摘要：火力发电厂零排放是指不向外部环境排出任何污、废水，进入电厂的水经综合利用、分级回用和复用后，无法消纳的高盐废水最终通过浓缩减量和蒸发固化工艺实现全厂废水的零外排，可以有效降低电厂取水量及单位水耗量，实现经济效益、环境友好和社会责任共赢，文章重点就火电厂中废水零排放技术研究进展和工艺路线进行论述。
关键词：火电厂；废水零排放；废水减量化；技术研究进展；
1火电厂废水零排放的必要性
在我国水资源匮乏的大环境下，近年来环保工作力度不断加强，随着《水污染防治行动计划》（水十条）等法规制度的颁布，发电厂作为用水和排污大户，国家对其水资源综合利用和排污限值提出了更严格的要求。各电力集团、发电企业对新建燃煤机组均有废水零排放或近零排放的要求，同时还需对现有废水处理系统进行升级改造，落实废水深度处理和节水政策。新建或改造后的废水处理工艺应满足电厂高盐废水浓缩减量和废水深度处理等要求，采用工艺合理、运行可靠、成本低的废水处理工艺及设备来完善现有废水系统势在必行。
2火电厂废水分类及性质
火电厂废水按水质及处理途径可分为四类：第一类废水含盐量没有变化，悬浮物含量显著增加的废水，例如滤池、超滤等装置反冲洗排水，此类水可输送至预处理系统，经混凝澄清沉淀后作为工业水使用；第二类废水是增加了化学废物的废水，例如离子交换器再生废水、加药系统排水、锅炉清洗废水、空气预热器等冲排水，此类水可收集通过废水集中处理后回用；第三类废水是因浓缩含盐量显著增加的废水，例如反渗透浓水和循环冷却水排污水，此类废水可通过混凝、澄清、软化后利用反渗透装置处理，回用至循环冷却水系统，其浓盐水输送至脱硫系统，或不经浓缩直接作为脱硫工艺水使用；第四类废水是由于水质特殊需单独处理后回用的废水，例如生活污水、含煤废水及含油废水。
厂内各种污废水经梯级利用后，无法消纳的高盐废水最终作为脱硫系统工艺水使用，作为全厂废水梯级利用的终点，脱硫废水有效处理是制约燃煤电厂废水零排放的关键所在。
3废水零排放技术研究
3.1废水减量化处理技术
（1）反渗透膜技术
反渗透膜技术是渗透的逆过程，在废水处理领域，常规反渗透膜元件容易被污堵、氧化，导致系统崩溃，选则合理的预处理工艺和膜元件是系统成败的关键，低含盐量的废水可采用高效反渗透技术（HERO），该技术是通过软化、脱气、调节pH等预处理工序、使反渗透系统在无结垢风险和高pH下运行，系统回收率可达95%；高含盐量废水则通常在预处理工艺中去除重金属、浊度、COD、硬度后采用耐污染、耐高压、耐高TDS的碟管式膜技术（DTRO）或高压反渗透技术（HPRO），DTRO和HPRO回收率均可达到90%。
（2）正渗透膜技术
正渗透膜技术是通过在膜的产水侧加入高浓度的汲取液，在渗透压的作用下水从废水侧转移至产水侧，并通过分离汲取溶剂获得淡水。正渗透技术具有耐高TDS、水通量和回收率高、低能耗、不易结垢等优点。
华能长兴电厂是国内首家将正渗透技术应用于脱硫废水浓缩减量工艺段的电厂，废水处理量为22-25m³/h，进水TDS为10-40g/L，水质和水量均波动较大，通过与反渗透协同处理，产水TDS小于0.02g/L，浓缩终点TDS可达200g/L，该系统运行稳定，运行能耗为11.2kW•h/m³。
（3）超倍浓缩膜技术
超倍浓缩膜是英国现代水务2017年推出的用于高盐水浓缩的分离膜技术，其原理是在膜两侧进入相同的介质，在一侧压力的推动下完成废水浓缩过程，由于初始状态膜两侧废水浓度相同，初始渗透压趋近于0，因此可以在较低的压力（7MPa）下将溶剂与溶质分离到一定程度，浓盐液可在下一段继续浓缩，通过多段膜串联可将浓盐水浓缩至120-160g/L。该技术应用于印度一家印染企业的印染废水处理，进水TDS为70g/L，产水TDS＜0.5g/L，浓水TDS为130g/L，运行能耗为9kW•h/m³。
3.2结晶固化处理技术
（1）蒸发处理技术
蒸发处理技术是零排放处理中常用的工艺之一，其基本原理是通过介质加热的方式将废水中水分蒸发成水蒸气，经冷凝后回用，在废水不断浓缩的过程中盐分以晶体形式析出。蒸发处理可以单独使用，也可以与其他工艺联合使用，根据形式的不同主要分为多效蒸发技术（MED）和机械蒸汽再压缩技术（MVR）等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1）多效蒸发技术
多效蒸发技术是利用电厂低压蒸汽多效逐级浓缩废水的工艺，蒸发段由几个真空度梯级升高的效组串联而成，每个效组又由若干个降膜蒸发器组成，由于效组间真空度的不同，每个效的沸点均低于前一效，蒸汽进入第一效后在换热管两侧蒸汽的冷凝和废水的蒸发同时发生，废水侧产生的蒸汽则作为第二效的热源，将第二效废水蒸发后，冷凝作为淡水输出，经多次的蒸发和冷凝，将产生形成几倍于加热蒸汽量的淡水。多效蒸发技术具有耐冲击负荷强、热效率高等优点。
