废水集成与零排放技术在火电厂的应用分析

火电厂废水零排放系统是西方工业化国家在20世纪70年代初期发展起来的先进的火电厂水务管理技术，在该系统内所产生的废水，经过适当处理，全部或大部分回到原来的生产流程或其他生产流程，水被反复使用，水源仅提供一定量补充以弥补各种水损失。通过这些措施，整个系统可以完全不向外排放废水。零排放系统被认为能最大限度地利用水资源，减少电厂的总用水量，并防止外排废水污染环境，提高电厂周围的环境质量及其运行的经济性。零排放系统是水资源合理充分利用的理想模式。

1.火电厂废水零排放系统

图5-23是零排放系统的水量平衡示意图，该系统的水量平衡关系为：

式中 Qm——补充水量；

Q1——生产过程损失水量；

Qr——重复利用水量；

Qd——排水量。

在零排放系统中要求不向环境排出污水，其水量关系为：Qm=Q1，即新鲜水仅用于补充水系统中的各种损失。

要使水系统达到零排放，有两个技术措施是关键：①建立高度的水复用系统；②采取严格的废水处理措施。根据具体情况，零排放可以在一个工段、一个车间实施也可以在一个工厂，甚至在一个地区实施。

比如火力发电厂汽轮机凝汽器在水源受限制地区多数采用循环冷却方式，若选用合适的冷却水处理措施，如用过滤—弱酸阳离子交换法或石灰处理等方法处理循环水补充水，最大限度地提高冷却水浓缩倍率，将循环水中成垢组分、影响腐蚀的成分及悬浮物质保持在一定浓度范围，维持水质不结垢、不腐蚀的稳定状态，再通过反渗透、电渗析等方法处理排污水回收利用，最终再将少量污染物含量高的浓缩水经蒸发装置、喷射干燥器或盐水结晶器等制成干饼，储存、覆土和植树，在干热地区也可以采用阳光曝晒池，使浓缩水自然蒸发成干饼，从而达到零排放。

有人估计，随着人类社会对能源不断增加的需求，人类活动所排放的污水的急剧增多，将会使全世界的河流不堪重负，因为，为保持地球上自然淡水水体的清洁，对用于稀释这些污水的河水水量的需求将会成倍地增长。因此，建立更大的零排放系统是目前国际上非常重视的问题，许多国家的火电行业都在开展研究，改革那些与节约用水有关的生产工艺，以便把整个火力发电厂建成一个实现废水零排放的闭路循环系统，图5-24是这种电厂的一种水务管理模式。

2.废水零排放设计原则

零排放系统的设计涉及到水系统内和水系统外的方方面面，要求设计人员对资源利用、环境保护、安全运行、经济核算进行综合考虑。设计中应该把握以下几点原则：

(1)以保护水资源为基本出发点，选择最合适的水源、尽量少用水和尽量使用水质低的原水。

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图5-23　零排放系统水量平衡示意图

图5-24　一种废水零排放系统的水务管理模式

(2)以保证系统运行安全、经济、维修方便为基本要求，设备系统的设计需与指定的水源相适应；设计方案要留有余地，当水和废水系统运行状况改变时，能较方便地调整适应。

(3)以充分使用水资源为目的，在对电厂的水和废水的来源、流程、水质特点、水量平衡综合分析的基础上，尽量考虑建立循环、串级，处理后回用的水系统。

(4)采用节水生产工艺，尽可能在生产过程中减少废水的排数量和控制废水中污染物的浓度。例如，在水力冲灰系统中用高浓度输浆方式替代稀浆输送方式，就可大大地降低灰场灰水的排放量；或用干灰输送方式替代水力输灰就可做到无灰水排放；在化学除盐系统中采用离子交换逆流再生、串级再生等方式，可降低酸碱废液的排放量，采用EDI技术可以完全消除酸碱废液的排放。

(5)以废水处理和回收再利用为手段，设计经济合理的废水处理和回收再利用工艺流程、降低系统运行的费用。例如，在水力输灰系统中建立灰水或渣水的再循环系统，以便重复利用，做到不排或少排废水。

(6)清污分流，一水多用。例如，将冷却塔排污水用作冲灰、冲渣；将主厂房生产排水收集在一起，经适当处理作循环冷却水的补充水，一般来说，将清、浊废水分别处理，可以减少废水处理的工作量和设施费用。

(7)从全局出发，对火电厂的水源、用水和排水进行全面规划，对废水进行统筹处理，选择最经济、最合理的废水处理工艺。

(8)保护水体的同时，必须做好有害气体和固体废物排放的监督和控制，实现了废水零排放系统中，废水最后一道处理工艺基本上都是采用蒸发法，蒸发的结果是水变成气态进入大气，剩下的蒸发不掉的溶解性固体物质和悬浮物质，最终作就地填埋处理。这些物质有可能进入大气、土壤或水体，因而，对有关的空气、水体、土壤的质量控制，固体废物处理系统必须统筹考虑。

3.火电厂废水处理

采取严格的废水处理措施，是零排放系统的突出特点，但由于废水处理是一项工艺复杂而且投资和运行费用高的综合技术，因此需要进行详细的经济、技术比较。在零排放系统的设计中，废水处理工艺是一个关键问题。在废水处理中应注意将生产工艺和环境保护统一考虑，通过综合分析找出比较经济、合理的处理方案。表5-9是火电厂各类废水的水质特性及处理方法一览表。

表5-9　火电厂各类废水特性及处理方法

通过对电厂废水处理进行深入分析，遵循加强电厂水务管理、清浊分流治理、分级回用的三大原则；综合评估技术可行性，运行稳定性及项目投资经济性，为电厂量身定做零排污解决方案，为企业降低成本，为社会改善环境。比如河北南部电网某厂装机容量为4×300MW，其设计的1号、2号机循环冷却水采用加酸加水质稳定剂的处理方法，浓缩倍率控制在2.3以下，所以排污水除供本机组的冲灰使用外还有大量的富余。为充分利用水资源，在3号、4号机循环冷却水的设计中，该厂巧妙地将1号、2号机循环冷却水的排污水经过部分处理(如弱酸阳离子交换)后直接作为3号、4号机的循环水的补充水。而3号、4号机循环水的排污水一部分用于机组的冲灰，另一部分水则再经过一定的处理(如反渗透)后送往水处理车间回收利用。这种设计思路新颖，达到了提高浓缩倍率、降低排污和节约用水的目的。

总之，多年来国内外在节约用水方面已经获得了很多成功经验，可以作为节水工程的借鉴和参考。