火電廠廢水排放控制技術(shù)路線研究

火電廠廢水排放控制技術(shù)路線研究

0缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)路線中國(guó)歷來(lái)高度重視環(huán)境保護(hù)，水電行業(yè)是一個(gè)重要的監(jiān)督管理對(duì)象。燃煤電廠水系統(tǒng)主要包括原水預(yù)處理、鍋爐補(bǔ)給水、工業(yè)水、循環(huán)冷卻水、煤水、渣水、工業(yè)廢水和脫硫廢水等處理系統(tǒng)，且系統(tǒng)之間涉及水的串復(fù)用，水平衡非常復(fù)雜。且各燃煤電廠水源水質(zhì)、用水現(xiàn)狀和環(huán)保要求等基礎(chǔ)條件不同，目前行業(yè)也沒(méi)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)路線指導(dǎo)其開(kāi)展相關(guān)改造。根據(jù)《中華人民共和國(guó)水法》（2016年修訂版）、《中華人民共和國(guó)水污染防治法》（2017年修訂版）、《水污染防治計(jì)劃》和《排污許可證管理暫行規(guī)定》（環(huán)水體[2016]186號(hào)）等法律法規(guī)政策，以及DL/T783—2018《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》、DL/T5046—2018《發(fā)電廠廢水治理設(shè)計(jì)規(guī)范》、DL/T1337—2014《火力發(fā)電廠水務(wù)管理導(dǎo)則》和DL5068—2014《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》等火電企業(yè)節(jié)水與廢水治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合燃煤電廠取水、用水、排水實(shí)際情況，本文提出具有針對(duì)性的廢水排放控制技術(shù)路線，為燃煤電廠開(kāi)展相關(guān)改造提供依據(jù)和思路。1電氣工程的廢水排放控制標(biāo)準(zhǔn)和原則1.1兩省廢水排放標(biāo)準(zhǔn)比較目前，火電廠排污許可證對(duì)外排廢水要求基本依據(jù)機(jī)組建設(shè)環(huán)境評(píng)價(jià)（環(huán)評(píng)）批復(fù)文件，若環(huán)評(píng)批復(fù)文件允許廢水外排，則環(huán)保局給火電廠頒發(fā)的排污許可證一般允許設(shè)置廢水排放口；反之，則不允許火電廠設(shè)置排污口，要求廢水零外排。國(guó)內(nèi)某大型發(fā)電集團(tuán)不允許設(shè)置排污口的電廠約占電廠總數(shù)的39%，該比例基本可反映中國(guó)不允許設(shè)置排污口火電機(jī)組數(shù)值的平均水平。允許廢水外排的火電廠一般包括3類：（1）廢水排至公共污水處理系統(tǒng)，其外排廢水一般執(zhí)行GB31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。（2）廢水直接排放至海域，其外排廢水一般執(zhí)行GB3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。（3）廢水直接排放至地表水環(huán)境，若此類火電廠所在地有廢水地方排放標(biāo)準(zhǔn)，其排污許可證中規(guī)定的外排口水質(zhì)要求一般執(zhí)行地方排放標(biāo)準(zhǔn)，如河南澗河流域、湖北省漢江中下游流域、黃河流域、巢湖流域等；若火電廠所在地沒(méi)有廢水地方排放標(biāo)準(zhǔn)，其排污許可證中外排口水質(zhì)限值要求一般執(zhí)行GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。各廢水排放標(biāo)準(zhǔn)主要污染物限值如表1所示。由表1可知，相對(duì)于GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，地方廢水排放標(biāo)準(zhǔn)主要污染物種類更多、限值更低；除廣東省以外，其他地方廢水排放標(biāo)準(zhǔn)均增加了總氮污染物指標(biāo)；北京市廢水排放標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)指標(biāo)限值最低，其次是天津市，其余地區(qū)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)指標(biāo)限值處于同一水平。