火电厂废水回用的方式及技术要点
摘要：文章分析了火电厂废水的特点，提出了火电厂废水新的分类方法(如将废水分成无需脱盐处理、需要脱盐处理、可循环使用和不能回用等4类)；分析了火电厂各类废水的回用现状；讨论了废水的回用方式(如低含盐量、高含盐量废水的回用和其他废水的回用)；指出了废水综合利用的技术要点，特别强调了废水综合利用的关键是在提高灰水比和循环水浓缩倍率的基础上使高含盐量的废水量与冲灰系统的补水量相匹配。
关键词：火电厂；节水；废水回用；水资源
火电厂的节水途径包括采用空冷技术、提高循环水浓缩倍率、开展废水回用等。其中，空冷具有耗水量少的优点，但热效率低，只能用于北方严重缺水的地区。废水回用是火电厂节水减排的重要途径，通过废水回用，可以替代火电厂30％ 以上的新鲜水，节水潜力巨大；同时又可以减少电厂的废水外排量，减轻对环境的污染。因此，对废水综合利用，实现废水资源化，已成为火电厂实现可持续发展的必由之路。
1 火电厂废水的特点和分类
1．1 废水的特点
与化工、造纸等工业废水相比，火电厂的废水有以下特点：
(1)废水的种类很多，水质水量差异很大。电厂主要的废水包括循环水排污水、灰渣废水、工业冷却水排水、机组杂排水、含煤废水、油库冲洗水、化学水处理工艺废水、生活污水等。
(2)废水中的污染成分以无机物为主。在生产过程中进入水体的有机污染物主要是油，其他有机成分很少。
(3)间断性排水较多。
表1为火电厂几种主要废水的特点分析。
| 表1 火电厂废水的特点分析 |
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1．2 废水的分类
对废水进行合理的分类是废水综合利用的基础，同一类废水可以采用同一类处理工艺实现回用。目前，火电厂废水的分类主要是按照废水的来源确定的，种类很多，与回用没有直接的关系。根据火电厂各类废水的水质水量特点，以处理回用为目标，可以将火电厂的废水分为以下几类：
(1)不需要脱盐处理即可回用的低含盐量废水。这类废水包括机组杂排水、工业冷却水系统排水、生活污水等。这部分水的共同特点是在使用过程中含盐表1 火电厂废水的特点分析量没有明显的升高，回用处理系统不考虑脱盐，处理后的水质可以达到或接近工业水的水质标准，甚至可以替代新鲜水源。这类水的深度处理成本相对较低，因此目前在电厂中回用的比例较高。
(2)需要脱盐处理才能回用的高含盐量废水。这类废水的特点是水在使用过程中因为浓缩或者加入了酸、碱、盐而使含盐量大幅度升高，一般含盐量可达工业水的数倍以上。典型的例子有反渗透浓排水、离子交换设备再生废水、循环水排污水等。这种水除了用于冲灰、除渣、煤场喷淋之外，回用必须经过脱盐处理，因此回用系统比较复杂，回用成本比较高，所以目前的回收利用率较低。因为经济的原因，循环水排污水的回收处理必须在较高的浓缩倍率下才能实现。各电厂循环水排污水的含盐量因补充水水质和浓缩倍率的不同而差别很大。如宝鸡第二发电厂，浓缩倍率达到5左右，循环水排污水的含盐量仅为 1 200 mg／L；而山西某些电厂，浓缩倍率为2，而含盐量就达到1 000 mg／L以上。
(3)循环使用的废水。这类废水包括含煤废水、冲灰除渣废水。这部分废水的水质比较特殊，通常悬浮物很高。含煤废水的悬浮成分主要是煤粉，灰水则主要是灰粒。另外，灰渣废水的含盐量和pH都比较高(以前的水膜除尘系统灰水的pH较低，现在已比较少)。由于组分比较特殊，因此通常不与其他废水混合处理，而是单独处理后循环使用；处理工艺以沉淀为主，目的是除去水中的悬浮物。
