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火电厂近零排放综合效益研究

发表时间：2020/8/20 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘伟黄元生

[导读] 摘要：当前，我国火电厂废水排放标准的要求日益严格，尤其是最新颁布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），更是将水环境保护上升到了国家战略层面。

        华北电力大学（保定）经济管理系河北保定 071000
        摘要：当前，我国火电厂废水排放标准的要求日益严格，尤其是最新颁布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），更是将水环境保护上升到了国家战略层面。火电企业作为用水、排水大户，其用水量占工业用水总量的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：火电厂；近零排放；综合效益
        1 引言
        我国是一个淡水资源短缺的国家，保护水资源和节约用水是环境保护国策的重要内容。随着经济的发展，我国淡水资源短缺的矛盾日益突出，已经成为限制地方经济发展的重要因素之一。电力工业是国民经济发展的基础行业，而火电厂是用水大户，全国发电厂用水量约占全部工业用水量的30%。火电厂节约用水、减少排放的实施势在必行，意义重大；而我国火电厂机组的平均耗水量较技术发达国家偏高的现状普遍存在，这客观地为节约用水、减少排放技术的深化与推广创造了条件。
        2 火电厂近零排放水质特征
        石灰石－石膏湿法烟气脱硫过程中，为了维持脱硫塔内浆液循环系统的物料平衡，防止出口烟气中氯浓度超过规定值和保证石膏质量，必须从脱硫系统中排放一定量的废水。脱硫废水的主要特征为：弱酸性，pH值一般在4~6之间；悬浮物含量高（主要为石膏、飞灰和硫酸盐等），颗粒细小；可溶性氯化物和氟化物含量高（Cl－质量浓度可高达20000mg／L左右）；重金属离子浓度超标（Pb、Cd、Cr、Hg、Co、Cu、Ni等），CODCr浓度超标。
        国内某电厂排放脱硫废水水质指标。因受煤种、补充水水质和排放周期等因素的影响，脱硫废水的水质和水量因电厂而异，因排放时段而异。大部分电厂的脱硫废水虽经过原有废水处理系统的处理，悬浮物和钙硬度有所降低，但废水中的钙、镁硬度仍然很高。
        此外，废水中Cl－、SO42－等浓度也较高，易造成深度处理系统工艺单元的结垢腐蚀，影响系统的稳定运行。因此，脱硫废水的终端处理手段的选取需充分考虑废水的水量和水质特征。如果经过化学沉淀法处理后废水的钙、镁硬度仍然较高，则需要采取进一步的预处理措施，如加入石灰／氢氧化钠和碳酸钠，使废水中Ca2＋、Mg2＋、SiO2等通过化学反应生成沉淀，然后通过自然沉淀或微滤膜的形式进行固液分离。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。
        3 火电厂近零排水系统的零排放
        火电厂循环水系统用水量很大，其工艺系统概述。目前在缺水地区电厂的循环水系统大都采用带湿式冷却塔的淡水二次循环系统，其节水潜力较大，本节仅就淡水二次循环的节水作探讨。淡水二次循环的水损失主要体现在排污损失上，而排污损失则主要与冷却塔的浓缩倍率有关。
        浓缩倍率越大，排污损失越少，节水越明显；但浓缩倍率的提高受到水盐浓度提高引起的结垢、腐蚀等因素的影响，也受凝汽器管材的限制，故浓缩倍率的过分提高并不经济；设计中浓缩倍率一般选为3一5。
        在电厂水系统中，冷却塔的排污水一般用于冲灰，但由于受浓缩倍率不能过分提高的限制，冷却塔的排污水量要远大于冲灰用水量，需采取节水措施对冷却塔排污水进行处理后回用，才能达到节水、减少排放的目的。
        旁流过滤主要除去水中的悬浮物、尘埃，同时作为反渗透装t的预处理。旁流过滤的工艺流程一般采用“加药“混凝*常规澄清过滤（或微滤）装置”；反渗透装置主要是脱盐，降低水中的含盐量以满足凝汽器管材对盐浓度的要求；同时在此基础上可以适当提高冷却塔的浓缩倍率，最终实现淡水二次循环水系统的零排放。

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增加此工艺后的新增投资比空冷技术超额湿塔方案的投资要少，特别适用于已建电厂的技术改造，此工艺已经在大同二电厂技改工程中实施。
        4 促进火电厂近零排放效益减量化处理技术
        4.1 反渗透膜技术
        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，应用广泛。反渗透是渗透的逆过程，它主要是在压力的推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液中的溶剂与溶质分开的膜分离过程。反渗透膜技术具有净化效率高、成本低和环境友好等优点，使得它在近几十年的时间里发展非常迅速，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。反渗透膜技术的主要缺点在于废水中杂质沉积造成的膜污染和膜氧化，而且膜的截留性能仍需进一步提高。
        4.2 正渗透膜技术
        正渗透膜技术属于膜分离过程。水从高水化学势区通过选择性渗透膜向低水化学势区进行转移。选择性渗透膜分隔的高水化学势区和低水化学势区所存在的渗透压差是正渗透过程的驱动力。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。在废水处理方面，正渗透的高水化学势区为待处理的废水，低水化学势区为待定选择的汲取液。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以及能产生较高渗透压及水通量的汲取液的选择。华能长兴电厂引进了正渗透膜技术处理脱硫废水，18m3／h的脱硫废水可以浓缩至3～4m3／h，浓水中污染物质可全部以结晶和污泥的形式分离，废水100％回用。运行中蒸汽、药剂、电的消耗量大大降低，处理1t废水的能耗由传统蒸发结晶法的20～40kW•h降低到10kW•h，运行成本降低30％。
        4.3 膜蒸馏技术
        膜蒸馏是一种新型的分离技术，是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。膜蒸馏过程区别于其他膜过程的特征是：膜是微孔膜；膜不能被所处理的液体浸润；膜孔内无毛细管冷凝现象发生；只有蒸汽能通过膜孔传质；膜不能改变操作液体中各组分的汽液平衡；膜至少有一侧要与操作液体直接接触；对每一组分而言，膜操作的推动力是该组分的气相分压梯度。膜蒸馏技术具有不易被污染、操作压力低、预处理简单、产水品质高和可处理高浓度盐水等优点。但该技术也存在需要消耗能量且能量利用率较低、膜通量较小和膜污染与膜润湿等问题。目前，该技术在大规模应用上仍然不成熟，包括大规模应用下的安装、长期运行、经济效益和结垢污染等情况仍需要进一步探究。
        5 结语
        综上所述，电厂的废水零排放虽然增加了部分投资，但节省了水费和排污费。以大同电厂二厂废水零排放改造为例，改造工程重要投资在循环水排水的反渗透处理项目和生活污水的生物处理项目上，加上其它配套设施，总投资为3千万元左右，全厂实现废水零排放后每天可节省用水盆约1.8万吨，节省的水费大大多于运行管理费用，改造的投资可通过节省的用水费和排污费在3年左右收回。电厂的废水零排放具有良好的经济效益和社会效益，应在电厂设计的水量平衡中综合考虑，其工艺流程应进一步深化、推广。
        参考文献：
        [1]ANTHONYBDevelopmentsindesalinationandwaterreuse［J］Filtration＋Separation，2015，52（4）：28－33
        [2]SHUANGCHENJINGONGDetalResearchondesulfurizationwastewaterevaporatioPresentandfutureperspectiveRenewableandSustainableEnergyReviews，2016，58（1）：1143－1151
        [3]邵国华，方棣电厂脱硫废水正渗透膜浓缩零排放技术的应用［J］工业水处理，2016，36（8）：109－112