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【摘 要】本文以广东某电厂水源为例，从燃煤厂水源、废水种类与废水量、废水零排放系统性策略与难点与废水零排放系统及其关键技术开发几方面，进行了分析，以供参考。
【关键词】燃煤电厂；废水零排放；关键技术
一、电厂水源、废水种类与废水量
1、水源水质、废水种类与废水量
广东某电厂水源为东江地表水（称水源1），其水质见表1所列。为比较不同电厂的水源水质差别，表1中同时列出了天津北疆电厂以海水为水源的水质（称水源2）、河南新密电厂以城市中水为水源的水质（称水源3）。为满足生产需要，不同水源的处理工艺不同，产生的废水种类与废水量也不同。地表水水源一般采用絮凝过滤工艺，产生含泥废水；海水水源一般采用膜法或蒸馏工艺，产生浓盐水；城市中水深度处理后产生含泥废水或浓盐水。
废水种类、废水量及其污染因子如下所述。燃煤电厂废水包括经常性废水和非经常性废水。经常性废水是指电厂日常生产过程中产生的废水，一般包括净化站产生的含泥废水（以海水或城市中水为水源的则为浓缩废水）、锅炉补给水系统产生的浓缩废水或再生酸碱废水、精处理装产生的再生酸碱废水和反洗废水、循环冷却水系统产生的浓缩排污水、脱硫系统排放的脱硫废水、输煤系统与煤场产生的含煤废水、主厂房产生的含油废水与员工生活废水等；非经常性废水主要是机组大小修期间产生的废水，如锅炉酸洗废水、空气预热器与脱硫GGH化学清洗废水及机组启动冲洗废水等
某电厂2×600MW机组设有循环冷却水系统，生产废水包括经常性废水和非经常性废水，其中经常性废水有净水站含泥废水、冷却塔浓缩排污水、锅炉补给水系统反渗透浓缩水脱硫废水、含油废水、含煤废水及生活污水；非经常性废水有锅炉水压试驗排水、机组酸洗废水、锅炉冷热态启动废水、锅炉烟气侧冲洗废水及空气预热器冲洗废水。生产废水中含盐类、石油类、氟化物、铁、重金属及悬污物等。
在循环冷却水系统浓缩倍率为10倍的情况下，某电厂2台600MW机组经常性废水量为165～244m3/h，每次大小修期间产生的非经常性废水34000余t，废水种类较多，废水量较大。
2、常规的燃煤电厂耗水统计分析
以某电厂2×600MW机组为例，如果按照常规电厂进行设计，即循环冷却水系统浓缩倍率范围为3～5倍，废水不回用，设备冷却水不回收，则各系统日常需水量、废水量与耗水量见表2所列。
由表2可知，常规的2台600MW机组春季日常生产全厂水耗为1854m3/h，废水量425m3/h，废水产生率22.9%，另还有660m3/h的设备冷却水需外排。为满足上述水量，全厂需水量2939m3/h。按设计利用小时数5500h计算，每年则有596.7×104m3废水或冷却水外排。
二、废水零排放系统性策略与难点分析
1、废水零排放系统性策略。由表2可知，采用常规的开式用水、排水系统很难实现废水零排放。废水零排放是系统工程，其策略方案如下：建立完整的梯级利用和循环利用体系，通过该体系实现水量的梯级浓缩、用水节约和循环利用，为全厂零排放奠定基础，如仅对设备冷却水实现循环利用，既可避免冷却水外排，又可减少需水量；在规划阶段做到经常性废水处理后复用的水量须小于各系统复用水消耗总量，即留有一定空间消耗处理非经常性废水，确保运行阶段全厂水量平衡；保证各类废水处理后达到复用系统用水水质要求，且水质稳定；设置足够的事故应急水池，确保任何情况下不排放废水；对于水质较好的废水就地处置，如机组冲洗后阶段的废水，水质优于循环水质，直接复用于冷却塔。