廢水預處理路線經濟比較分析
——以火電廠為例

江蘇京源環保股份有限公司 王仲如

火電廠在實際運行過程中，較大的取水和排水量，結合《中華人民共和國環境保護法》《中華人民共和國水污染防治法》的相關規定，環境保護部門加強了相關企業的水污染物處理管理力度，大力開展企業環境監督和管理工作，嚴格按照廢水排放控制政策法規，選擇相適應的技術路線，保證廢水預處理路線的經濟性和有效性，提高廢水治理成效。

一、火電廠廢水排放控制目標和原則

（一）目標

通常情況下，新建火電廠評批復文件都需要采用城市中水作為生產水源，但是由于缺乏市政污水處理廠、沒有鋪設中水管路，同時中水水質不符合相關使用標準，造成未使用中水或者使用量不符合要求，出現超量使用地表、地下和自來水的現象。另外，部分舊廠自身缺乏使用中水和地表水的條件，出現違規使用地下水的問題。火電廠取水方式符合相應標準，但是存在用水水平不高、節水策略不規范等問題，造成取水量超過政府批復的取水限額[1]。例如，A循環冷卻型電廠裝機容量為 2×135MW+2×350MW，但是中水處理設施處理能力較弱，造成中水使用量不足，地下和地表水的使用超過取水限額，年取水費用達到2300多萬元。

在水源條件不同的情況下，原水預處理和循環水控制方案、末端廢水水量存在一定差異性。因此，廢水預處理路線改造需要將環評批文件和政府最新標準的水源當作主要設計依據。火電廠通過科學合理的預處理技術路線實現全火電廠梯級利用，保證廢水排放達標，減少火電廠新鮮水取水量，促進其更加符合政府批復的取水限額要求。

火電廠排污許可證基本依據機組建設環境評價批復文件對外排廢水要求。當環評批復文件允許廢水外排時，環保局需要給相關火電廠發放排污許可證，普遍允許設定廢水排放口，否則不允許火電廠設定排污口，保證廢水零外排。允許廢水外排的火電廠通常包含以下三種類型：（1）廢水排放到公共污水處理系統，同時執行GB31962—2015《污水排入城鎮下水道水質標準》。（2）廢水直接向海域排放，通常執行GB3097—1997《海水水質標準》。（3）廢水排放到地表水環境，當該種類型的火電廠所在地具有相應的廢水排放標準，排污許可證中規定的外排口水質通常要求執行地方排放標準。當火電廠所在地沒有相應的廢水排放標準，其排污許可證中外排口水質限制通常要求執行GB8978—1996《污水綜合排放標準》。

（二）原則

（1）火電廠節水和廢水治理工作開展需要遵守“節水優先、系統治理、一廠一策、指標領先”原則，做好廢水預處理路線經濟比較工作，制定科學合理的改造方案，保證火電廠廢水治理的規范性和實效性。

（2）火電廠制定廢水預處理路線之前，需要全面核查和評估全廠范圍內的用水排水情況，掌握各個系統水量的平衡關系，合理評價電廠用水和廢水處理系統的運行狀況，根據環保政策對火電廠的實際要求，結合相關問題制定針對性的解決方案。

（3）火電廠排污許可證或者環評報告批復文件不允許廢水外排的情況下，需要采用廢水綜合應用、末端廢水濃縮固化等相關技術手段，或者和下游污水處理企業聯合協作，獲得良好的環保效果[2]。污水許可證、環評報告和批復文件允許循環水、其他廢水外排的情況下，火電廠外排廢水污染物種類繁多，濃度和總量更加符合排污許可證和相關環保要求。

（4）節水工作需要嚴格遵守雨污分流、梯級利用、分類處理和充分回用等相關原則，選擇經濟有效、成熟可靠的設備和便于維護的節水技術，促進火電廠取水方式和取水量更加符合相關要求。

（5）火電廠選擇廢水預處理路線的過程中，需要綜合考慮取水水源和排水指標的實際變化情況，同時考量相關化學藥品、污泥處理等外部環境狀況，合理預測電廠計劃開展廢水治理措施改造對用水和排水情況的影響。例如，脫硫增容或者改造、增加濕式電除塵設施、進行有色煙羽治理等。

（6）廢水預處理路線和工藝設計、設備選擇等多個方面需要保證其安全可靠性、生產設施維護便利、工體技術成熟先進、經濟合理性，以提高廢水處理效果，更加符合國家相關標準規定。

二、合理選擇預處理軟化設備

X火電廠循環冷卻系統排水量達到每小時250m3，由于循環水排水水質差，活性硅含量高，碳酸鹽硬度強，需要工作人員通過后續反滲透濃水側結垢傾向計算，充分表明反滲透濃水側結垢傾向較大。因此，該火電廠需要針對循環水排水的預處理進行軟化處理。循環冷卻系統排水和脫硫廢水預處理包含多種不同的工藝路線，需要相關工作人員結合火電廠的實際情況和需求，采用相關方法比較分析多種廢水預處理路線，確定最佳的預處理路線，解決火電廠廢水治理問題。

機械加速澄清池是以機械攪拌的方式，將混凝、反應和沉淀置于同一個池中開展綜合處理的構筑物[3]。活性泥渣層呈現出懸浮狀態和加藥原水在機械攪拌作用下，增加顆粒碰撞的機會，有效增強混凝效果，通過分離的清水向上升，經過集水槽流出，沉下的泥渣部分通過再回流和加藥原水機械混合反應，部分通過濃縮之后定期排放。機械加速澄清池對水量、水中離子濃度變化呈現出較強的適應性，保證處理效果穩定，全面提高廢水處理質量和效率。高密度沉淀池屬于迅速沉淀技術，在混凝環節增加高密度不容介質顆粒，大多情況下投加污泥，經過回流污泥，適當加藥，促進水中懸浮物構成較大的絮凝體，有效增加其密度和半徑，同時增加絮凝體沉淀濕度。該技術能夠在固定水量的基礎上，沉淀池容積較大，呈現出更加良好的處理效果。高密度沉淀池通常包含混合區、反應區，都設置相應的機械攪拌，有效減少水停留時間，加快藥品混合反應速度，同時包含沉淀濃縮區。

