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水资源危机是当今世界面临的重要问题，水资源的严重匮乏已经成为制约我国国民经济发展的一个重要因素。近年国家环保要求越来越严格，部分地区环保要求火力发电厂实现废水零排放，并且新建电厂将不预留排污口。火电厂废水零排放要求对不同环节、不同工况的废水的进行分析，实现水资源的优化利用；利用先进的水处理技术，实施废水处理后回用，进而实现火电厂废水零排放，这将是发电企业节约水资源、降低环境污染、实现可持续发展的重要课题。

国际上针对废水零排放技术，自上世纪70年代开始研发应用，主要核心工艺为高含盐废水的蒸发结晶系统，以美国GE、aquatech、J&Y等公司为代表。

国内真正实现废水零排放的电厂只有2家：1）河源电厂机组容量2*600MW机组，系国内第一家。零排放系统设计处理水量为22m³/h,其中预处理系统投资2000万元，蒸发结晶系统投资7000万元。蒸发结晶系统采用四效蒸发技术+结晶系统。2）三水恒益电厂机组容量2*600MW。零排放系统设计处理水量为22m³/h，无预处理系统，蒸发结晶系统投资为4600万元（不含土建、安装费用），技术来自美国J&Y公司，采用2级卧式机械蒸汽压缩蒸发技术+2级卧式多效蒸发技术工艺。

由国内的应用案例可以知，实施火电厂废水零排放工艺末端废水量较少，机组容量2*600MW末端废水总量22m³/h左右；末端高盐废水设备投资费用较高300~400万元/t，正常运行费用较高100元/吨。因此，火电厂实施废水零排放有很大的经济压力，要求在技术领域和经济效益上有新的突破。

以某火电厂2*1GW机组情况为例。电厂废水无排污许可，环评批复为零排放。

一、火电厂废水来源

    锅炉补给水系统：反渗透浓水、过滤器/超滤反洗水、离交再生废水、超滤及反渗透化学清洗排水；

    凝结水处理系统：过滤器反洗水、树脂输送排水、树脂再生排水；

    循环水系统：循环冷却排污水；

    脱硫系统：脱硫废水；

    含油废水、含煤废水、生活污水

    其他废水：空预器/机组启动冲洗排水、锅炉化学清洗排水、化学试验室排水和厂区雨水等。

二、火电厂废水回收思路

    1、对生产废水进行梯级回收、综合利用，实施深度节水措施；

    2、对不能通过回收直接利用的废水，通过反渗透设备进行处理，淡水用于化学水处理水源或循环水补充水，浓水及再生废水用于灰、渣拌湿；

    3、对于不能再使用的废水进行预处理+固化处理。

1   零排放方案选择

该火电厂总废水量245m³/h。化学水处理水源由循环水排污水供给（120m³/h），脱硫废水水源由循环水排污水和废水处理后回用水供给（240m³/h），化学再生后酸碱水调整合格后供捞渣系统和输煤系统，水塔为开式循环冷却水塔，含煤废水和生活污水处理后回用。

在实现废水零排放项目中有2个难点：

1）循环水排污水（水质分析见表1）。

排污水量大，正常情况下排水量在600m³/h左右，去除化学回用、工业回用和脱硫等系统回用，还有220m³/h无法回用，溶解性固体（TDS）质量浓度1.5~3g/L，直接进行蒸发浓缩、结晶处理时，设备运行经济性差，投资成本巨大。故需要增加循环水旁路处理设备，对循环水进行除盐处理后回用至循环水，提高循环水浓缩倍率，降低循环水排污量和补水量。

2）脱硫废水。水量25t/h，pH为6~9,COD为90mg/L。TDS的质量浓度高达25~40g/L，不能回用。通过水质分析（见表2）可知，水质中钙、镁、氟等离子处于过饱和状态，具有严重的结垢倾向，同时水中还含有大量重金属。处理过程中要先经过深度软化，然后进入蒸发结晶系统，净水进行回用，固体盐分外运。

2循环水处理方案

循环水排污水量大，且火电厂内无法全部消耗，因此，为实现废水零排放必须提高浓缩倍率，降低循环水的排放量，并增设旁路处理装置，将循环水排污水进行除盐处理然后补充回循环水，同时旁路装置产生的浓水进入蒸发结晶装置进行处理。

循环水旁路处理工艺流程见图1。

1）石灰澄清加过滤处理系统。通过预处理系统，可去除大部分的碳酸盐碱度，有机物可去除25%左右，硅化物去除30%~50%，降低TDS的含量。循环水排污水中含有大量的有机物和胶体物质。处理过程投加大量絮凝剂后，通过石灰加药澄清池后可以去除大部分悬浮物，为后续多级多介质过滤器和超滤分担压力。