2、废水零排放难点分析。由表2可知，在常规的循环水浓缩倍率下，循环冷却水系统浓缩排污水量与全厂最大的废水复用点脱硫系统的需水量相差较大。为实现水量平衡，开发极限浓缩倍率技术，最大限度地减少循环水系统的浓缩排污量，是实现废水零排放的难点之一。在所有经常性废水中，脱硫废水成分复杂，具有高浊度、高盐分、强腐蚀性及易结垢等特点，采用国内外传统处理工艺，处理后出水水质盐分含量仍会很高，尤其Cl-含量基本不变，还不能复用。
三、废水零排放系统及其关键技术开发
以“一水多用、梯级使用、循环利用”为架构的废水零排放系统，如图1所示。
某电厂废水种类齐全，同时设置有循环冷却水系统，冷却塔浓缩排污水需要复用，较为典型。本文结合各类废水特点和现有的废水处理工艺出水水质的保障情况，以某电厂为例，实现废水复用。图1中，设备冷却水与处理后的生活废水、工业废水等作为冷却塔的补充水；冷却塔的浓缩排污水作为脱硫系统的工艺补充水，经脱硫系统浓缩为脱硫废水；脱硫废水为全厂末端废水，先经预处理将其中污泥分离，再蒸发结晶处理将盐分分离，形成凝结水又回到冷却塔，如此构成“一水多用、梯级使用、循环利用”的废水零排放系统。
1、循环冷却水极限浓缩倍率技术
根据水量平衡要求，循环冷却系统浓缩排污水量须控制的范围为80～90m3/h，据此计算浓缩倍率则在10左右。为解决该问题，需进行高浓缩倍率模拟试验，寻找合适的药剂，控制循环水水质指标，避免结垢与腐蚀产生。据相关试验研究，在合理选用药品、循环水浊度控制在20NTU以内的情况下，加药浓度达到一定值后，某电厂循环冷却水系统在10.5以内的浓缩倍率（以氯离子或碱度计）工况下，其腐蚀与结垢趋势可控。某电厂循环冷却水处理系统如图2所示。
在图2中，设置循环冷却系统旁流过滤装置，保证循环水水质浊度小于20NTU；旁路过滤器容量的大小取决于冷却塔补水水质和冷却塔周围空气质量；旁流过滤器反洗废水主要污染物为悬浮物，其盐含量同循环水水质，进入电厂工业废水处理系统处理。循环水系统添加阻垢剂、缓蚀剂与杀菌剂，在日常生产中对药品浓度与水质指标跟踪监测，药品浓度不能低于模拟试验值，水质指标严格控制在设定范围内。若循环水盐度或硬度或硅含量或氯离子含量接近设定值，则排出部分循环水至复用水池，并及时补充新鲜水，确保循环水系统不结垢、不腐蚀。 2、末端脱硫废水蒸发结晶处理系统为保证安全运行，石灰石-石膏湿法脱硫系统在运行中需定期排放一定量的废水，即脱硫废水。由图1可知，脱硫废水为全厂的末端废水，其pH值为5～6，盐质量浓度高达25～55g/L，含有Cl-、悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐与重金属等，该废水易结垢，腐蚀性强。采用常规工艺处理后，可实现达标排放，但因处理后的废水硬度高、Cl-未减少，腐蚀性强，不能实现复用，处理后一般外排或用于粉煤灰调湿。国内外还没有脱硫废水回用于前端设备的先例。
要实现脱硫废水的復用，关键是要将废水中的氯离子和硬度去除，避免复用设备发生腐蚀与结垢。为此，本文在某电厂率先开发了“二级预处理+多效蒸发结晶”脱硫废水处理工艺，成功将废水中的污泥与盐分进行了分离，处理后的水质接近蒸馏水，回用于冷却塔，全过程中没有任何废水排放。其工艺流程如图3所示。