此外，上海市和山東省地方排放標(biāo)準(zhǔn)增加了溶解性固體含量排放要求，遼寧省地方排放標(biāo)準(zhǔn)增加了氯化物排放要求，這給電廠廢水治理水平提出了更高要求。1.2違規(guī)使用地下水新建火電廠環(huán)評(píng)批復(fù)文件一般要求使用城市中水作為生產(chǎn)水源，但是部分火電廠由于市政污水處理廠未建設(shè)、中水管路未鋪設(shè)、中水水質(zhì)不滿足使用要求等原因，實(shí)際未使用中水或中水使用量未滿足要求，導(dǎo)致其超量使用地表水、地下水或自來(lái)水。此外，部分老廠由于暫不具備使用中水或地表水條件，仍違規(guī)使用地下水。部分火電廠取水方式滿足相關(guān)要求，但是由于其用水水平低，節(jié)水措施不到位，導(dǎo)致其取水量超過(guò)政府批復(fù)的取水限額。山東省和內(nèi)蒙古自治區(qū)已實(shí)行超計(jì)劃用水累進(jìn)加價(jià)征收水資源費(fèi)，降低火電廠經(jīng)濟(jì)效益，如某循環(huán)冷卻型電廠裝機(jī)容量2×135MW+2×350MW，由于中水處理設(shè)施處理能力不足，導(dǎo)致中水使用量不足，地下水和地表水使用量超過(guò)取水限額，年取水費(fèi)用高達(dá)2300萬(wàn)元。不同水源條件下，原水預(yù)處理和循環(huán)水控制方案以及末端廢水水量不一樣，因此廢水排放控制改造應(yīng)以環(huán)評(píng)批復(fù)文件和政府最新要求的水源作為設(shè)計(jì)依據(jù)。此外，廢水控制技術(shù)研究目標(biāo)不僅是達(dá)標(biāo)排放，還應(yīng)通過(guò)合理的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)全廠廢水的梯級(jí)利用，降低全廠的新鮮水取水量，使其滿足政府批復(fù)的取水限額要求。1.3環(huán)保方案制定火電廠全廠節(jié)水與廢水綜合治理工作應(yīng)根據(jù)“節(jié)水優(yōu)先、系統(tǒng)治理、一廠一策、指標(biāo)領(lǐng)先”的原則，制定系統(tǒng)、全面的改造方案。(1）在制定廢水排放控制的設(shè)計(jì)方案前，應(yīng)在全廠范圍內(nèi)進(jìn)行用水排水情況核查及評(píng)估，摸清各系統(tǒng)水量平衡關(guān)系，評(píng)價(jià)電廠用水及廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行情況，結(jié)合環(huán)保政策對(duì)電廠的要求，針對(duì)具體問(wèn)題制定針對(duì)性的方案。(2）當(dāng)排污許可證或環(huán)評(píng)報(bào)告及批復(fù)文件不允許廢水外排時(shí)，火電廠應(yīng)通過(guò)廢水綜合利用、末端廢水濃縮固化等技術(shù)措施，或者通過(guò)與下游污水處理企業(yè)聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)；當(dāng)排污許可證或環(huán)評(píng)報(bào)告及批復(fù)文件允許循環(huán)水或其他廢水外排時(shí)，火電廠外排廢水污染物種類、濃度和總量應(yīng)同時(shí)滿足排污許可證和其他環(huán)保要求。(3）節(jié)水工作應(yīng)遵循雨污分流、梯級(jí)利用、分類處理、充分回用的原則(4）方案制定應(yīng)充分考慮取水水源和排水指標(biāo)的變化情況，同步考慮化學(xué)藥品、污泥處置等外部環(huán)境情況；預(yù)測(cè)電廠計(jì)劃開(kāi)展的相關(guān)改造對(duì)用水和排水情況的影響，如脫硫增容或改造、增設(shè)濕式電除塵設(shè)施、有色煙羽治理、煤場(chǎng)封閉改造等。(5）水處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型應(yīng)遵循“安全可靠穩(wěn)定、生產(chǎn)維護(hù)方便、技術(shù)先進(jìn)成熟、投資經(jīng)濟(jì)合理”的原則。