賀江南， 楊圣春， 曾國兵

(1.安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司， 安徽 蕪湖 241300； 2.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽 合肥 230051)

0 引言

我國水資源緊張的現(xiàn)實(shí)和環(huán)保對(duì)水污染治理要求的提高，使燃煤電廠所面臨的水資源與環(huán)境問題日益突出。燃煤電廠水資源綜合利用與廢水處理面臨更加嚴(yán)苛的環(huán)保要求，因此燃煤電廠實(shí)施“廢水零排放”將是大勢(shì)所趨[1,2]。優(yōu)化燃煤電廠工業(yè)用水與廢水處理工藝，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠工業(yè)用水減量化、廢水排放無害化，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益[3- 6]。

燃煤電廠工業(yè)廢水來源主要有：工業(yè)冷卻水排水、化學(xué)水處理系統(tǒng)酸堿再生廢水、過濾器反洗廢水、鍋爐清洗廢水、輸煤沖洗和除塵廢水、含油廢水、冷卻塔排污廢水等[4-9]。雖然燃煤電廠在建設(shè)時(shí)都不同程度地配備和規(guī)定了工業(yè)用水與廢水處理設(shè)備，但由于存在早期環(huán)保要求不高、電廠管理者環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)、配備的環(huán)保設(shè)施有缺陷、廢水處理工藝不成熟或不完善、廢水處理日常運(yùn)營成本高等多種原因，使得燃煤電廠工業(yè)廢水運(yùn)營過程中存在一些問題，主要有以下幾個(gè)方面：(1)工業(yè)用水總量大；(2)廢水處理設(shè)備投運(yùn)率低或處理效果差，達(dá)不到現(xiàn)在環(huán)保高標(biāo)準(zhǔn)的要求；(3)末端廢水成分復(fù)雜，難于處理或處理成本難于承受。

本文欲通過某燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)改造的實(shí)踐，來解決工業(yè)用水量大，廢水排放量多以及廢水排放不合格等問題，為同類電廠水處理系統(tǒng)改造及優(yōu)化運(yùn)營提供借鑒。

1 燃煤電廠廢水處理系統(tǒng)改造方案

1.1 改造綜述

某燃煤電廠總裝機(jī)容量為3 320 MW，一期為4×330 MW機(jī)組、二期為2×1 000 MW機(jī)組。由于一期工程設(shè)計(jì)問題與廢水處理設(shè)備陳舊，電廠淡水的年消耗量在1 800萬噸以上，廢水的年排放量在500萬噸以上。為了提高水的重復(fù)利用率和廢水回用率，降低電廠耗水量，自2015年8月開始，對(duì)早期建設(shè)的一期工程4×330 MW機(jī)組廢水進(jìn)行了綜合利用改造。涉及的改造工程包括：生活污水處理系統(tǒng)、化學(xué)制水系統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)(化學(xué)預(yù)處理污泥脫水系統(tǒng)改造、原來直接排放的化學(xué)制水沖洗水進(jìn)行回收利用、化學(xué)再生廢水處理系統(tǒng)通過改造使原來直接排放的化學(xué)反滲透濃水進(jìn)行回收利用)、含煤廢水處理、脫硫廢水處理系統(tǒng)、含油工業(yè)廢水處理系統(tǒng)以及全廠水平衡信息管理系統(tǒng)的開發(fā)使用等。

1.2 生活污水處理系統(tǒng)改造

由于電廠4×330 MW機(jī)組區(qū)域地下管網(wǎng)復(fù)雜、陳舊，部分工業(yè)冷卻水回水串入生活污水系統(tǒng)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)水量情況適當(dāng)放大了設(shè)計(jì)裕量，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷在60t/h左右。處理水加10%次氯酸鈉的回用水泵出口清水余氯控制在2mg/L，進(jìn)入工業(yè)冷卻水回用水池稀釋后余氯降至0.1～0.2mg/L，對(duì)工業(yè)冷卻水回用水菌藻起到了一定抑制作用。

