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水資源危機是當今世界面臨的重要問題，水資源的嚴重匱乏已經成為制約我國國民經濟發(fā)展的一個重要因素。近年國家環(huán)保要求越來越嚴格，部分地區(qū)環(huán)保要求火力發(fā)電廠實現廢水零排放，并且新建電廠將不預留排污口。火電廠廢水零排放要求對不同環(huán)節(jié)、不同工況的廢水的進行分析，實現水資源的優(yōu)化利用；利用先進的水處理技術，實施廢水處理后回用，進而實現火電廠廢水零排放，這將是發(fā)電企業(yè)節(jié)約水資源、降低環(huán)境污染、實現可持續(xù)發(fā)展的重要課題。
國際上針對廢水零排放技術，自上世紀70年代開始研發(fā)應用，主要核心工藝為高含鹽廢水的蒸發(fā)結晶系統，以美國GE、aquatech、J&Y等公司為代表。
國內真正實現廢水零排放的電廠只有2家：1）河源電廠機組容量2*600MW機組，系國內第一家。零排放系統設計處理水量為22m3/h,其中預處理系統投資2000萬元，蒸發(fā)結晶系統投資7000萬元。蒸發(fā)結晶系統采用四效蒸發(fā)技術+結晶系統。2）三水恒益電廠機組容量2*600MW。零排放系統設計處理水量為22m3/h，無預處理系統，蒸發(fā)結晶系統投資為4600萬元（不含土建、安裝費用），技術來自美國J&Y公司，采用2級臥式機械蒸汽壓縮蒸發(fā)技術+2級臥式多效蒸發(fā)技術工藝。
由國內的應用案例可以知，實施火電廠廢水零排放工藝末端廢水量較少，機組容量2*600MW末端廢水總量22m3/h左右；末端高鹽廢水設備投資費用較高300~400萬元/t，正常運行費用較高100元/噸。因此，火電廠實施廢水零排放有很大的經濟壓力，要求在技術領域和經濟效益上有新的突破。
以某火電廠2*1GW機組情況為例。電廠廢水無排污許可，環(huán)評批復為零排放。
1 零排放方案選擇
該火電廠總廢水量245m3/h。化學水處理水源由循環(huán)水排污水供給（120m3/h），脫硫廢水水源由循環(huán)水排污水和廢水處理后回用水供給（240m3/h），化學再生后酸堿水調整合格后供撈渣系統和輸煤系統，水塔為開式循環(huán)冷卻水塔，含煤廢水和生活污水處理后回用。
在實現廢水零排放項目中有2個難點：
1）循環(huán)水排污水（水質分析見表1）。
排污水量大，正常情況下排水量在600m3/h左右，去除化學回用、工業(yè)回用和脫硫等系統回用，還有220m3/h無法回用，溶解性固體（TDS）質量濃度1.5~3g/L，直接進行蒸發(fā)濃縮、結晶處理時，設備運行經濟性差，投資成本巨大。故需要增加循環(huán)水旁路處理設備，對循環(huán)水進行除鹽處理后回用至循環(huán)水，提高循環(huán)水濃縮倍率，降低循環(huán)水排污量和補水量。
2）脫硫廢水。水量25t/h，pH為6~9,COD為90mg/L。TDS的質量濃度高達25~40g/L，不能回用。通過水質分析（見表2）可知，水質中鈣、鎂、氟等離子處于過飽和狀態(tài)，具有嚴重的結垢傾向，同時水中還含有大量重金屬。處理過程中要先經過深度軟化，然后進入蒸發(fā)結晶系統，凈水進行回用，固體鹽分外運。
2循環(huán)水處理方案
循環(huán)水排污水量大，且火電廠內無法全部消耗，因此，為實現廢水零排放必須提高濃縮倍率，降低循環(huán)水的排放量，并增設旁路處理裝置，將循環(huán)水排污水進行除鹽處理然后補充回循環(huán)水，同時旁路裝置產生的濃水進入蒸發(fā)結晶裝置進行處理。
循環(huán)水旁路處理工藝流程見圖1。
1）石灰澄清加過濾處理系統。通過預處理系統，可去除大部分的碳酸鹽堿度，有機物可去除25%左右，硅化物去除30%~50%，降低TDS的含量。循環(huán)水排污水中含有大量的有機物和膠體物質。處理過程投加大量絮凝劑后，通過石灰加藥澄清池后可以去除大部分懸浮物，為后續(xù)多級多介質過濾器和超濾分擔壓力。
2）低壓反滲透處理系統。超濾+反滲透雙膜技術在處理循環(huán)水排污水領域有很多應用實例。但聚合氯化鋁（PAC）投加量將非常大（正常原水的30~40倍），原因主要是循環(huán)水中投加了大量的有機高分子緩蝕阻垢劑，使?jié)饪s后的循環(huán)水排污水的水質呈穩(wěn)定狀態(tài)，從而抑制了后續(xù)投加PAC的絮凝效果。