2不同系統(tǒng)的廢水處理和重建技術(shù)路線的研究2.1主水預(yù)處理系統(tǒng)2.1.1循環(huán)水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)補(bǔ)水直流冷卻型火電機(jī)組大多位于南方水量豐富地區(qū)循環(huán)冷卻型和空冷型機(jī)組生產(chǎn)水源一般包括地表水、地下水和中水。典型電廠生產(chǎn)水源主要水質(zhì)如表2所示。由表2可知：（1）各地區(qū)地表水、地下水和中水水質(zhì)相差較大，一般南方和東北地區(qū)水質(zhì)較好，山東地區(qū)水質(zhì)較差；（2）對(duì)于同一地區(qū)，一般地下水水質(zhì)優(yōu)于地表水，地表水水質(zhì)優(yōu)于中水。地表水一般水質(zhì)較好，有機(jī)物、堿度和硬度較低，宜采用“混凝澄清—過(guò)濾”處理工藝去除懸浮物后作為循環(huán)水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)補(bǔ)水，如表2的B、C、D電廠；A電廠和E電廠堿度和硬度較高，未采用軟化工藝，循環(huán)水濃縮倍率較低，為3.0～4.0。使用地下水的電廠一般位于山東、山西和內(nèi)蒙古等缺水地區(qū)。地下水無(wú)懸浮物，有機(jī)物濃度低，電廠一般不作處理，直接作為循環(huán)水和鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)補(bǔ)水，但是地下水堿度和硬度較高，堿度和硬度分別為4.62～6.60mmol/L和5.70～10.90mmol/L，限制了濃縮倍率的提高。使用中水的電廠一般是新建機(jī)組，中水溶解性固體含量、堿度和硬度較高，A、H、I和J電廠均采用中水石灰混凝澄清工藝，其中J電廠中水有機(jī)物較高，在石灰混凝澄清前設(shè)有曝氣生物濾池工藝用于進(jìn)一步降低來(lái)水有機(jī)物和氨氮。2.1.2地表地下水預(yù)處理(1）在中水水質(zhì)和水量滿足運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用中水，降低火電廠取水費(fèi)用。由于地下水取水管理日趨嚴(yán)格，改造后電廠不宜采用地下水作為生產(chǎn)水源，避免二次改造。如A電廠，同時(shí)采用中水、地表水和地下水的情況下，應(yīng)優(yōu)先使用中水，盡量減小地下水的使用量。(2）對(duì)于水源為地表水且硬度低時(shí)，原水預(yù)處理通常采用混凝澄清工藝，降低懸浮物，如B、C、D和E電廠；對(duì)于水源為地表水且水硬度高或水源為中水的情況，原水預(yù)處理通常采用石灰混凝澄清或結(jié)晶軟化工藝，降低硬度和堿度，如A、H、I和J電廠。(3）原水預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥需進(jìn)行濃縮脫水處理，上清液宜進(jìn)行回收利用，有條件的電廠可考慮污泥摻燒。2.2循環(huán)水系統(tǒng)2.2.1循環(huán)水排放量(1）濃縮倍率低，不利于節(jié)水。經(jīng)調(diào)研，約30%的循環(huán)冷卻型電廠濃縮倍率低于3.0。其主要原因?yàn)椋?1)部分電廠高堿度硬度的原水未經(jīng)處理，直接補(bǔ)至循環(huán)水系統(tǒng)，限制了循環(huán)水濃縮倍率的提高；(2)部分電廠長(zhǎng)期未進(jìn)行循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，長(zhǎng)期采用阻垢緩釋性能差的藥劑。(2）循環(huán)水排污水不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，特別是采用中水作為循環(huán)水補(bǔ)充水的電廠，循環(huán)水排污水高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放難度大。主要表現(xiàn)為：(1)部分電廠采用含磷水質(zhì)穩(wěn)定劑，導(dǎo)致外排水磷超標(biāo)；(2)山東和上海地區(qū)要求外排廢水溶解性固體質(zhì)量濃度不高于2000mg/L，部分電廠濃縮倍率值控制較高，外排水溶解性固體含量易超標(biāo)；(3)北京、天津、山東和上海等地區(qū)，外排水懸浮物和COD限值較低，電廠現(xiàn)有處理工藝不能滿足要求，總排放口水質(zhì)易超標(biāo)。