生活污水處理系統(tǒng)改造采用了曝氣生物濾池(BAF)作為生活污水核心處理工藝，經(jīng)過曝氣生物濾池的生物處理，生物指標(biāo)如COD、BOD、氨氮可以得到大部分的去除，出水經(jīng)消毒、過濾后回流至工業(yè)冷卻水回用水池作為工業(yè)冷卻水重復(fù)利用。具體工藝流程見圖1。

圖1 生活污水升級(jí)改造工程工藝流程圖

曝氣生物濾池抗沖擊負(fù)荷能力很強(qiáng)，沒有污泥膨脹問題，微生物也不會(huì)流失，較好地保持了池內(nèi)較高的微生物濃度，因此，日常運(yùn)行管理簡單，實(shí)現(xiàn)了無人值守。正常出水SS和BOD5可保持在1mg/L以下，CODcr保持在5mg/L以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且處理效果穩(wěn)定。

1.3 化學(xué)制水系統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)改造

1.3.1 化學(xué)預(yù)處理污泥脫水系統(tǒng)改造

全廠新建污泥脫水系統(tǒng)，對(duì)全廠排泥進(jìn)行統(tǒng)一脫水處理，主要包括：化學(xué)澄清池排泥水、生活污水處理系統(tǒng)排泥水(量極少)、化學(xué)廢水處理系統(tǒng)排泥水(量極少)。

改造采用了污泥收集調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)各澄清池排泥進(jìn)行均質(zhì)均量緩沖，污泥濃縮池將含固量0.20%～0.50%的泥水濃縮至2%～4%，減量后的污泥經(jīng)平衡池送往離心脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理。

離心脫水機(jī)具有自動(dòng)化程度高，可連續(xù)運(yùn)行，現(xiàn)場無需人員操作；投資少，占地面積小，設(shè)備維修、維護(hù)方便；全封閉脫水，避免二次污染。因此考慮在脫水機(jī)入口投加聚丙烯酰胺作為脫水劑，污泥經(jīng)離心脫水后泥餅含水率約70%左右，泥餅處置作為一般固廢處理。污泥濃縮池上清液及離心脫水機(jī)的濾液均返回回收水池，通過回收水泵返回制水系統(tǒng)澄清池配水池。

1.3.2 化學(xué)制水沖洗水回用

化學(xué)制水沖洗水流量合計(jì)Q=90 m3/h，主要包含化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)過濾器、超濾和反滲透的反沖洗排水，沖洗水質(zhì)見表1。

表1 化學(xué)制水沖洗水主要水質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)分析可以看出過濾器反洗排水和長江水水質(zhì)比較接近，懸浮物含量較長江水水質(zhì)偏高，因此化學(xué)制水車間反洗排污水考慮系統(tǒng)收集，通過泵回收輸送到污泥處理系統(tǒng)回收水池，和污泥處理系統(tǒng)回收水通過回收水泵輸送到澄清池升壓泵進(jìn)口，經(jīng)過澄清池和濾池處理后回用。化學(xué)制水沖洗水的回用，減少了長江水的取水量，可節(jié)約水90 m3/h。

1.3.3 化學(xué)再生廢水處理系統(tǒng)

化學(xué)再生廢水主要為陽床、陰床以及混床(包括凝結(jié)水精處理)再生廢水。補(bǔ)給水再生廢水水量平均為0.5 m3/h，精處理再生廢水水量平均為4.5 m3/h?；瘜W(xué)再生廢水屬酸堿廢水，含鹽量也相對(duì)較高，氯離子含量大于5000 mg/L。但其水量較小，可用作4×330 MW機(jī)組鍋爐排渣系統(tǒng)補(bǔ)水，僅增加了輸水管道，將化學(xué)再生廢水回收至鍋爐排渣水系統(tǒng)，改造相對(duì)簡單。

