新形势、新要求 燃煤电厂节水治污有新法
新形势、新要求燃煤电厂节水治污有新法
卫茂盛1 董兆祥2
1、大唐信阳华豫发电有限公司信阳464000
2、邯郸市奥博水处理有限公司邯郸056002
【摘要】通过重温国务院关于节水治污方面的有关指示和要求，阐明了燃煤电厂节水治污工作的重要性和紧迫性。文中指出了燃煤电厂废水排放的现状和现有循环水处理理念及方法的滞后性，提出了废水用作循环水零排放的全新理念和应用技术，或将成为燃煤电厂彻底实现废水零排放的新方法。
【关键词】燃煤电厂、节水治污、新方法
引言
长期以来，燃煤电厂在节水减排方面做了大量的工作，采取了多种措施，取得了重大进展。但是，由于受到传统理论、理念的影响和不适宜标准的限制，废水依然排放，水环境依然受到污染。怎么办？惟有原始创新、颠覆性创新，实行废水用作循环水零排放技术，才能从根本上改变现状，才能给人民群众交上一份满意的答卷。
一、燃煤电厂节水治污工作形势严峻
《国务院关于实施最严格水资源管理制度的意见》（国发2013.3号）指出：“水是生命之源，生产之要，生态之基，人多水少，水资源时空分布不均是我国的基本国情和水情。当前我国水资源面临的形势十分严峻，水资源短缺，水污染严重，水生态环境恶化等问题日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈”。国务院（2015.17号）发布的《水污染防治行动计划》进一步指出：“我国正处于新型工业化、信息化、城镇化和农业现代化发展阶段，水污染防治任务繁重艰巨。并要求各地区、各部门以抓铁有痕、踏石留印的精神，依法依规狠抓落实，确保全国水污染治理与保护目标如期实现，为实现‘两个一百年’奋斗目标和中华民族伟大复兴中国梦作出贡献”。为贯彻这一系列指示精神，国家发改委、环保部、工信部、水利部和能源局等部门以及各大发电公司都下发了相应的文件，节水治污工作不仅提到了议事日程上，而且成为各级领导工作的重中之重。
燃煤电厂是耗水大户，特别是湿冷机组的循环冷却水系统的用水量和排水量十分惊人。以180万千瓦装机容量的发电厂而言，每天排放的高盐浓水、脱硫废液、生活污水、含油废水及循环水排污水等约3000m3，平均每万千瓦的日排污量为16.7m³。我国燃煤发电机组总装机容量为9.9亿千瓦，其中湿冷机组占72.2%，为7.15亿千瓦，按每万千瓦每天排污16.7m³计，全国湿冷机组每日排污量为1191667m³，一年的排污量为4.35亿m³。如此巨大的数据，水资源能不紧张吗？水环境能不污染吗？亿万人民群众的生活用水怎样保证？所以，燃煤电厂的节水治污工作形势非常严峻，迫在眉睫，刻不容缓。
二、已有的水处理技术破解不了现实难题
当前，各燃煤电厂的循环冷却水处理工作普遍按照循环水的用水标准进行补水，按照循环水的水质控制标准进行排污。为了适应补水标准和水质控制标准的要求，近些年来，衍生出了多种循环冷却水处理技术。但是，无论哪种技术，都没有达到循环水设备的百分之百不结垢和百分之百不腐蚀效果。不单如此，废水的排放问题依然存在，或者说排放废水量减少了，而污染物总量没有变。比如：
废水经膜法处理后回用。循环水的排污水经预处理、生化处理、纳滤或超滤、反渗透膜处理后，纯水回用，浓水排放。这种方法的设备投资大，运行费用高，外排废水量减少了，外排废水的含盐量更高了，污染物总量没有变。国内有极少数企业采用了多效蒸发、结晶分离的工艺得到了废水零排放。但是投资大，耗能高，运行成本高，企业不堪重负，基本上处于亏损状态。