(3）循環(huán)水排污水綜合利用程度低。部分電廠循環(huán)水排污水未在廠內(nèi)回用，直接外排，造成水資源浪費(fèi)。(4）循環(huán)水排污水脫鹽處理設(shè)施運(yùn)行不正常。循環(huán)水排污水有機(jī)物、致垢離子濃度高，給循環(huán)水排污水膜脫鹽工藝的正常穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大影響。部分電廠采用“混凝澄清—過(guò)濾—超濾—反滲透”或“石灰凝澄清—過(guò)濾—超濾—反滲透”工藝，膜污堵嚴(yán)重2.2.2循環(huán)水系統(tǒng)規(guī)劃(1）在通過(guò)加強(qiáng)原水預(yù)處理、改善循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)水質(zhì)條件、換熱設(shè)備材質(zhì)等情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，篩選循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定劑，確定合適的循環(huán)水濃縮倍率，減少循環(huán)水補(bǔ)充水水量和循環(huán)水排污量。采用地表水、地下水或海水淡化水作為循環(huán)水補(bǔ)充水時(shí)，濃縮倍率可提高至5及以上；采用再生水作為補(bǔ)充水時(shí)，濃縮倍率可提高至3及以上。(2）循環(huán)水排污水可優(yōu)先綜合利用于脫硫、除渣、除灰和輸煤等下游用水系統(tǒng)。(3）當(dāng)循環(huán)水排污水廠內(nèi)綜合利用后仍有污水需要外排，且外排水溶解性固體含量有限值要求或懸浮物、COD等指標(biāo)要求較高時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，可采用循環(huán)水排污水脫鹽工藝。經(jīng)過(guò)膜脫鹽后，淡水可回用于鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)或循環(huán)水系統(tǒng)等；在不影響脫硫系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行前提下，濃水可回用至脫硫系統(tǒng)，或至末端廢水處理系統(tǒng)合并處理(4）對(duì)于實(shí)施有色煙羽治理的電廠，可考慮將煙氣冷凝水補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)調(diào)節(jié)堿度。2.3脫軌廢水處理系統(tǒng)2.3.1脫硫系統(tǒng)污染物排放特性脫硫廢水排放量及水質(zhì)隨機(jī)組負(fù)荷、煤質(zhì)特性和脫硫系統(tǒng)要求等因素的變化而變化，水量波動(dòng)較大，且含有懸浮物、重金屬、COD和氟離子等多種污染物2.3.2脫硫廢水處理系統(tǒng)(1）對(duì)于脫硫增容、增設(shè)濕式電除塵器的改造，若系統(tǒng)出力確定，水質(zhì)較好的濕式電除塵器及除霧器沖洗水可考慮單獨(dú)收集回用其他系統(tǒng)；若水質(zhì)較差可考慮梯級(jí)使用脫硫工藝水和沖洗水，在不增加脫硫廢水排放量的前提下，保證脫硫系統(tǒng)水量平衡。(2）針對(duì)大部分電廠脫硫廢水懸浮物和COD較高的情況，脫硫廢水處理工藝流程可優(yōu)化為：廢水調(diào)節(jié)池→預(yù)沉設(shè)施→三聯(lián)箱→澄清器→中間水池（加氧化劑、酸等）→過(guò)濾器→清水池。(3）當(dāng)進(jìn)水懸浮物含量超出設(shè)計(jì)值、影響到出水水質(zhì)時(shí)，應(yīng)調(diào)整石膏旋流器和廢水旋流器運(yùn)行，從源頭降低進(jìn)水懸浮物含量。(4）若出水COD超標(biāo)，應(yīng)采取強(qiáng)化曝氣等措施；若COD仍不達(dá)標(biāo)，可通過(guò)加NaClO或其他氧化劑降低出水COD(5）采用新型高效無(wú)機(jī)絮凝劑及一體式處理裝置的脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放處理工藝，該工藝澄清效果好，但對(duì)離子（如氟離子、重金屬離子）的去除效果有限，出水水質(zhì)易超標(biāo)。