2）低压反渗透处理系统。超滤+反渗透双膜技术在处理循环水排污水领域有很多应用实例。但聚合氯化铝（PAC）投加量将非常大（正常原水的30~40倍），原因主要是循环水中投加了大量的有机高分子缓蚀阻垢剂，使浓缩后的循环水排污水的水质呈稳定状态，从而抑制了后续投加PAC的絮凝效果。

3）高压反渗透系统。低压反渗透淡水回收入循环水补水系统，浓水进入高压反渗透系统，通过高压发渗透系统将浓水进一步除盐，淡水同样回收入循环水补水系统，浓水浓缩到TDS的质量浓度80g/L，浓水水量由原来的220m³/h降至5~7m³/h,输送到脱硫废水处理系统的浓缩单元。

3脱硫废水处理方案

通常，脱硫废水处理系统采用中和+絮凝+沉降+澄清等常规处理工艺，以降低脱硫废水的浊度、重金属和部分硬度，但废水的含盐量没有明显降低，处理后无法回用，排放后对生态影响较大。

脱硫废水零排放系统主要包括4个处理单元，即脱硫废水预处理单元、盐水浓缩单元、结晶单元和固体废弃物处置，其工艺流程见图2

1）预处理单元。采用石灰处理+混凝澄清+碳酸钠软化+混凝澄清工艺，为、级澄清充分软化处理工艺，在实现常规处理的目标的同时，最大限度的去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、F^-硅等结垢因子和重金属，出水水质基本消除了结垢倾向。由于采用深度预处理，在前期水处理药剂投加量较大，同时产出大量污泥，故还需增加污泥浓缩系统。

2）盐浓缩单元。脱硫废水通过蒸发器进行浓缩后，浓盐水TDS的质量浓度上升到200~250g/L。浓缩后进入结晶系统，进一步浓缩到TDS的质量浓度为350~600g/L，得到结晶盐。

目前在高TDS含量废水浓缩技术有：多效蒸发技术（MED）、降膜机械蒸汽压缩蒸发技术（MVC）和正渗透技术（MBC）等。由于在前期深度预处理后，以上技术均可满足系统运行，故选择时主要考虑运行的经济性。几种主流技术经济性对比见表3。

高含盐废水的整个处理系统中，每增加1t废水设备投资费用将增加300万元左右。脱硫废水蒸发结晶系统为高含盐废水处理过程的主要耗能系统，为了降低投资成本和运行成本，在废水进入蒸发器浓缩前进入高压反渗透（DTRO）预浓缩系统，将脱硫废水TDS的质量浓度25~40g/L预浓缩到80~100g/L，降低进入蒸发器系统水量，提高运行效率。

3）盐结晶单元。结晶可采用多效强制循环蒸发结晶技术，强制循环机械蒸汽压缩蒸发结晶技术；在无占地限制区域也可采用自然晾晒结晶。脱硫废水结晶系统运行经济性对比见表3。

如果脱硫废水采用深度预处理，则可获得品质优良的工业盐，主要成分为NaCl，其质量分数50%~80%。其它成份为KCl、Na₂SO₄、K₂SO₄；如果脱硫废水采用常规处理，则所得混合盐成分复杂，其中CaSO₄的质量分数30%~50%。

4）固体废弃物处置。固体废弃物主要包括来自废水预处理系统的污泥和结晶单元产生的结晶盐。预处理系统的污泥处置可以抛弃到灰场或送至垃圾填埋场处置。采用常规处理系统的结晶盐为黄色，含有有毒有害的重金属化合物，必须作为危险固体废弃物送专业的固废处理中心处置，处理成本200~300元/t；采用充分软化的深度预处理，结晶盐为白色，品质较好，可作为工业盐销售，售价约为40元/t。

4结论

针对目前火力发电厂运行情况，实现废水零排放需要提高循环水系统的浓缩倍率、增设循环水旁路处理设备，同时在末端的脱硫废水需要增设蒸发结晶系统。

循环水排污水量220m³/h，处理前TDS的质量浓度2~3g/L，经过旁路处理装置处理后，淡水100%回收至循环水系统回用，浓水量由原来的220m³/h降至5~7m³/h，TDS的质量浓度80g/L,进入脱硫废水处理系统进行蒸发结晶，降低蒸发结晶运行成本，实现循环水系统废水零排放。

脱硫废水系统在预处理中选择石灰澄清加碳酸钠澄清的2级软化处理，进行了盐纯化，为续的浓缩结晶系统提供良好的运行环境，同时，结晶后的产品盐纯度得到提升，由废固转为可销售的工业盐。与以往常规蒸发浓缩系统比较，加入预浓缩设备DTRO，将进入蒸发器水TDS的质量浓度由25~40g/L预浓缩到80~100g/L,使蒸发器的进水量由原来来水25m³/h降至10m³/h左右，降低60以上，节约了运行成本。

