小型火电厂废水零排放工艺研究

王家生，黄种买，易赛莉，张青
（武汉大学环境工程系，湖北 武汉430072）

　　摘　要：在对小型火电厂各用水系统水质特征进行调查分析的基础上，提出改进各用水系统的运行状况，提高水的重复利用率，减少废水排放。通过废水回用和最终处置，实现火电厂废水零排放。
　　关键词：小型火电厂；废水回用；零排放
　　中图分类号：X773
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009－2455（2002）03－0016－03

Study on the Zero Discharge Process of Wastewater from Small Scale Thermal Power Stations
SANG Jia-sheng, HUANG Zhong-mai, YI Sai-li,ZHANG Qing
(Environmental Engineering Department, Wuhan University, Wuhan 430072, China)

　　Abstract: Under the investigations of water quality characteristics of various water consumption system for small scale thermal power stations, some inprovement in operation conditions was suggested to raise water reuseefficiency and reduce wastewater discharge. Zero discharge of wastewater from small scale thermal power stations can be achieved by wastewater reuse and final treatment.
　　Key words: small scale thermal power station; zero discharge; wastewater reuse

　　小型火电厂在我国占有很大的比重，北方的大多数以供热为主的机组都不大。虽然小型火电厂的用水量相对较小，但是由于许多电厂建设时期较早。水务管理技术落后，使得耗水量和废水排放量很大。采用新的废水口用工艺和先进的水务管理技术，实现小型火电厂的废水零排放，不仅可以减少污染而且可以节约用水。这对于北方尤其是西北缺水地区有着非常重要的意义。

1 小型火电厂废水水质水量特点

　　小型火电厂的废水一般分为除灰废水、冷却系统排水、化学处理系统排水、输煤系统废水、厂区生活废水、含油废水和杂用水系统排水等。其中除灰废水和冷却水系统排水水量占整个电厂废水的80％左右[1]。其它废水水量由电厂的具体用水情况而定。冷却水系统排水水质较好，只是温度和COD较高。除灰废水水质差，水中不仅COD和SS很高，还含有许多重金属元素。表1为小型火电厂各废水系统水量和废水中的污染物情况^[2]。

表1 小型火电厂各废水系统水量和废水中的污染物统计 废水系统 冷却系统排水 除灰废水 化学处理系统排水 含油废水 输煤系统废水 厂区生活废水 杂用水系统排水 占总废水百分比/% 30-70 20-50 2-7 0.1-1 0.5-2 0.5-3 5-10 主要污染物 Cl^-、Ca²⁺等 重金属、COD、SS、Ca²⁺、SO₄^2-等 H+或OH^-、COD、Cl^-等 油污等 SS等 BOD等 COD、SS等

2 小型火电厂各用水系统节约用水和废水回用措施

　　小型火电厂废水的水量大，各用水系统水质差别大。若将电厂废水集中处理后再用；不但处理难度大，而且从经济上也是不可行的。实施废水零排放必须分别考虑各用水系统，提高水的重复利用率和废水资源化程度，在生产过程中减少用水和排水；这不仅技术上可行，经济上电厂也是可以承担的。
2.1 循环冷却水系统
　　循环冷却水系统用水量占火电厂用水量的90％左右。但补水量和排污水量较少，并且与浓缩倍率有关。当浓缩倍率提高到5.0时，补水量和排污水量只占循环水量的2.2％和0.5％左右。大多数小型火电厂现行冷却水系统的浓缩倍率仅2.0左右，浓缩倍率还有很大的提升空间。冷却水系统的排污可以作为低级用水系统的补水（例如冲灰系统、原煤加湿系统等）。
2.2 冲灰系统
　　小型火电厂大多采用低浓度输灰系统，灰水比一般为1:10。冲灰系统耗水量较大，占电厂总耗水量的50％左右。冲灰废水水质较差，COD含量高，并且含有多种重金属。由于重金属的浓度是微量的，处理难度大、费用高[2]。较好的措施是将冲灰水闭路循环；使冲灰系统只补水，不排水。
　　冲灰系统对补水水质没有特殊的要求；并且粉煤灰具有很好的吸附性能，可以净化其他废水的油污和有机污染物；所以其他系统的废水用于冲灰是较好的节水方案。
2.3 化学水处理系统
　　化学水处理系统包括二级除盐系统和反渗透系统等。废水主要包括离子交换再生废水、过滤器反洗废水和反渗透系统的浓侧排水等。废水中的硬度。
　　Cl-浓度较高、pH变化大，水质较差。较好的回用方案是作为冲灰系统的补水。
2.4 煤场废水
　　煤场废水的污染物较为单一，主要是SS以及微量重金属的污染。若循环使用，则微量的重金属离子可以不处理，只处理SS是比较容易的。使用高效混凝剂处理SS，可以使煤场废水形成闭路循环，不排污水。
2.5 含油废水
　　含油废水水量小，污染物单一。它可以作为原煤加湿系统和冲灰系统的补水。当作为原煤加湿系统的补水时，油污可以作为燃料烧掉；作为冲灰系统的补水时，油污被粉煤灰吸附。
2.6 杂用水系统
　　杂用水系统包括厂区生活用水、机房条用水和厂区杂用水等。这类用水对水质没有特殊要求，废水的污染物浓度不高。废水既可以作为冲灰系统的补水，也可以处理后再用。