补充水经石灰软化处理。用石灰软化补充水是一种多年的老技术，至今仍在使用。通过石灰软化后的补充水，可以达到循环水的高浓缩倍率。但是，在实施过程中还要进行絮凝、澄清、过滤、加酸调节PH值等工艺的配合。这一技术的工作环境差，工艺条件复杂，仍然有外排废水，循环水设备时常有结垢或腐蚀问题发生。
补充水经弱酸树脂降碱降硬处理。经弱酸树脂软化处理后的水与工业水混合作为循环水的补充水，可以较大提高循环水的浓缩倍率，节水效果好。但是，循环水仍有排污水，弱酸树脂再生时的酸性废水含盐量高，仍然污染环境。
循环水用硫酸中和碱度处理。为了防止高倍率引起的循环水设备结垢问题，在普遍投加阻垢缓蚀剂的同时，用硫酸调节循环水的PH值和碱度。此方法较上述三种方法处理工艺简单，处理成本最低。但频繁的结垢和腐蚀问题导致系统运行不正常，并产生大量的排污水。
复合高效阻垢缓蚀剂处理。是一种普遍采用的循环水处理方法，大多数的燃煤发电企业单独采用，有少数企业配以加酸、或石灰软化、或弱酸树脂软化、或膜处理废水等方法。但是无论哪种方法，都存在废水排放问题。即使有的企业把废水用作冲灰水，同样存在灰场灰水溢流到水环境，或污染水体、或高盐水渗透到地层中造成地下水污染。
燃煤电厂的外排废水由来已久，司空见惯。虽然采取了多种节水减排措施，但终不能解决废水外排问题，终不能解决水生态环境恶化问题。至此，党和政府在企盼，企业和大众在企盼，企盼水处理领域有创新技术问世，企盼所有企业实现废水零排放，企盼水环境不再污染。
三、废水用作循环水零排放技术的问世
目前，在节水治污领域中，政府层面已经出台了许多相关政策与法规，而技术层面几乎到了“山穷水尽疑无路”的窘境。虽然有专门机构推出了多效蒸发、结晶分离的废水零排放技术，可并非雪中送炭，迎合者甚少。更何况采用了多效蒸发、结晶分离技术的企业大多出现严重亏损，其中有多家企业的设施闲置，另寻其它省钱的技术。
正当人们在为节水治污技术一筹莫展的时候，邯郸市奥博水处理有限公司推出了酝酿已久的“废水用作循环水零排放技术”。这一技术已经获得了三项国家发明专利授权（专利号：ZL200910073943.6、ZL201110368302.0、ZL201310605643.4）。该专利技术的推广和运用，颠覆了传统的循环水处理理念和方法，突破了循环水水质控制标准和多项废水回用水标准的限制，取得了循环水设备百分之百不结垢、不腐蚀和节约用水的效果，这无疑是水处理领域的一场革命。推广和实施这一技术，将成为落实“水十条”的重大技术支撑，水污染或将成为历史，画上句号。
经调查了解，目前已经试用和运用废水用作循环水零排放技术的企业已达35家，其中有煤化、石化、冶金、制药、热电等多个行业的企业。这些企业的废水不尽相同，但在采用废水用作循环水零排放技术后，省掉了废水生化处理费用、省去了废水排放费用、省去了新鲜水费用、省去了设备检修或更新费用。最重要的是循环水设备实现了百分之百不结垢不腐蚀，提高了设备利用率，提高了劳动生产率，提高了产品产量和质量，延长了设备寿命等，可谓是一项低费用投入，换来了多项收益。经测算，每消耗掉一吨废水的费用仅4.00元左右。废水用作循环水零排放技术有三项创新理念：