(4)不能回用的极差的废水。这些废水水质极差，因处理成本极高而没有回用价值。例如脱硫废水，其含盐量、悬浮物、重金属离子含量都很高，但水量较小，一般单独处理后达标排放。还有一些非经常性废水，如化学清洗废水、空预器烟气侧冲洗废水等都只能排放。
2 废水的收集问题
(1)因为各排水点的分布比较复杂，不可能将每种废水单独收集，但可以尽量地按照废水处理工艺的异同来收集。
(2)电厂的废水一般是无压水，其收集主要通过沟道完成。废水收集沟道的泄漏是普遍存在的问题。在南方地区，因为地下水位高，地基软，沟道容易因不均匀沉降而发生开裂，导致废水外溢或内渗。外溢对地下水的水质有污染，而且废水在收集过程中损耗过大，不利于水量的平衡；内渗水则会影响废水的水质。如果地下水含盐量比废水的高，则有可能影响废水的回用。如在有些滨海电厂，浅层地下水的含盐量很高，即使少量渗入也会使废水的含盐量很高，影响其使用。地下水的水位还受海潮潮位的影响：涨潮时，地下水位升高，内渗严重；落潮时，地下水位降低，废水外溢。
(3)在用海水冷却凝汽器的电厂，海水会因隔离不完善而混入废水收集系统。因海水的含盐量极高，往往少量的泄漏也会使废水的水质劣化，使收集的废水失去使用价值。常见的泄漏发生在主厂房废水收集系统。
(4)某些欲回收的间断性废水的收集系统有时需要改造。如循环水排污水的瞬时水流量很大，如果处理回用，则必须将其改为连续排污，从循环水泵出水管道引出连续水流进行处理。
3 废水的回用方式
3．1 低含盐量废水的处理回用
这类废水因含盐量不高，比较容易进行回用。在电厂最典型的是主厂房排水。这类水通常是通过混凝澄清、过滤等工艺除去水中的悬浮物、油类和有机物等杂质后，补入电厂的循环冷却水系统。
如果废水中不含生活污水，一般直接采用混凝沉淀或气浮、过滤处理后，水质即可达到工业水系统的水质要求。但大多数电厂的废水中含有一定比例的生活污水，因此，为了降低氨氮的含量和BOD，在深度处理系统中要加进生物处理单元。
有些电厂的生活区与生产区在一起，而且生活污水的量比较大，因此可以通过污水深度处理系统将其处理后回用。这方面的工程实例已经很多，如山东齐鲁石化热电厂、山东黄台电厂、华能北京热电厂等。已有的工程实例证明，生活污水经过严格处理后，可以用于循环水系统。
3．2 高含盐量废水的处理回用
在各种高含盐量废水中，循环水系统的排污水量很大，对全厂的水平衡影响也最大，循环水的浓缩倍率的大小直接影响着发电水耗的高低。在干除灰电厂中，循环水排污水占电厂废水总量的75％ 以上。从水量上讲，只有将这些废水进行回收利用才能实现全厂废水的高回用率。
对于水力冲灰的电厂，高含盐废水不经处理便直接用来冲灰和除渣。随着干除灰技术的发展，电厂的水平衡发生了重大的变化，高含盐废水可直接使用的场合很少。除了煤场喷淋、干灰调湿、水力除渣等能消耗掉少量的水之外，剩余的高含盐量废水必须经过脱盐处理后才具有使用价值。除了含盐量高外，这些废水大部分经过浓缩，水中致垢的无机离子 (如Ca¨ 、HCO；等)已经达到过饱和，具有强烈的结垢倾向，容易在用水系统中结垢，所以这种废水的处理系统很复杂，除了考虑除去对反渗透膜有污染的悬浮物、有机物、胶体等杂质外，还要降低碳酸钙、硅酸盐等难溶盐的过饱和度，以避免在水处理系统中析出沉淀物。
对于循环水排污水，已有的回用方式是通过反渗透脱盐处理后，将淡水补充到锅炉补给水处理车间做原水，排出的浓盐水用于除渣、输煤系统。由于循环水的水质复杂，很容易对反渗透膜造成污染，因此这种回用方式的处理成本较高。
3．3 其他废水的回用