1.3.4 化學(xué)反滲透濃水回用

由于機(jī)組為供熱機(jī)組，化學(xué)除鹽水耗量相對(duì)較大，因此采用膜法處理的一級(jí)化學(xué)反滲透濃水水量較大，目前平均約145 m3/h。反滲透濃水目前回至一期工業(yè)回用水箱，作為全廠冷卻水補(bǔ)充水。由于濃水中含有阻垢劑成份，暫未發(fā)現(xiàn)因?yàn)闈馑捕却蠖估鋮s管結(jié)垢現(xiàn)象，后續(xù)需進(jìn)一步觀察。如果后期發(fā)現(xiàn)有冷卻水管結(jié)垢現(xiàn)象，則增加輸水管道將反滲透濃水回收至脫硫工藝水箱，反滲透濃水主要水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 反滲透濃水主要水質(zhì)指標(biāo)

1.4 含煤廢水處理改造

含煤廢水主要包含煤場區(qū)域相關(guān)污水，主要包括棧橋沖洗水、煤場含煤廢水噴淋水、雨水等。廢水處理系統(tǒng)采用了電絮凝工藝，處理系統(tǒng)規(guī)模為60 m3/h，采用電絮凝工藝后，大大減少了化學(xué)藥品的消耗，更有利于環(huán)保。

改造后的含煤廢水處理流程為：煤水經(jīng)煤水輸送泵從煤水溢流水池匯集進(jìn)入煤水沉淀池，經(jīng)原水泵進(jìn)電子絮凝器形成繁花，電子絮凝出水進(jìn)入離心澄清反應(yīng)器進(jìn)行絮體沉淀，澄清處理后上清液回中間水池，再經(jīng)多介質(zhì)過濾器回至清水池實(shí)現(xiàn)含煤廢水閉式循環(huán)，如圖2所示。當(dāng)煤水不能滿足煤水沖洗水量時(shí)，采用工業(yè)回用水進(jìn)行補(bǔ)充。同時(shí)考慮到當(dāng)電廠有時(shí)使用褐煤，本系統(tǒng)還配備了絮凝劑與助凝劑加入設(shè)備，在電絮凝失效時(shí)及時(shí)投加。

系統(tǒng)改造投入初期，由于未考慮到石子煤浸出液的酸性對(duì)絮凝澄清處理的影響，遇到了含煤廢水pH值低至2.5的極端情況，致使廢水處理系統(tǒng)泵與管道出現(xiàn)快速腐蝕，進(jìn)出水濁度基本無變化、絮凝處理完全失效，后又增加了一套氫氧化鈉投加設(shè)備，這樣含煤廢水pH值達(dá)到正常值，問題得到了圓滿解決。

圖2 含煤廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖

1.5 脫硫廢水處理系統(tǒng)改造

一期4×330 MW機(jī)組脫硫廢水處理系統(tǒng)，處理量為30 m3/h，脫硫廢水中含有大量高含鹽量，Cl-、SO42-、Ca2+/Mg2+含量較高，廢水處理的主要目的是在調(diào)整PH值的同時(shí)，有效地去除廢水中懸浮物、重金屬等有害物質(zhì)。

脫硫廢水取自真空皮帶機(jī)汽水分離器水，在中和箱內(nèi)，添加濃度約2%～5%的氫氧化鈉，調(diào)整pH值到8.5～9.5，這樣可以使重金屬離子形成難溶物，pH值是中和反應(yīng)的重要控制點(diǎn)。中和箱溢流出來的廢水進(jìn)入反應(yīng)箱，在反應(yīng)箱中加入有機(jī)硫，使得大多數(shù)重金屬離子沉淀后再溢流至絮凝箱，在絮凝箱內(nèi)投加絮凝劑三氯化鋁(AlCl3)或聚合氯化鋁(PAC)溶液進(jìn)行絮凝反應(yīng)。在絮凝箱出口后的管道內(nèi)投加助凝劑PAM，助凝劑通過凝聚、架橋、吸附、共沉淀等協(xié)同作用，將前面反應(yīng)形成的難溶物凝聚成礬花，更容易從廢水中分離出來。絮凝箱設(shè)有攪拌器，加速絮凝反應(yīng)的完成。絮凝箱中廢水自流至輻流沉淀池，在輻流沉淀池內(nèi)廢水中的污染物形成絮凝礬花從水中分離出來並沉淀形成污泥，上層清液溢流至出水箱，在箱中加HCl將pH調(diào)整到7～8后排出界區(qū)。污泥小部分通過污泥回流泵回流至中和箱作為接種污泥，大部分通過污泥輸送泵送入壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理。經(jīng)壓濾脫水后的泥餅含水率大于40%。另外污泥緩沖罐還接有一路將污泥(主要是石膏)送往脫水皮帶機(jī)進(jìn)行脫水，污泥直接進(jìn)入石膏中固化，脫硫廢水處理流程如圖3所示。脫硫廢水目前未外排而是送至灰漿池，最終隨灰管送至灰場防滲區(qū)，利用灰場約100萬立方米防滲區(qū)蒸減量后固化。