3 小型火电厂的废水零排放工艺研究

　　以北方某电厂为例具体阐述小型火电厂的废水零排放的工艺。该电厂装有3台蒸发量为220t/h的锅炉和2台50MW的汽轮发电机，电厂的生产用水和生活用水均取自于自来水公司，废水外排。表2为北方某电厂水量平衡现状。
　　该电厂的循环冷却水补水全部经过弱阳床系统处理。电厂冲灰水经水膜除尘器到前池汇合，然后由一级灰浆泵送入灰浆浓缩池，经浓缩后送到灰场。灰浆浓缩池的溢流水部分回用于冲灰，其他汇人0#井。电厂所有未回用废水均集中于0#井然后外排。电厂水质调查情况如表3^[3]。

表2 北方某电厂用水系统水量平衡 用水系统 冷却水系统 除灰系统 化学处理系统 空压机冷却水 输煤系统用水 含油废水 生活用水 其它杂用水 用水总平衡 总不量 12798 500 58.6 12.0 22.9 0 11.6 7.7 13450.4 补水量 218 148 58.6 12.0 22.9 0 11.6 7.7 518.4 循环水量 12580 352 0 0 0 0 0 0 1293.2 耗水量 159 92 32 1.0 20.9 0 2.1 1.7 318.3 排水量 59 56 26.6 11.0 2.0 0.5 9.5 6.0 200.6

表3 北方某电厂水质调查 pH 原水 冷却水 弱阳床出口 离子交换再生废水 冲灰水 灰场水 0#井 pH 7.54 8.37 4.46 　 3.45 9.23 5.61 Ca²⁺硬/（mmol.L^-1) 2.80 1.12 0.26 10.01 10.9 12.6 5.15 总硬/（mmol.L^-1) 5.47 1.91 0.88 13.50 14.1 15.1 8.21 电导率/（μS.cm^-1) 450 　 　 　 2587 1936 　 全碱度/（mmol.L^-1) 4.20 5.16 　 6.07 　 1.56 1.52 酸度/（mmol.L^-1) 0 　 1.70 　 0.57 　 0.69 Cl^-/(mg.L^-1) 41.00 95.09 40 1570.0 　 　 431