三、反渗透系统回收工艺

   工艺流程

   卷式反渗透膜进水要求如表一

四、盐水浓缩工艺对比

   由上图可看出采用碟管式RO工艺对盐水浓缩具有明显优势。

五、碟管式反渗透（DTR0）技术+蒸发结晶技术处理电厂脱硫高盐废水实现资源回收与零排放

碟管式反渗透（DTR0）处理脱硫废水

   众所周知，反渗透膜技术是一种常用的脱盐技术。目前，适用于工业规模的反渗透膜，主要包括乙酸纤维素和聚酰胺膜，其盐截留率为 99%以上。废水通过物化、生物等方法使废水达到排放标准。碟管式反渗透（DTRO）技术是一种高新反渗透技术，最早始于德国，相对于卷式反渗透其耐高压、抗污染特点更加明显，即使在高浊度、高SDI值、高盐分、高COD的情况下，也能经济有效稳定运行，更加适应高盐废水的处理。国内主要应用于垃圾渗滤液与海水淡化、苦咸水淡化工程。DTRO虽然水处理效果卓越，但因DTRO膜组件主要依赖进口，成本相对较高，山东烟台金正环保选用美国陶氏原材，采用德国一流加工设备实现了DTRO膜制造，明显降低该技术运营成本,使该技术得以在国内广泛推广。DTRO盐截留率为 98%～99.8%。其他去除性能如表所示。

   碟管式反渗透（DTRO）是一种独特的膜分离设备。碟管式膜组件采用开放式流道，DT组件两导流盘直接距离为4mm，盘片表面有一定方式排列的凸点。DTRO凸点导流盘与膜片如图所示

   这种特殊的力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效的避免了膜堵塞和浓差极化现象，成功的延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含沙系数的废水，适应恶劣的进水条件。

   DTRO膜组件具有特殊的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过增压泵经进料口打入DTRO膜柱内，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180度逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。

碟管式反渗透处理电厂脱硫高盐水的具体流程如图所示

   经过碟管式反渗透（DTRO）处理后的高倍浓缩浓盐水结合蒸发结晶方式，实现资源回收。

DTRO膜技术优势

• 简单预处理，占地面积小，可移动性强

   DTRO系统进水要求低，因此只需要简单的预处理，无需复杂的土建工程，而且DTRO系统模块单元灵活紧凑，因此占地面积小，可移动性强。

• 避免物理堵塞现象

   DT组件采用开放式流道设计，料液有效流道宽，避免了物理堵塞。

• 最低程度的结垢和污染现象

   采用带凸点支撑的导流盘，料液在过滤过程中形成湍流状态，最大程度上减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生，允许SDI值高达20的高污染水源，仍无被污染的风险。

• 膜使用寿命长

   DT膜组件有效减少膜的结垢，膜污染减轻，清洗周期长，同时DT的特点结构及水力学设计使膜组易于清洗，清洗后通量恢复性非常好，从而延长了膜片寿命。实践工程表明，即使在渗液原液的直接处理中，DT膜片寿命可长达3年以上，这对一般的膜处理系统是无法达到的。

• 组件易于维护

   DT膜组件采用标准化设计，组件易于拆卸维护，打开DT组件可以轻松检查维护任何一片过滤膜片及其它部件，维修简单，当零部件数量不够时，组件允许少装一些膜片及导流盘而不影响DT膜组件的使用，所有这些维护工作均在现场即可完成。

• 回收率高，能耗低

   DTRO系统对于高盐及复杂的垃圾渗滤液处理，能产生高达85%的回收率，同时装机功率低，运行能耗低。

• 过滤膜片更换费用低

   DT组件内部任何单个部件均允许单独更换。过滤部分由多个过滤膜片及导流盘装配而成，当过滤膜片需更换时可进行单个更换，对于过滤性能好的膜片仍可继续使用，这最大程序减少了换膜成本。

• 浓缩倍数高

   DT组件是目前水处理行业应用压力等级最高的膜组件，在一些浓缩倍数高的应用中，其含固量可以达到25%以上，浓缩倍数高。

六、蒸发浓缩-结晶工艺

   蒸发浓缩-结晶工艺技术是通过蒸发，将DTRO碟管式反渗透处理的浓盐废水进行再浓缩，从而使高盐废水中可溶性盐类物质结晶分离出来的工艺技术。该工艺能使部分盐类物质分离出来，得到结晶盐类化合物，而结晶母液则需要返回至前面蒸发工段进行再循环蒸发浓缩处理，其工艺流程如图：