河源电厂（2×600MW）采用的两级混凝+四效蒸发+结晶器工艺，系统运行稳定，处理效果可以达到零排放的要求，但由于废水没有经过膜法减量化处理，蒸发系统庞大，废水处理规模22m³/h，系统总投资为9800万元；吨水汽耗0.28t，电耗30kW•h，综合处理成本180-200元/m³，较高的投资和运行费用制约了该技术在废水零排放领域的应用。
2）机械蒸汽再压缩技术
机械蒸汽再压缩技术是利用机械压缩机将蒸发器产生的二次蒸汽压缩，提高温度压力后可作为热源重复使用，从而达到可以循环利用蒸汽的目的，减少了外部蒸汽的耗量，该技术的能耗和运行费用均优于多效蒸发技术，更适用于小规模的废水处理领域。
三水恒益电厂（2×600MW），废水零排放系统采用两级机械蒸汽压缩蒸发+两效蒸发+结晶器工艺，结垢情况较严重，清洗比较频繁，处理规模为22m3/h，系统总投资为6000万元；吨水汽耗0.06t，电耗22kW•h，综合处理成本130元/m³。
（2）烟道处理法
1）烟道蒸发法
烟道蒸发法是将废水通过雾化喷头喷入空气预热器和电除尘器之间的高温烟道，在高温烟气作用下将雾化废水瞬间蒸发的处理方法。废水中的悬浮物和TDS等杂质以固体形式与飞灰一起进入电除尘器捕捉，以灰尘形式外排，最终实现脱硫的废水零排放处理，烟道蒸发法具有设备简单、能耗低、运行操作简单等优点，向废水中投加特定的化学药剂（例如脱汞剂），还可与烟气净化工艺起到协同效应，有效预先去除烟气中的部分污染物。
烟道蒸发法废水处理量受机组负荷影响大，负荷波动时处理量不足；空预器后烟温偏低，而且加装低低温电除尘以后导致可利用烟道长度较短，蒸发不彻底，容易导致腐蚀和积灰。为避免进入电除尘器的烟气温度过低，废水处理量宜控制在1.0~1.5m3/h/100MW。
2）旁路烟道蒸发法
旁路烟道蒸发法是将废水雾化喷入蒸发结晶器内，蒸发结晶器从空预器前端，SCR出口之间烟道中引入少量烟气，利用烟气的高温使雾化后的废水迅速的蒸发，废水蒸发产生的水蒸气和结晶盐随烟气一起并入空预器与低低温省煤器之间烟道，结晶盐随粉煤灰一起在除尘器内被捕捉去除，水蒸气则进入脱硫系统冷凝成水，间接补充脱硫用水。这种技术的优点是烟气流量可控，蒸发器可根据废水量的变化调节烟气流量，确保废水100%蒸发结晶，在旁路烟道内可单独解列隔离便于维护，避免了对电厂主系统设备的影响；缺点是由于旁路蒸发烟气从空预器前引出，对锅炉效率略有影响，投资和占地要高于烟道蒸发法；
阳城电厂5号机组采用1m³/h高温旁路烟道蒸发系统，在试验工况下，影响锅炉效率0.03%，粉煤灰质量基本不受影响。
4高盐废水零排放工艺路线
纵观国内的废水零排放处理现状，高盐段废水处理工艺主要由预处理单元、浓缩减量单元和结晶固化单元组成，可以分为三个基本处理工艺路线：
①预处理+高倍浓缩处理+结晶器处理，例如河源电厂采用的两级混凝+四效蒸发+结晶器工艺；华能长兴电厂采用三联箱+树脂软化+正渗透+结晶器工艺；国电汉中电厂采用的高压反渗透+结晶器工艺；京能涿州热电采用的四段纳滤膜+三段反渗透膜+结晶器工艺等。
②预处理+简易膜浓缩处理+锅炉尾部烟道干燥处理，河南焦作铝厂自备电站采用双碱法+双膜法+旁路烟道蒸发工艺。
此外安徽板集电厂废水零排放项目采用的强化递级分盐技术为高盐废水资源化处理提供了新思路，该方案在预处理工艺中通过连续调质、除镁、除硫、除钙四组反应器逐级分离出高纯度石膏、氢氧化镁、钙矾石、碳酸钙；采用超滤+纳滤+反渗透+电渗析浓缩工艺，电渗析浓水可送至次氯酸钠发生器，生产的次氯酸钠作为循环冷却水杀菌剂使用；浓缩液机械蒸汽再压缩技术，最终产物为高纯度氯化钠。
结语
探讨火电厂废水处理技术路线，特别是脱硫废水零排放技术路线和发展方向，对于火电厂选择先进、经济、合理的废水处理工艺，达到节约用水、一水多用、综合利用和重复使用的目的具有重要意义。相关人员也应该对相关技术和工艺进行深入研究，优化工艺路线，进而降低节水和废水零排放的处理成本。
参考文献：
[1]梁凌，吕洲，许琦，刘汉强，郭桦，张大民.火电厂废水处理与分质分量梯级利用研究[J].水处理技术，2018，44（07）：119-122.
[2]张江涛，曹红梅，董娟，郭鹏飞，魏继林，王宏宾.火电厂废水零排放技术路线比较及影响因素分析[J].中国电力，2017，50（06）：120-124.
论文作者:胡远智
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/13
标签：废水论文; 工艺论文; 技术论文; 废水处理论文; 电厂论文; 蒸汽论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第9期论文;