摘要：火电机组发电耗水率的高低直接影响水资源的有效利用。近年来随着节能减排政策在火电行业内的实施，空冷、闭式循环冷却、干除灰渣等技术得到大力推广，火电行业单位发电量取水量逐年下降，但与国际先进水平相比仍有较大潜力。一方面，火电布局与水资源分布不相匹配，基本呈逆分布状态；另一方面，火电作为用水、排水大户，用水占工业总量的20%，从经济运行和保护环境出发，节约发电用水，提高循环水的重复利用率，实现火电厂废水“零排放”意义重大。
关键词：火电企业；废水排放；治理研究
1、前言
我国废水排放标准的要求日益严格，从电厂经济运行和保护环境的前提出发，实现电厂水资源综合利用优化和废水零排放的意义重大。目前，火电机组普遍存在节水改造成本高、难度大，高含盐废水终端处理经济代价大和废水终端产生的盐类处理问题亟待解决等难题。
2、火电机组废水终端处理技术比较
不同的电厂产生的终端废水量差别很大，终端处理技术的选择应综合考虑废水的水量特征。如果待处理废水的水量比较大，为节约成本和提高处理效率，则需要进行废水减量化处理。如果待处理废水的含盐量较高，水量较小，则可以直接进行废水终端处理。
2.1废水减量化技术
目前，废水减量化处理手段主要为膜浓缩处理工艺。常用的膜浓缩处理工艺有反渗透、正渗透和电渗析等工艺。
反渗透膜技术是20世纪60年代兴起的一门新型分离技术，是目前最为先进的分离技术之一，应用非常广泛。反渗透膜技术具有净化效率高、成本低和环境友好等优点，已经广泛应用于海水和苦咸水淡化纯水和超纯水制备、工业或生活废水处理等领域。近年来，陆续出现了几种针对高含盐量的脱硫废水浓缩的反渗透膜技术，例如SWＲO技术（海水反渗透膜）和DTＲO技术（碟管式反渗透膜）等。SWＲO技术可处理含盐量高达30000mg/L的废水，一般回收率可以做到40%～45%，经过软化处理后的脱硫废水回收率可以适当提高，按照50%设计。DTＲO的核心技术是碟管式膜片膜柱，将反渗透膜片和水力导流盘叠放在一起，用中心拉杆和端板进行固定，然后置入耐压套管中，就形成一个膜柱。DTＲO技术具有避免物理堵塞、不易结垢污染和浓缩倍数高的特点。
正渗透膜技术通过设置选择性渗透膜和浓度极高的汲取液，将高盐废水中的水分渗透转移到汲取液中并实现废水的浓缩。正渗透技术具有低能耗、较高的水通量和回收率、不易结垢和可处理高浓盐水等优点。正渗透技术的难点则在于高水通量、良好的耐酸碱性和机械性能的选择性渗透膜和能产生较高渗透压及水通量的汲取液的选择。
电渗析浓缩技术的核心为离子交换膜，其在直流电场的作用下对溶液中的阴阳离子具有选择透过性，即阴膜仅允许阴离子透过，阳膜只允许阳离子透过。通过阴阳离子膜交替排布形成浓淡室，从而实现物料的浓缩与脱盐。在电渗析技术的基础发展产生的自动控制频繁倒极电渗析（EDＲ）技术可以通过正负电极极性相互倒换自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质和水量。EDＲ技术运行管理更加方便。原水利用率可达80%，一般原水回收率在45%～70%。总体来说，电渗析的脱盐率比较低，一般在45%～90%。因此，电渗析一般作为水的初级脱盐技术。
2.2废水终端处理技术
废水终端处理技术主要有蒸发法和烟道处理法两种技术路线。蒸发法的基本原理是通过自然蒸发或人为加热的方式将废水中的水分逐渐蒸发成水蒸汽，水蒸汽可以直接挥发或重新凝结回收，废水中的溶解性固体则被截留在残液中，随着浓缩倍数的提高，最终以晶体形式析出。蒸发法根据加热形式的不同可以分为蒸发塘、多级闪蒸、多效蒸发和机械蒸汽再压缩技术等。其中，电厂废水终端处理应用较多的是多效蒸发和机械蒸汽再压缩技术。