处理工艺机理为：设置废水缓冲池，并曝气处理，使得水质均匀，为后续设备稳定处理创造条件。在一级反应器中投加石灰乳，使废水pH值提升至10.0以上，Fe3+、Mg2+、Zn+、Cu2+、Ni+、Cr3+等重金属离子形成难溶氢氧化物而沉淀；石灰乳中的Ca2+与废水中的F-离子反应生成难容的CaF2；在一级反应器还添加絮凝剂，使废水中细小而分散的颗粒和胶体物质在一级澄清器内凝聚成大颗粒物；同时添加助凝剂使得细小的絮凝物变大，形成更容易沉积的絮状物。废水中的重金属、悬浮物等在一级澄清器内浓缩，经脱水处理后变成污泥外排。废水从反应器出来后，进入中间水箱，Hg2+、Pb2+、Ca2+离子仍在废水中。增设二级反应器，添加有机硫和软化剂，并适当调整pH值，Hg2+、Pb2+与有机硫（TMT-15）反应生成难溶的硫化物沉淀，Ca2+同软化剂发生反应而被去除，经絮凝澄清后进入蒸发结晶系统前清水箱。软化后的废水进入蒸发结晶系统基本不发生结垢。采取四效蒸发结晶系统，如图4所示。
动力蒸汽取自辅助蒸汽，对一效蒸发器进行加热，动力蒸汽冷凝后回用；废水经一效蒸发器蒸发浓缩，其形成的二次蒸汽作为二效蒸发器的热源；浓缩后的废水进入二效蒸发器进一步浓缩，其形成的二次蒸汽又作为三效蒸发器的热源；如此类推，浓缩废水进入四效蒸发器后最后一次浓缩并结晶，经脱水将结晶盐提出。四效蒸发器出来的蒸汽最后进入凝汽器冷凝成水，该水即为脱盐后的蒸馏水，水质很好，回用于冷却塔。为节约能耗，从各效蒸发器抽取部分二次蒸汽用于废水的预热。投运后数据表明，每吨废水的蒸汽能耗为0.28t，综合费用约为180元/m?，含药耗、能耗、设备折旧与人工费用等。
3、废水污泥与结晶盐综合利用.若分离后的废水污泥与结晶盐不经妥善处理，遇水后仍会返回环境产生二次污染。为避免二次污染，实现废水污泥与结晶盐资源化综合利用是最佳方案。为此本文进行了污泥制砖试验，试验结果表明，水泥、石灰等固化料与污泥的比例在大于7∶3的情况下，污泥砖强度满足使用要求，达到国家行业标准；并经浸出试验，无重金属析出，满足环保要求。因污泥盐分含量高，污泥砖仅用于围墙、公园路面等建设用砖，不能用作房屋建筑材料。为提取高纯度的结晶盐，充分利用各种盐分在水中不同的溶度积，提高结晶盐中NaCl含量，提出的结晶盐满足二级工业盐标准，作为原料用于印染等行业。
结束语：燃煤电厂是工业生产水资源消耗第一大户，仅次于农业用水，减少用水量进而实现废水零排放研究，对水资源的有序开发，减少废水污染物排放总量，走可持续发展道路有着现实而重要的意义。同时，燃煤电厂真正实现废水零排放之后，对我国今后电厂水资源与固体废物综合利用、环境与资源行业消耗指标制订等将有极其深远的影响。
参考文献：
[1]莫华，吴来贵，周加桂.燃煤电厂废水零排放系统开发与工程应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2013，11：1368-1372.
[2]龙国庆.燃煤电厂湿法脱硫废水蒸发结晶处理工艺的选择[J].中国给水排水，2013，24：5-8.
[3]袁彬.燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺[J].山东工业技术，2014，17：54-55.
[4]沈荣澍，代厚兵，杨韦.脱硫废水常规处理及零排放技术综述[J].锅炉制造，2013，02：44-47.
