工業鹽、含鹽粉煤灰等，其綜合利用的途徑、費用等直接影響高鹽廢水零排放技術路線的選擇。
4.1 高鹽廢水軟化預處理工藝
高鹽廢水的軟化處理包括石灰—碳酸鈉軟化、氫氧化鈉—碳酸鈉軟化、化學反應—管式微濾過濾軟化、硫酸鈉軟化、離子交換軟化、納濾膜軟化等。
石灰—碳酸鈉軟化、氫氧化鈉—碳酸鈉軟化工藝均為兩級化學反應加沉淀澄清處理，是通過投加化學藥劑反應，去除高鹽廢水中的鈣、鎂離子及硅酸鹽，以滿足后續膜濃縮工藝防垢的要求。化學反應—管式微濾過濾軟化是一種集化學反應軟化和膜過濾技術于一體的軟化分離工藝，在某些條件下可替代兩級化學反應軟化澄清工藝。硫酸鈉軟化是利用同離子效應和硫酸鈣溶解度較低的特點，進一步增大水中硫酸鈣的過飽和度，誘導硫酸鈣過飽和溶液自發結晶，從而在一定程度上降低鈣離子質量濃度，達到軟化的目的。納濾膜對離子有選擇分離性，可將其用于高鹽廢水的軟化預處理，納濾膜包括卷式納濾膜和振動膜 2 種類型。振動膜是近年來出現的一種新型膜分離工藝，該技術的核心特點是采用振動剪切增強過濾工藝，解決了靜態膜分離中的膜污染和堵塞問題。離子交換軟化是非常成熟的軟化除鹽工藝，在電廠水處理系統中有廣泛的應用，但高鹽廢水的硬度很高，若直接使用離子交換軟化，會導致樹脂快速失效，需要頻繁再生，因而只能與其他軟化工藝聯合運用，將其布置在化學藥劑軟化之后，作為系統軟化保障設備，以保證軟化工藝出水水質穩定。
4.2 高鹽廢水濃縮處理工藝
4.2.1 膜法濃縮減量處理工藝
膜法濃縮工藝包括納濾、反滲透、電滲析、正滲透(FO)以及膜蒸餾(MD)等。在對高鹽廢水濃縮減量過程中，尤其是后面需要進行分鹽結晶時，納濾工藝就是一種比較適用的濃縮工藝。納濾膜對二價離子的分離效率很高，因此可對氯化鈉和硫酸鈉混合溶液進行分離，納濾產水中主要成分為氯化鈉，送至結晶系統可生產精制工業鹽。
目前，用于高鹽廢水濃縮的反滲透工藝主要有：海水反滲透(SWRO)、碟管式反滲透(DTRO)以及高效反滲透(HERO)等。DTRO 適用于分離高濃度料液，具有適合高濃度、高含鹽量污水處理的膜組件，對于處理垃圾滲濾液已經有多年的工程應用經驗，但用于高鹽廢水處理時仍需解決廢水的結垢問題。
電滲析(ED)是膜分離技術的一種，是在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，實現對溶液的濃縮和分離。與反滲透技術相比，電滲析對廢水的濃縮程度更高，可將溶液濃縮至含鹽量 15%以上，最高甚至可以達到 20%。FO 是利用溶液間的滲透壓差為推動力的自發性滲透驅動新型膜分離過程。正滲透濃縮工藝包括正滲透膜處理和汲取液回收循環兩大系統，且回收汲取液所需的能量占整個系統耗能的絕大部分。FO主要適用于處理超出反滲透經濟處理范圍，或者反滲透無法處理的極高含鹽廢水。
MD 是膜分離與蒸餾過程相結合的分離過程，即熱側溶液中水分在膜面處汽化并透過膜進入冷側后被冷凝成蒸餾水。該技術目前還處于實驗室或小規模工廠試驗階段。
4.2.2 熱法濃縮減量處理工藝
熱法濃縮是一種傳統的化工工藝過程，包括蒸汽加熱蒸發、煙氣蒸發、自然蒸發、增濕去濕等方式。其中，蒸汽加熱蒸發包括多效蒸發(MED)、機械蒸汽再壓縮(MVR)、熱力蒸汽再壓縮(TVR)等[15];自然蒸發主要包括蒸發塘和機械噴霧蒸發;煙氣蒸發是火電廠特有的一種蒸發濃縮方式，主要是利用煙氣的余熱蒸發濃縮;增濕去濕主要有自然蒸發除鹽(NED)、低溫蒸發結晶(LTEC)和載氣萃取(CGE)等方式。為了降低高鹽廢水熱法濃縮預處理藥劑成本，提出了硫酸鈣晶種法降膜蒸發技術，該工藝的核心是在蒸發料液中添加硫酸鈣“結晶種子”，以提供硫酸鈣析出結晶生長的晶核，達到防止硫酸鈣結垢的目的。