其一，循环水系统是废水深度处理的最佳设施。循环水系统的固有设施具备了废水深度处理所需的好氧、厌氧、缺氧、热解、催化等条件，废水中的COD、BOD、氨氮、酚、氰等有毒有害物质均可以在循环水无限循环过程中得到彻底的降解。比如：剩余氨水做为循环水补充水，经过降温除油后直接补入循环水泵的入口处水面以下，在进入换热器后，循环水温度的升高造成水中溶解氧含量降低，逃逸出的氧与氨氮结合形成硝酸根和亚硝酸根，与硫化氢结合形成了硫酸根和亚硫酸根。循环水中碳酸盐转化成硝酸盐和硫酸盐，扩大了硬度在循环水中的溶解度。所以，虽然剩余氨水碱度高、PH值高、而且味道很大，但作为循环水补充水时，循环水不仅没有味道，而且碱度降低了，PH值也降到了8.0以下，根本不会发生结垢问题。
其二，废水是循环水的最佳水源。这是因为废水中含有微量重金属离子，重金属离子又是高价阳离子，可在药剂络合作用下成为循环水设备的预膜剂。重金属离子膜可抵御高CI-、高SO42-、溶解氧的腐蚀，因而循环水用废水零排放时，设备不会出现腐蚀问题。在零排放情况下，循环水中超饱和的结垢物质必然要析出成垢，但是在多功能阻垢缓蚀剂的作用下，结晶析出的物质会改变晶体形态，成为不规则的水渣，因而循环水系统不会结垢。与此同时，循环水高CI-抑制了菌藻疯长，氯化钙的超饱和析出成为循环水的净水剂等。
其三，循环水水质不按标准控制，效果会更好。循环水的用水标准和循环水水质控制标准有十多项，控制的目的是为了保证循环水系统不结垢不腐蚀。但是，几十年的生产实践却证明了按照这些标准控制，不仅没有节水，而且又结垢又腐蚀。比如：控制循环水的PH值，就是加硫酸，硫酸根与水泥结合形成了水合硫酸钙，引起了水泥构件腐蚀、沙化。腐蚀产物堆积于换热器管内，形成软垢。再比如：硫酸与碳钢管道结合，形成硫酸铁、硫酸亚铁，在水中溶解氧的作用下，形成三氧化二铁和四氧化三铁，使换热器生成锈垢锈瘤，影响换热效果。除了调PH值外，其它控制指标如：CI-、SO42-、浊度、硬度、电导、SiO2、Fe2+、油含量等都是小于号，也就是说达到了所规定的指标就是排污。所以，这就造成了水资源的极大浪费和水环境的污染。相反，循环水不控制PH值，就用不着加硫酸，就不会引起系统腐蚀，也不会造成PH值升高而结垢。因为药剂将Ca2+、Mg2+螯合后，HCO3-就是多余的不稳定的离子，在换热器受热后，两个HCO3-就转化成一个CO2、一个H2O、一个CO3-。再比如：因循环水CI-含量低，相对应的阳离子含量也低，阳离子含量低意味着重金属离子含量低，所以在没有微量重金属离子作预膜剂的情况下，循环水系统设备怎么能不腐蚀呢？
截至目前，已经研发成功的废水用作循环水零排放技术中，剩余氨水、蒸氨废水、生化废水、脱硫废液、酸碱再生废水、反渗透浓水、纳滤或超滤浓水、煤气洗涤水、电脱盐浓水、酸性净化水、生物制药废水、合成制药废水、城市中水、生活污水等，均可作为循环水的补充水，在零排放情况下实现循环水设备百分之百不结垢不腐蚀。
焦化废水、生物制药废水均是难降解难处理的有机废水。比较而言，电厂的废水是易处理的废水。所以，燃煤电厂的外排废水全部用作循环水补充水，做到零排放，是非常简单的事情。
四、废水用作循环水零排放需好事多磨
废水用作循环水零排放技术推广近三年来，遇到过许多挫折，但是因为采取相应的措施加以补救，从而保证了这一技术的顺利推广和应用。
邯郸一家大型钢铁企业的焦化厂，年生产规模为206万吨。长期以来，循环水补充冶金中水，循环水浓缩倍率控制在1.5-1.7。其处理效果是：每年对换热器进行一次清洗，三年更换一遍换热管。当采用焦化废水用作循环水系统零排放技术后，循环水CI-达到8000-12000mg/L，运行一个半月后，循环水上水管道脱落的锈瘤碎片对换热器造成堵塞。又运行了三个月后，回水管脱落的锈瘤碎片堵塞了冷却塔填料。如果原来的循环水系统没有严重腐蚀问题，就不会出现锈瘤碎片堵塞换热器和冷却塔填料问题。解决此类问题，目前还未有良策，所能采取的措施是降低药量，让锈瘤锈斑缓慢脱落。