圖3 脫硫廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖

1.6 含油工業(yè)廢水處理系統(tǒng)

由于機(jī)組啟停機(jī)時(shí)沖洗排污水量相對(duì)較多，由于冷卻設(shè)備漏油造成工業(yè)水含油。含油工業(yè)廢水懸浮物不多，其余水質(zhì)與工業(yè)水一致。

含油工業(yè)廢水處理量為180 m3/h，從水質(zhì)分析，影響工業(yè)廢水回用的主要污染物為油。因此對(duì)工業(yè)水處理采用在工業(yè)廢水池上增設(shè)浮油收集器除去并收集水里邊所含的浮油，后續(xù)增加過濾器與油水凈化器，除油除濁冷卻后回至工業(yè)回用水池作為工業(yè)冷卻水，處理流程如圖4所示。

圖4 含油工業(yè)廢水處理系統(tǒng)工藝流程圖

1.7 全廠水平衡信息管理系統(tǒng)的開發(fā)使用

做好廢水處理工作的基礎(chǔ)是提高全廠用水效率與廢水綜合利用率，而過去我們提高用水效率的依據(jù)是定期進(jìn)行的全廠水平衡試驗(yàn)，它幫助燃煤電廠掌握用水現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)不合理用水，通過分析，提出合理用水方案進(jìn)行優(yōu)化。但是這種定期進(jìn)行的水平衡試驗(yàn)不僅間隔周期長，而且得出的水平衡圖是靜態(tài)的，而燃煤電廠的用水情況隨季節(jié)、機(jī)組負(fù)荷等變化而變化，因此給出的方案也有可能是片面的。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)全廠水平衡實(shí)時(shí)信息進(jìn)行歸集與實(shí)時(shí)顯示成為了可能。在水處理系統(tǒng)改造時(shí)，開發(fā)了全廠水平衡信息管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了全廠廢水綜合顯示畫面，方便了管理者了解全廠用水動(dòng)態(tài)信息，相比過去定期進(jìn)行的靜態(tài)水平衡試驗(yàn)，數(shù)據(jù)更有代表性，而且異常的不合理用水也能及時(shí)得到糾正，幫助電廠廢水管理逐步走上正軌。

2 結(jié)論

某燃煤電廠廢水綜合利用改造系統(tǒng)工程，通過兩年多的運(yùn)行使用，在每年發(fā)電量不變的情況下，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(1)由于廢水的處理以及重復(fù)利用，除脫硫廢水外，基本實(shí)現(xiàn)了全廠廢水的零排放。尤為重要的是廢水排放均達(dá)到環(huán)保對(duì)排放指標(biāo)的要求。

(2)對(duì)全廠工藝用水段不同系統(tǒng)的優(yōu)化改造，加之全廠水平衡信息管理系統(tǒng)的開發(fā)使用，使得該燃煤電廠全廠用水效率與廢水綜合利用率大幅提高，初步實(shí)現(xiàn)了廢水處理“梯級(jí)利用”。

化學(xué)制水節(jié)約新鮮源水量約850噸/小時(shí)，全廠淡水量平均使用量下降為1050萬噸/年，較改造前節(jié)水約42%。環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效益明顯。