(1)含煤废水的回用。含煤废水是电厂悬浮物含量最高的废水，主要来自电厂输煤皮带喷淋、输煤栈桥地面冲洗、煤场排水等。其含有的主要污染物为煤微粒、胶体、油。采用的处理工艺：含煤废水收集池一煤泥沉淀池(初沉淀)一澄清器一石英砂过滤一煤系统补充水池。含煤废水中的煤粉微粒很难直接沉降，混凝处理后形成的絮体强度较差，在澄清设备中絮体容易被破碎而上浮，所以需要的澄清分离面积较大。国内近年来也有采用微滤工艺技术处理含煤废水的工程实例，如上海杨树浦电厂。微滤的优点是出水水质更好，悬浮物含量可以小于1 mg／L，系统也比沉淀、过滤工艺简单；缺点是滤元的更换费用较高。
(2)冲灰、除渣废水的回用。冲灰水的水质特点是悬浮物、pH、含盐量都比较高(灰场返回的清水因为经过长时间沉淀，悬浮物很低)，其用途与含煤废水相似，也只能回用于原系统。冲灰水的回用需要解决回水管道的结垢问题。冲灰水在以前曾是火电厂最多的废水，灰场清水的回用曾经是节水技术领域的热点。但近年来新建的电厂大多采用干除灰系统，很多老电厂也进行了干灰综合利用改造；在干灰旺销季节基本上不再使用水力除灰，因此近年来对冲灰水的关注明显减少。但是，当干灰销售不畅时，由于没有干灰贮存场地，这些电厂仍还要采用水力除灰。
4 废水综合利用的技术要点
废水的综合利用就是充分、合理地利用电厂的各类废水资源，以达到节水和废水减排的目的。废水综合利用的第一步是在全厂水平衡优化的框架内制订方案。
在进行废水综合利用时，首先要减少上游废水量，这是十分重要的。对于采用水力冲灰的循环冷却型电厂，循环冷却水系统和冲灰水系统是2个最大的水系统，也是对全厂水平衡影响最大的2个水系统。要实现节水，循环水系统的排水量与冲灰用水量相匹配是很重要的，因为用循环水排污水、酸碱废水等高含盐废水冲灰是最经济的。水力冲灰的循环冷却型电厂的节水要点是：
(1)提高冲灰系统的灰水比。灰水比越高，需要的冲灰水量越小，从而可以降低冲灰系统的耗水量。
(2)在废水的使用中，要避免废水的降级使用。例如，尽量使用高含盐量废水来冲灰，省下低含盐量废水可用于其他水质要求高的场合。因为冲灰系统对含盐量没有要求，水中的过饱和盐分在与灰浆混合的过程中会沉淀。大部分沉淀会吸附在灰颗粒上。因此回用成本相对较低。对于循环水排污水、水处理系统排出的酸碱废水、反渗透浓排水等高含盐量废水，冲灰系统是其理想的受纳体。尽管各种废水的补入会增加冲灰水系统结垢的可能性，但是从节水和全厂的水平衡优化来讲这是值得的。
(3)通过技术经济分析，在提高冲灰系统灰水比的情况下，根据冲灰系统的耗水量和其他高含盐量废水的产生量，综合考虑水质、凝汽器管材等因素，确定循环水合理的浓缩倍率，使得高含盐量废水的水量与冲灰系统的补水量相匹配。因此，对于水力冲灰电厂来讲，循环水浓缩倍率、冲灰系统的灰水比是水平衡优化的关键，而这些参数需要根据电厂的实际情况(如循环水水质、水系统材质、灰量、灰浆泵型式)来确定。
5 结论
(1)火电厂的废水种类很多，需要分类处理、分类回用。
(2)按照分类处理的需要，可以将废水分为低含盐量废水、高含盐量废水、循环使用的废水和不能回用的极差废水4类。同类废水可以收集在一起处理。
(3)对于高含盐量废水，因工艺复杂。处理成本高，为了降低投资和运行成本，首先要从源头上尽量降低废水的产生量，以减小废水处理系统的规模。另外，高含盐量废水的处理难度较大，其回用处理技术和经验还没有达到成熟应用的阶段，因此在很多情况下，工程前期的研究工作是必不可少的。
(4)废水综合利用的关键是在提高灰水比(水力除灰电厂)和循环水浓缩倍率的基础上，使得高含盐量废水的水量与冲灰系统的补水量相匹配。
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