山东淄博有一家石化企业，循环冷却水系统结垢非常严重。当采用石化废水用作循环水零排放技术后，上层填料中的垢疏松后，跌落到下层填料中发生了堵塞，支撑填料的是塑料支架，不堪重负时折断，造成冷却塔填料大面积坍塌。如果填料中的垢不严重，或者支撑架是角铁或槽钢，就不会发生填料坍塌问题。解决此类问题，目前唯一的手段是降低药量，让老垢慢慢溶化和分解。
山东东营一家石化企业采用废水用作循环水零排放技术后，水中的含盐量和浊度很高。由于冷却塔没有安装百叶窗，刮大风时，循环水被吹出水池外，造成周围地面和设施表面很脏。该企业的冷却塔轴流风机功率大，又不能调小风量，冷却水喷头上方又无节水器或收水器，致使飞溅水吹出冷却塔，使厂区一片白茫茫。解决这些问题的措施有三项：一是循环水冷却塔装百叶窗；二是冷却塔喷头上方装节水器；三是排一部分循环水到污水厂，投加药剂降浊后再返回循环水系统。
河北唐山一家焦化企业的余热电厂有一台不锈钢蝶片式换热器，蝶片的表面压制了花纹。当循环水的CI-达到10000mg/L时，换热器出现了穿孔问题。原因是蝶片式换热器材质有裂纹所致。这是因为CI-半径小，易在裂纹中聚集，当聚集到一定程度后，共同发力，造成穿孔。目前，解决这一问题的措施有三项：一是增加多功能阻垢缓蚀剂中锌离子的含量，抑制空蚀；二是在循环水中补入反渗透浓水或其它循环水系统的排污水，促使氯化钙的超饱和析出与沉淀，从而降低循环水CI-含量；三是废水补充量不足时，需要补充新鲜水，将新鲜水先经过蝶片式换热器后再流入循环水系统作补水。这三种方法均可抑制不锈钢蝶片式换热器的穿孔问题。
宁夏银川一制药企业的2×25MW自备发电机组系统结垢非常严重，在采用生物制药废水作循环水系统零排放期间，更换冷却塔填料造成换热器结垢更加严重。究其原因是：在不停机状态下更换冷却塔填料，填料中的垢渣大量脱落到循环水池中，垢渣的比表面积大，与循环水中的多功能阻垢缓蚀剂发生反应后，就造成了进入换热器的循环水中药量减少，甚至缺失，因而造成换热器结新垢。解决这一问题的措施是：一是增加多功能阻垢缓蚀剂的日用量，逐步将换热器和填料中的垢溶解掉；二是运行中尽可能不更换填料，如非更换不可的，要成倍地增加多功能阻垢缓蚀剂日用量。
上述五个方面出现的问题，是原来运行中出现了问题，没有及时处理而留下的后患。通过采取相应的补救措施，可以保证废水用作循环水零排放技术的安全运行。
结束语
综上所述，节约有限的水资源和水污染防治工作已经到了攻坚阶段，而当下的燃煤电厂又缺乏解决外排废水的良方。奥博公司发明的废水用作循环水零排放技术既然已经在煤化、石化、制药、热电企业取得成功运用，那么，在燃煤电厂也会取得成功运用。现在缺少的已经不是技术，而是传统水处理理论、理念的更新，是废水用作循环水零排放技术的大胆尝试。相信广大的燃煤企业在运用废水作为循环水零排放技术后，不仅解决了循环水设备的结垢和腐蚀问题，更重要的是节约了有限的水资源，实现了废水资源化利用及零排放，并且更有利于企业经济效益的提高。
【作者简介】卫茂盛（1985.7-） 2008年毕业于华北水利水电大学，工学学士，现任大唐信阳华豫发电有限公司设备部专业工程师。联系电话：15137611911
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