　　由表3可以看出循环冷却水的水质较好。浓缩倍率还有很大的提升空间，即使浓缩倍率提高到6.0也不会出现结垢问题。浓缩倍率提高后可能出现腐蚀问题，此问题可以通过改进目前使用的水质稳定剂来解决。电厂采用水膜除尘装置，冲灰废水中溶有大量的SO₂，使废水的pH值偏低。冲灰系统经常出现设备腐蚀和释放SO₂等问题。由于pH小于8，所以灰管结垢可能性不大；可以将冲灰系统闭路循环，不排废水。用石灰提高冲灰系统的pH，使其达到5.5左右来降低设备的腐蚀速率^[4]。因此0#井电厂废水汇集处，水质差，且水质水量在不同时间相差很大，集中处理难度大。输煤系统和燃油泵轴承用水对水质要求不高，它们的补水可以用冷却系统排水代替。化学处理系统排水、含油废水和厂区生活废水水质较差，可以将它们作为冲灰系统的补水。其它杂用水系统的排水同样可作为冲灰系统的补水。
3.1 北方某电厂废水零排放实施方案
　　①将冷却水系统的浓缩倍率由2.0提高到4.5－5.0。改进目前使用的水质稳定剂和弱阳床再生方式，保证冷却水系统的正常运行。冷却水系统的废水作为输煤栈桥用水、原煤加湿用水和燃油泵轴承用水的补水。
　　②有的除尘系统改造为脱硫-除尘-体化系统，使脱硫效率由原来的15％提高到70％。新建石灰制浆系统，向脱硫-除尘-体化系统供应石灰浆。脱硫后残余的石灰进人灰沟，中和酸性的冲灰水，控制脱硫—除尘—体化系统出口的pH值为5－5.5，灰沟混凝土构件做防酸处理。
　　③0#井的废水分成两部分来处理。燃油泵排出废水、储油罐的排水、化学水处理系统废水和灰浆泵排出的轴封水直接送到新建的石灰制浆系统作为其补水。其他杂用水系统废水仍排入0#井，然后送到冲灰系统作为冲灰系统的补水。
　　④平衡水量，减少水量波动造成废水外排，新建一个1000m3的冲灰水调节池，以稳定冲灰水的回收量。把0#井的容量增大到2000m³，用于接收地表径流，使发生暴雨时不对外排放废水。
　　⑤实施废水零排放后电厂的总补水量和总耗水量相等^[5]。新的水量平衡如表4。

表4 废水零排放后用水系统水量平衡 用水系统 冷却水系统 除灰系统 化学处理系统 空压机冷却水 输煤系统用水 含油废水 生活用水 其它杂用水 用水总平衡 总水量 12735.5 444 58.6 12.0 22.9 0 11.6 7.7 13250.3 补水量 183.5 92 58.6 12.0 22.9 0 11.6 7.7 318.3 循环水量 12580 352 0 0 0 0 0 0 12932 耗水量 159 92 32 1.0 20.9 0 2.1 1.7 318.3 排水量 24.5 0 26.6 11.0 2.0 0.5 9.5 6.0 0

3.2 废水零排放环境和经济评价
　　①环境评价。该电厂废水零排放工程实施后，每年少向环境水体中排放工业废水17.5×105m³，少向环境水体取用新鲜水17×105m³。其社会和环境效益是显而易见的。
　　②经济评价。该电厂水费以每吨1.1元计算，零排放工程运行费用包括石灰及设备的消耗和工人的费用,排污费以现在每年所交排污费计算；具体费用计算如表5。由表5可以看出，本项目实施后，虽然每年公司的净费用为5.9万元。然而对于水资源非常紧缺的北水地区来说，其潜在的经济效益将远远大于5.9万元。

表5 零排放方案经济分析 项目 数量 节约水量 1753000m³/a 节约取水费 192.8万元/a 少交废水排污费 25万元/a 工程运行费用 223.7万元/a 净费用 5.9万元/a

4 结论

　　通过对小型火电厂用水和排水的水质特征研究，并以大同热电有限责任公司为例，提出合理的节水工艺和废水资源化技术。通过这些技术的应用，实现小型火电厂废水零排放。火电厂废水零排放的实施，不仅保护了电厂所在地的环境，同时还节约了用水，为水资源短缺地区带来巨大的经济效益。

参考文献：

　　[1] 刘希波.火电厂水务管理[M].北京：中国电力出版社，1998.
　　[2] （苏）B H波克罗夫斯基，等.火力发电厂废水处理[M]，北京：水利电力出版社，1986
　　[3] 中华人民共和国水利电力部.火电厂水质分析方法SD164－85[M].北京：水利电力出版社，1985.
　　[4]Julius Isaac, et al. Design and start-up of the zero discharge facili ty at Ocean State Power[R].IWC-1991，4.
　　[5] Christopher D Headley，et al.Logan generating plant experience with Zero-Liquid discharge[R] . IWC-1996-42.

　　作者简介：王家生（1976－），男，河南桐柏人，武汉大学环境工程硕士，主要从事火电厂废水处理研究。