某火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)采用新型高效無(wú)機(jī)絮凝劑，進(jìn)出水水質(zhì)如表3所示。由表3可知，出水氟離子超標(biāo)，因此應(yīng)加強(qiáng)出水重金屬、氟離子等指標(biāo)監(jiān)測(cè)，及時(shí)跟蹤評(píng)估運(yùn)行效果。針對(duì)脫硫廢水原水氟離子和重金屬離子濃度高，不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的電廠，可采用“石灰–有機(jī)硫”與新型高效無(wú)機(jī)絮凝劑組合工藝，確保出水水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2.4廢水混合系統(tǒng)(1）煤水處理系統(tǒng)。煤水懸浮物含量高、水質(zhì)復(fù)雜，應(yīng)單獨(dú)處理后本系統(tǒng)循環(huán)利用，宜采用預(yù)沉淀→（電）絮凝→澄清→過(guò)濾工藝。部分地區(qū)環(huán)保要求敞開(kāi)式煤場(chǎng)改為封閉式煤場(chǎng)，含煤廢水收集和處理系統(tǒng)不宜考慮封閉煤場(chǎng)區(qū)域雨水量，封閉式煤場(chǎng)雨水進(jìn)入雨水排水系統(tǒng)。(2）濕除渣系統(tǒng)。渣水是一種難處理廢水，電導(dǎo)率、氯離子、硬度、膠體等含量高，易結(jié)垢，一般不允許排放，與其他廢水混合會(huì)影響處理效果，應(yīng)在本系統(tǒng)循環(huán)利用。目前電廠除渣系統(tǒng)補(bǔ)水存在不規(guī)范的問(wèn)題，補(bǔ)水閥經(jīng)常性連續(xù)開(kāi)啟，致使溢流水大量外排。這部分溢流水宜通過(guò)“沉淀→冷卻”工藝及補(bǔ)水量?jī)?yōu)化實(shí)現(xiàn)渣水零溢流。首先應(yīng)減少進(jìn)入除渣系統(tǒng)的水量，然后增加渣水冷卻器，帶走多余的熱量，減少蒸發(fā)損失的水量，從而減少系統(tǒng)補(bǔ)水量，實(shí)現(xiàn)水量平衡和鹽量平衡，最終實(shí)現(xiàn)除渣系統(tǒng)零溢流(3）工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。工業(yè)廢水包括設(shè)備反洗水、沖洗水、反滲透濃水和離子交換再生廢水等。工業(yè)廢水處理站處理流程一般為，廢水貯存池（箱）→pH值調(diào)整池（箱）→混合池（箱）→澄清池（箱）→最終中和池→清水池。設(shè)備反洗水和沖洗水可回收至原水預(yù)處理系統(tǒng)或工業(yè)廢水處理站?；瘜W(xué)制水車(chē)間反滲透濃水，可用作脫硫工藝水；對(duì)于循環(huán)水高濃縮倍率運(yùn)行的電廠，可作為循環(huán)水補(bǔ)充水。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)再生廢水，可通過(guò)該系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備改造、運(yùn)行優(yōu)化和給水加氧處理，增加設(shè)備周期制水量，減少再生廢水總量；將再生劑由鹽酸改為硫酸，將再生廢水作為脫硫工藝用水(4）生活污水處理系統(tǒng)。生活污水可生化性好，宜采用曝氣生物濾池3廢水零排放處理末端廢水是經(jīng)梯級(jí)利用后無(wú)法經(jīng)濟(jì)合理回用的高鹽廢水。其主要包括：（1）脫硫廢水；（2）溶解性固體含量接近或高于1%的離子交換系統(tǒng)再生高鹽廢水；（3）反滲透濃水等。在末端廢水零排放處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，應(yīng)從源頭實(shí)現(xiàn)末端廢水減量，以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模，降低末端廢水處理系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用。脫硫廢水進(jìn)入末端廢水處理系統(tǒng)前，應(yīng)滿足DL/T997—2006《火電廠石灰石–石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》要求。末端廢水零排放處理工藝路線原則：（預(yù)處理）→（濃縮減量）→