多效蒸发技术是在单效蒸发的基础上发展起来的蒸发技术，分低温和高温多效蒸发。低温多效蒸发是指盐水的最高蒸发温度不超过70℃，其特征是将一系列的水平管或垂直管与膜蒸发器串联起来，并被分为若干效组，用一定量的蒸汽通过多次的蒸发和冷凝从而得到多倍于加热蒸汽量的过程。低温多效蒸发的主要优点是操作温度低，可充分利用电厂的低温废热（50～70℃的低品位蒸汽均可作为理想的热源）；热效率高；动力消耗小，只有0．9～1．2kW·h/m3左右；操作弹性大。然而，该技术的设备体积一般较大，投资成本较高，系统往往比较复杂。
机械蒸汽再压缩技术是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的热焓，导进冷却塔，冷却塔的冷却水循环预热物料。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。烟道处理法是在烟道内对废水进行喷雾蒸发处理的一种方法。烟道处理法一般是指采用一定的喷射方式将脱硫废水雾化后喷入电除尘器之前的烟道内，废水以小液滴的形式经过高温烟气加热后迅速蒸发气化。然而，由于该技术是直接往烟道中喷入高含盐量的酸性废水，如果流场优化设计不合理，废水雾化不完全将容易造成下游烟道的腐蚀或积灰；如果喷嘴雾化效果或流速设计不合理，将容易造成喷嘴四周的结垢，结垢长大脱落后容易造成电除尘器的堵塞。这些均会产生严重的安全隐患。因此，烟道流场的优化设计，雾化喷嘴的结构设计和流速设计是烟道蒸发技术的关键和难点。
为了减轻废水液滴雾化蒸发不完全造成的烟道腐蚀和对下游设备的影响，目前新开发了一种尾部烟道增设旁路来蒸发脱硫废水的新技术，这种技术可称为旁路烟道干燥法。该技术的旁路烟道的开设位置也有不同的选择，如图1所示。一种是在空预器前后开设旁路烟道，即引入空预器前的高温烟气加热干燥脱硫废水的雾化液滴，冷却降温后的烟气重新回到空预器后的烟道中。此时引入的烟气温度较高，所需烟气量较少，并可以实现较大规模的废水处理能力。另外，可以将旁路烟道开设在电除尘器和脱硫塔之间，即采用除尘器后的干净烟气加热干燥脱硫废。
图1旁路烟道干燥技术示意图
水雾化液滴，冷却降温后的烟气重新回到脱硫塔前的烟道中。此时引入的烟气含尘量较低，不会造成旁路烟道的磨损和堵塞，但烟气温度较低，废水处理能力较小。另外，较低温度的烟气并不能将废水雾滴蒸干，浓缩后的浆液需要经过压滤机的处理进入固化系统进一步固化。从目前投运的火力发电厂废水“零排放”实际运行情况和国际上存在的主流处理思想来分析，高温烟道蒸发技术以及“预处理（软化澄清或使用膜处理工艺以降低进入结晶系统水量）+蒸发结晶”的工艺得到了广泛的认可。对于目前现行的各种废水“零排放”工艺，应从工程造价、占地面积、技术可行性、运行维护等方面进行充分的比较，同时应在现场开展中试工作，根据中试的结果确定合适的处理工艺。
3、结语
电厂终端废水的处理技术的选择应综合考虑废水的水量特征。如果待处理废水的水量比较大，需要进行废水减量化处理。对于目前现行的各种废水“零排放”工艺，应从工程造价、占地面积、技术可行性、运行维护等方面进行充分的比较，同时应在现场开展中试工作，根据中试的结果确定合适的处理工艺。
参考文献
［1］范良千，罗鸿兵，陈凤辉．正渗透技术在水处理和能源开发中的研究进展［J］．膜科学与技术，2014，34（4）：120-127．
［2］施人莉，杨庆峰．正渗透膜分离的研究进展［J］．化工进展，2011，30（1）：60-73．
论文作者:唐振海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年5期
论文发表时间:2019/7/9
标签：废水论文; 技术论文; 烟道论文; 烟气论文; 终端论文; 火电论文; 电渗析论文; 《建筑学研究前沿》2019年5期论文;