[5]邢铁辉，熊斌，杨宏斌.浅谈燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺[J].电站系统工程，2012，06：73-74.
【关键词】燃煤电厂；废水零排放；关键技术
一、电厂水源、废水种类与废水量
1、水源水质、废水种类与废水量
广东某电厂水源为东江地表水（称水源1），其水质见表1所列。为比较不同电厂的水源水质差别，表1中同时列出了天津北疆电厂以海水为水源的水质（称水源2）、河南新密电厂以城市中水为水源的水质（称水源3）。为满足生产需要，不同水源的处理工艺不同，产生的废水种类与废水量也不同。地表水水源一般采用絮凝过滤工艺，产生含泥废水；海水水源一般采用膜法或蒸馏工艺，产生浓盐水；城市中水深度处理后产生含泥废水或浓盐水。
废水种类、废水量及其污染因子如下所述。燃煤电厂废水包括经常性废水和非经常性废水。经常性废水是指电厂日常生产过程中产生的废水，一般包括净化站产生的含泥废水（以海水或城市中水为水源的则为浓缩废水）、锅炉补给水系统产生的浓缩废水或再生酸碱废水、精处理装产生的再生酸碱废水和反洗废水、循环冷却水系统产生的浓缩排污水、脱硫系统排放的脱硫废水、输煤系统与煤场产生的含煤废水、主厂房产生的含油废水与员工生活废水等；非经常性废水主要是机组大小修期间产生的废水，如锅炉酸洗废水、空气预热器与脱硫GGH化学清洗废水及机组启动冲洗废水等
某电厂2×600MW机组设有循环冷却水系统，生产废水包括经常性废水和非经常性废水，其中经常性废水有净水站含泥废水、冷却塔浓缩排污水、锅炉补给水系统反渗透浓缩水脱硫废水、含油废水、含煤废水及生活污水；非经常性废水有锅炉水压试驗排水、机组酸洗废水、锅炉冷热态启动废水、锅炉烟气侧冲洗废水及空气预热器冲洗废水。生产废水中含盐类、石油类、氟化物、铁、重金属及悬污物等。
在循环冷却水系统浓缩倍率为10倍的情况下，某电厂2台600MW机组经常性废水量为165～244m3/h，每次大小修期间产生的非经常性废水34000余t，废水种类较多，废水量较大。
2、常规的燃煤电厂耗水统计分析
以某电厂2×600MW机组为例，如果按照常规电厂进行设计，即循环冷却水系统浓缩倍率范围为3～5倍，废水不回用，设备冷却水不回收，则各系统日常需水量、废水量与耗水量见表2所列。
由表2可知，常规的2台600MW机组春季日常生产全厂水耗为1854m3/h，废水量425m3/h，废水产生率22.9%，另还有660m3/h的设备冷却水需外排。为满足上述水量，全厂需水量2939m3/h。按设计利用小时数5500h计算，每年则有596.7×104m3废水或冷却水外排。
二、废水零排放系统性策略与难点分析
1、废水零排放系统性策略。由表2可知，采用常规的开式用水、排水系统很难实现废水零排放。废水零排放是系统工程，其策略方案如下：建立完整的梯级利用和循环利用体系，通过该体系实现水量的梯级浓缩、用水节约和循环利用，为全厂零排放奠定基础，如仅对设备冷却水实现循环利用，既可避免冷却水外排，又可减少需水量；在规划阶段做到经常性废水处理后复用的水量须小于各系统复用水消耗总量，即留有一定空间消耗处理非经常性废水，确保运行阶段全厂水量平衡；保证各类废水处理后达到复用系统用水水质要求，且水质稳定；设置足够的事故应急水池，确保任何情况下不排放废水；对于水质较好的废水就地处置，如机组冲洗后阶段的废水，水质优于循环水质，直接复用于冷却塔。