3）高壓反滲透系統。低壓反滲透淡水回收入循環(huán)水補水系統，濃水進入高壓反滲透系統，通過高壓發(fā)滲透系統將濃水進一步除鹽，淡水同樣回收入循環(huán)水補水系統，濃水濃縮到TDS的質量濃度80g/L，濃水水量由原來的220m3/h降至5~7m3/h,輸送到脫硫廢水處理系統的濃縮單元。
3脫硫廢水處理方案
通常，脫硫廢水處理系統采用中和+絮凝+沉降+澄清等常規(guī)處理工藝，以降低脫硫廢水的濁度、重金屬和部分硬度，但廢水的含鹽量沒有明顯降低，處理后無法回用，排放后對生態(tài)影響較大。
脫硫廢水零排放系統主要包括4個處理單元，即脫硫廢水預處理單元、鹽水濃縮單元、結晶單元和固體廢棄物處置，其工藝流程見圖2
1）預處理單元。采用石灰處理+混凝澄清+碳酸鈉軟化+混凝澄清工藝，為、級澄清充分軟化處理工藝，在實現常規(guī)處理的目標的同時，最大限度的去除水中的Ca2+、Mg2+、SO42-、F-硅等結垢因子和重金屬，出水水質基本消除了結垢傾向。由于采用深度預處理，在前期水處理藥劑投加量較大，同時產出大量污泥，故還需增加污泥濃縮系統。
2）鹽濃縮單元。脫硫廢水通過蒸發(fā)器進行濃縮后，濃鹽水TDS的質量濃度上升到200~250g/L。濃縮后進入結晶系統，進一步濃縮到TDS的質量濃度為350~600g/L，得到結晶鹽。
目前在高TDS含量廢水濃縮技術有：多效蒸發(fā)技術（MED）、降膜機械蒸汽壓縮蒸發(fā)技術（MVC）和正滲透技術（MBC）等。由于在前期深度預處理后，以上技術均可滿足系統運行，故選擇時主要考慮運行的經濟性。幾種主流技術經濟性對比見表3。
高含鹽廢水的整個處理系統中，每增加1t廢水設備投資費用將增加300萬元左右。脫硫廢水蒸發(fā)結晶系統為高含鹽廢水處理過程的主要耗能系統，為了降低投資成本和運行成本，在廢水進入蒸發(fā)器濃縮前進入高壓反滲透（DTRO）預濃縮系統，將脫硫廢水TDS的質量濃度25~40g/L預濃縮到80~100g/L，降低進入蒸發(fā)器系統水量，提高運行效率。煙臺金正環(huán)保科技有限公司生產的DTRO膜在電廠脫硫廢水處理領域已有多個成功案例。
3）鹽結晶單元。結晶可采用多效強制循環(huán)蒸發(fā)結晶技術，強制循環(huán)機械蒸汽壓縮蒸發(fā)結晶技術；在無占地限制區(qū)域也可采用自然晾曬結晶。脫硫廢水結晶系統運行經濟性對比見表3。
如果脫硫廢水采用深度預處理，則可獲得品質優(yōu)良的工業(yè)鹽，主要成分為NaCl，其質量分數50%~80%。其它成份為KCl、Na2SO4、K2SO4；如果脫硫廢水采用常規(guī)處理，則所得混合鹽成分復雜，其中CaSO4的質量分數30%~50%。
4）固體廢棄物處置。固體廢棄物主要包括來自廢水預處理系統的污泥和結晶單元產生的結晶鹽。預處理系統的污泥處置可以拋棄到灰場或送至垃圾填埋場處置。采用常規(guī)處理系統的結晶鹽為黃色，含有有毒有害的重金屬化合物，必須作為危險固體廢棄物送專業(yè)的固廢處理中心處置，處理成本200~300元/t；采用充分軟化的深度預處理，結晶鹽為白色，品質較好，可作為工業(yè)鹽銷售，售價約為40元/t。
4結論
針對目前火力發(fā)電廠運行情況，實現廢水零排放需要提高循環(huán)水系統的濃縮倍率、增設循環(huán)水旁路處理設備，同時在末端的脫硫廢水需要增設蒸發(fā)結晶系統。
循環(huán)水排污水量220m3/h，處理前TDS的質量濃度2~3g/L，經過旁路處理裝置處理后，淡水100%回收至循環(huán)水系統回用，濃水量由原來的220m3/h降至5~7m3/h，TDS的質量濃度80g/L,進入脫硫廢水處理系統進行蒸發(fā)結晶，降低蒸發(fā)結晶運行成本，實現循環(huán)水系統廢水零排放。
脫硫廢水系統在預處理中選擇石灰澄清加碳酸鈉澄清的2級軟化處理，進行了鹽純化，為續(xù)的濃縮結晶系統提供良好的運行環(huán)境，同時，結晶后的產品鹽純度得到提升，由廢固轉為可銷售的工業(yè)鹽。與以往常規(guī)蒸發(fā)濃縮系統比較，加入預濃縮設備DTRO，將進入蒸發(fā)器水TDS的質量濃度由25~40g/L預濃縮到80~100g/L,使蒸發(fā)器的進水量由原來來水25m3/h降至10m3/h左右，降低60以上，節(jié)約了運行成本。
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