熱法濃縮減量處理工藝的蒸發過程是將含有不揮發溶質的溶液加熱沸騰，使溶劑部分汽化，從而達到濃縮溶液的目的。要保障蒸發連續進行，必須不斷地向溶液提供熱能，為了提高蒸發能效，發展出了 MED、MVR、TVR 等節能技術，可根據工程項目具體條件擇優選用。降低高鹽廢水熱法濃縮減量工藝熱能消耗的另一條技術路線是采用電廠鍋爐尾部煙氣余熱蒸發廢水，主要包括低溫煙氣蒸發工藝和煙氣余熱閃蒸工藝。低溫煙氣蒸發工藝將脫硫廢水濃縮塔連接至電廠電除塵器與脫硫塔之間，使脫硫廢水在濃縮塔中循環蒸發;煙氣余熱閃蒸工藝利用電廠鍋爐尾部除塵器入口的煙氣余熱蒸發廢水，采用多效強制循環蒸發器，按“晶種法”工藝操作運行。
此外，采用自然蒸發原理的蒸發塘工藝、采用機械噴霧蒸發的強化自然蒸發工藝、利用載氣的增濕—去濕工藝等，均在高鹽廢水濃縮減量處理中得到不同程度的研究和應用。
4.3 高鹽廢水干化處理工藝
末端高鹽廢水的干化處理，均需使用外加熱能，將廢水中剩余水分蒸發，產出固體鹽分。按蒸發熱源的不同，可將末端高鹽廢水蒸發干化技術分為蒸汽熱源和煙氣余熱 2 類。
4.3.1 蒸汽熱源蒸發結晶工藝
蒸汽熱源蒸發結晶工藝采用蒸發結晶器，將末端高鹽廢水進一步蒸發濃縮析出固體并分離，經干燥處理后打包封裝為固體鹽。當選用不同的結晶方法時，可采用不同的結晶器，如真空冷卻結晶器、強制循環蒸發結晶器、奧斯陸(OSLO)蒸發結晶器、導流筒加擋板(DTB)蒸發結晶器等。火電廠末端高鹽廢水的結晶過程，通常使用強制循環蒸發結晶器。
根據預處理及濃縮階段工藝選擇的不同，蒸發結晶工藝最終產物固體鹽可能為雜鹽、混鹽或工業鹽。從目前國內鹽業市場情況看，回收鹽受法規、標準、技術等制約，難以實現良好的資源化和市場化。回收鹽的定性，也存在不確定性，若被判定為固廢甚至危廢，處理成本太高，影響主業可持續發展。此外，回收鹽若作為產品銷售，還需得到鹽業及環保部門的許可。因此，在選擇高鹽廢水干化處理工藝時，需進行充分的技術經濟論證。
4.3.2 煙氣余熱蒸發干燥工藝
煙氣余熱蒸發干燥工藝利用電廠鍋爐尾部煙氣熱量，將煙氣與末端廢水直接接觸換熱，使末端廢水中的水分快速蒸發，析出的固體鹽與煙氣飛灰混合后收集處置。煙氣余熱蒸發干燥工藝將末端廢水霧化為細微液滴，直接噴入空氣預熱器與電除塵器之間的煙道內干燥;或噴入單獨設置的旁路煙氣蒸發器內，與從空氣預熱器前抽取的少量煙氣直接接觸加熱蒸發干燥。將末端廢水直接噴入煙道內的工藝過程，受鍋爐負荷波動、水量波動、煙道布置、流場變化等影響，易出現煙道結垢、噴頭堵塞等問題，存在一定的技術風險。旁路煙氣蒸發干燥工藝單獨設置煙氣蒸發器，與主煙道系統相對獨立，可靠性高，該工藝系統簡單，設備少，投資與運行費用低，能量消耗少，不需額外的熱能輸入，無液體排放，不會造成二次污染，廢水蒸發鹽分進入粉煤灰，不產生多余的固體。但是，旁路煙氣余
熱蒸發干燥工藝存在高溫條件下含結晶水氯化鎂分解產生氯化氫氣體造成后續脫硫吸收塔氯離子升高，破壞原有吸收塔氯平衡，以及結晶鹽進入粉煤灰影響其質量等問題，因此選用該工藝時需要加以論證。旁路煙氣余熱蒸發干燥技術在國內已完成現場工業試驗，大規模工程建設也在快速推進中，具備良好的應用前景。
5 結 語
某發電集團在對下屬火電廠用水現狀及存在問題充分調研的基礎上，結合相關法律法規、標準及文獻資料，編制了《火電廠廢水排放控制指導意見》，使火電廠開展廢水治理工作有章可循。火電廠廢水治理項目應遵循以下步驟：第一步開展水務查定，完善廢水監測系統;第二步加強節水管理，優化方案設計;第三步強化立項和工程管理及加強運行維護。高鹽廢水治理是火電廠廢水治理的難點，該集團對各類預處理、濃縮和干化工藝進行了大量研究，但由于各廠情況不同，還未形成統一的技術路線，需根據各電廠實際情況，選擇經濟合理的技術方案。
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