2、废水零排放难点分析。由表2可知，在常规的循环水浓缩倍率下，循环冷却水系统浓缩排污水量与全厂最大的废水复用点脱硫系统的需水量相差较大。为实现水量平衡，开发极限浓缩倍率技术，最大限度地减少循环水系统的浓缩排污量，是实现废水零排放的难点之一。在所有经常性废水中，脱硫废水成分复杂，具有高浊度、高盐分、强腐蚀性及易结垢等特点，采用国内外传统处理工艺，处理后出水水质盐分含量仍会很高，尤其Cl-含量基本不变，还不能复用。
三、废水零排放系统及其关键技术开发
以“一水多用、梯级使用、循环利用”为架构的废水零排放系统，如图1所示。
某电厂废水种类齐全，同时设置有循环冷却水系统，冷却塔浓缩排污水需要复用，较为典型。本文结合各类废水特点和现有的废水处理工艺出水水质的保障情况，以某电厂为例，实现废水复用。图1中，设备冷却水与处理后的生活废水、工业废水等作为冷却塔的补充水；冷却塔的浓缩排污水作为脱硫系统的工艺补充水，经脱硫系统浓缩为脱硫废水；脱硫废水为全厂末端废水，先经预处理将其中污泥分离，再蒸发结晶处理将盐分分离，形成凝结水又回到冷却塔，如此构成“一水多用、梯级使用、循环利用”的废水零排放系统。
1、循环冷却水极限浓缩倍率技术
根据水量平衡要求，循环冷却系统浓缩排污水量须控制的范围为80～90m3/h，据此计算浓缩倍率则在10左右。为解决该问题，需进行高浓缩倍率模拟试验，寻找合适的药剂，控制循环水水质指标，避免结垢与腐蚀产生。据相关试验研究，在合理选用药品、循环水浊度控制在20NTU以内的情况下，加药浓度达到一定值后，某电厂循环冷却水系统在10.5以内的浓缩倍率（以氯离子或碱度计）工况下，其腐蚀与结垢趋势可控。某电厂循环冷却水处理系统如图2所示。
在图2中，设置循环冷却系统旁流过滤装置，保证循环水水质浊度小于20NTU；旁路过滤器容量的大小取决于冷却塔补水水质和冷却塔周围空气质量；旁流过滤器反洗废水主要污染物为悬浮物，其盐含量同循环水水质，进入电厂工业废水处理系统处理。循环水系统添加阻垢剂、缓蚀剂与杀菌剂，在日常生产中对药品浓度与水质指标跟踪监测，药品浓度不能低于模拟试验值，水质指标严格控制在设定范围内。若循环水盐度或硬度或硅含量或氯离子含量接近设定值，则排出部分循环水至复用水池，并及时补充新鲜水，确保循环水系统不结垢、不腐蚀。 2、末端脱硫废水蒸发结晶处理系统为保证安全运行，石灰石-石膏湿法脱硫系统在运行中需定期排放一定量的废水，即脱硫废水。由图1可知，脱硫废水为全厂的末端废水，其pH值为5～6，盐质量浓度高达25～55g/L，含有Cl-、悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐与重金属等，该废水易结垢，腐蚀性强。采用常规工艺处理后，可实现达标排放，但因处理后的废水硬度高、Cl-未减少，腐蚀性强，不能实现复用，处理后一般外排或用于粉煤灰调湿。国内外还没有脱硫废水回用于前端设备的先例。
要实现脱硫废水的復用，关键是要将废水中的氯离子和硬度去除，避免复用设备发生腐蚀与结垢。为此，本文在某电厂率先开发了“二级预处理+多效蒸发结晶”脱硫废水处理工艺，成功将废水中的污泥与盐分进行了分离，处理后的水质接近蒸馏水，回用于冷却塔，全过程中没有任何废水排放。其工艺流程如图3所示。
处理工艺机理为：设置废水缓冲池，并曝气处理，使得水质均匀，为后续设备稳定处理创造条件。在一级反应器中投加石灰乳，使废水pH值提升至10.0以上，Fe3+、Mg2+、Zn+、Cu2+、Ni+、Cr3+等重金属离子形成难溶氢氧化物而沉淀；石灰乳中的Ca2+与废水中的F-离子反应生成难容的CaF2；在一级反应器还添加絮凝剂，使废水中细小而分散的颗粒和胶体物质在一级澄清器内凝聚成大颗粒物；同时添加助凝剂使得细小的絮凝物变大，形成更容易沉积的絮状物。废水中的重金属、悬浮物等在一级澄清器内浓缩，经脱水处理后变成污泥外排。废水从反应器出来后，进入中间水箱，Hg2+、Pb2+、Ca2+离子仍在废水中。增设二级反应器，添加有机硫和软化剂，并适当调整pH值，Hg2+、Pb2+与有机硫（TMT-15）反应生成难溶的硫化物沉淀，Ca2+同软化剂发生反应而被去除，经絮凝澄清后进入蒸发结晶系统前清水箱。软化后的废水进入蒸发结晶系统基本不发生结垢。采取四效蒸发结晶系统，如图4所示。
动力蒸汽取自辅助蒸汽，对一效蒸发器进行加热，动力蒸汽冷凝后回用；废水经一效蒸发器蒸发浓缩，其形成的二次蒸汽作为二效蒸发器的热源；浓缩后的废水进入二效蒸发器进一步浓缩，其形成的二次蒸汽又作为三效蒸发器的热源；如此类推，浓缩废水进入四效蒸发器后最后一次浓缩并结晶，经脱水将结晶盐提出。四效蒸发器出来的蒸汽最后进入凝汽器冷凝成水，该水即为脱盐后的蒸馏水，水质很好，回用于冷却塔。为节约能耗，从各效蒸发器抽取部分二次蒸汽用于废水的预热。投运后数据表明，每吨废水的蒸汽能耗为0.28t，综合费用约为180元/m?，含药耗、能耗、设备折旧与人工费用等。
3、废水污泥与结晶盐综合利用.若分离后的废水污泥与结晶盐不经妥善处理，遇水后仍会返回环境产生二次污染。为避免二次污染，实现废水污泥与结晶盐资源化综合利用是最佳方案。为此本文进行了污泥制砖试验，试验结果表明，水泥、石灰等固化料与污泥的比例在大于7∶3的情况下，污泥砖强度满足使用要求，达到国家行业标准；并经浸出试验，无重金属析出，满足环保要求。因污泥盐分含量高，污泥砖仅用于围墙、公园路面等建设用砖，不能用作房屋建筑材料。为提取高纯度的结晶盐，充分利用各种盐分在水中不同的溶度积，提高结晶盐中NaCl含量，提出的结晶盐满足二级工业盐标准，作为原料用于印染等行业。
结束语：燃煤电厂是工业生产水资源消耗第一大户，仅次于农业用水，减少用水量进而实现废水零排放研究，对水资源的有序开发，减少废水污染物排放总量，走可持续发展道路有着现实而重要的意义。同时，燃煤电厂真正实现废水零排放之后，对我国今后电厂水资源与固体废物综合利用、环境与资源行业消耗指标制订等将有极其深远的影响。
参考文献：
[1]莫华，吴来贵，周加桂.燃煤电厂废水零排放系统开发与工程应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2013，11：1368-1372.
[2]龙国庆.燃煤电厂湿法脱硫废水蒸发结晶处理工艺的选择[J].中国给水排水，2013，24：5-8.
[3]袁彬.燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺[J].山东工业技术，2014，17：54-55.
[4]沈荣澍，代厚兵，杨韦.脱硫废水常规处理及零排放技术综述[J].锅炉制造，2013，02：44-47.
[5]邢铁辉，熊斌，杨宏斌.浅谈燃煤电厂脱硫废水零排放处理工艺[J].电站系统工程，2012，06：73-74.