造粒流化床技術原理，主要是化學結晶循環造粒向水中增加相關化學藥劑，促進水中包含的Ca2+、Mg2+離子進行相應的化學反應，形成CaCO3/Mg(OH)2 晶體，附著在晶種表面，有效降低水中硬度，不會形成副產物，產生的CaCO3顆粒能夠有效進行回收應用，工作流程如圖1所示。

圖1 造粒流化床工作圖

我們針對以下幾種澄清設備進行經濟對比分析，便于火電廠結合現場實際情況，選擇合適的澄清設備：（1）機械加速澄清池。項目初投資：大多數采用混凝土結構，停留5小時，結構簡單，投資成本較低，結合相關項目經驗，每噸水投資大約1.1萬元，設備出力越小，投資越高。占地面積：呈現出圓形的俯視結構，不能緊湊設置，占地面積相對較大。1%至2%的污泥含固率，需要設計污泥濃縮池。停留時間較長，具有良好的水質適應性，加藥控制操作簡便、系統簡單，對操作人員能力水平的要求不高，同時需要結合水質計算的常規加藥量進行合理加藥。出水水質，濁度不大于5 NTU、碳酸鹽硬度小于1 mmol/L、10-10.3的PH值、Ca 2+小于10mg/L、Mg2+控制在每升40mg之內；SiO3 2-不大于每升1.5mg。

（2）高密度沉淀池。混凝土結構復雜，包含較多機械構件，項目投資成本較高，結合項目工程經驗，噸水投資成本大約1.2萬元，設備出力越大，噸水投資越小。占地面積：矩形俯視結構，能夠緊湊設置，占地面積較小，節約土地資源。2%至5%的污泥含固率，不需要設計污泥濃縮池[4]。該澄清設備的混合、反應池需要進行機械攪拌，加藥控制，污泥回流量需要更加精準，對水質安全穩定性有更加嚴格的要求，同時對運行水平提出更高的要求，需要過飽和加藥，通常保持120%的過飽和量。出水水質：SS小于3mg/L、碳酸鹽硬度不大于1mmol/L、pH保持10-10.3之間、Ca2+小 于 10mg/L、Mg2+小于40mg/L、SiO32-小于1.5mg/L。

（3）造粒流化床，具有較高負荷和流量，投資相對較少，噸水投資成本大約為8千元，包含土建工程，不需要較大的占地面積，不會產生污泥，對水質適應性較強，但是僅僅能夠清楚水中的鈣離子，不能清楚懸浮物，用過水質計算的常規加藥量進行加藥。出水水質：SS小于3mg/L、碳酸鹽硬度不大于1mmol/L、pH值保持10-10.3之間、Ca2+小于 10mg/L、Mg2+小 于 40mg/L、SiO32-小于1.5mg/L。

我們針對三種澄清設備進行經濟比較分析，三種都符合相關要求，但是高密度澄清池占地面積小，能夠進行緊湊布置，同時不需要設計污泥濃縮池，在冬季更加容易封閉。造粒流化床占地面積小，不需要添加聚凝和助凝劑，停留時間較短，反應速度較快，軟化效果良好，運行簡單，具有良好的應用優勢，但是也存在相應的缺點，需要應用氫氧化鈉加藥法，不能清除懸浮物和濁度。該工藝的特點決定其需要和其他過濾技術進行搭配應用才能有效清除懸浮物，符合相關標準要求。因此，火電廠需要在中試之后，結合現場情況和實際要求，合理選擇澄清設備。

三、管式微濾膜、陶瓷超濾膜

管式超濾系統主要包含管式超濾膜、濃縮槽、相關配套設施，結構是膜被澆鑄在多孔材料管的內部，含被過濾物質的水流過膜之后，通過多孔支撐材料，進入產水側，水被凈化。錯流失管式超濾主要用于過濾，能夠獲得良好的出水水質，突破以往沉降、澄清工藝使用中存在的局限性，合理采用微孔膜分離出廢水中的沉淀物[5]。管式微濾膜和常規的中空纖維超濾不同，能夠有效承受2%至5%的污泥濃度，和pH值。pH值為14的條件下能夠正常穩定地工作，管式膜過濾出水SDI小于5，能夠直接送到后期反滲透或者蒸發器處理系統，不需要使用相應的除濁設施。

陶瓷超濾膜通過納米氧化鋁制作而成，呈現出不斷絲線、應用壽命長、出水穩定、耐陽、酸堿離子型藥劑對進水濁度有更加寬泛的要求和膜通量較高等特征。因此，陶瓷超濾膜前不需要設計雙介質過濾器等，有效節約占地面積，但是其制作工藝繁雜，市場價格昂貴，膜面積較小，自身不存在軟化功能。

陶瓷膜膜通量保持在 0-300 mlh之間，火電廠可以選擇190mlh的陶瓷膜膜通量，同時結合管式膜在其他火電廠中試信息數據，選擇200mlh的管式膜膜通量。浸沒和壓力式超濾通量結合相關標準要求執行，經濟對比分析壓力式、浸沒式、陶瓷超濾、管式微濾膜技術。火電廠結合經濟對比分析結果，了解壓力和浸沒式超濾都是中空纖維超濾膜，綜合考量其在處理中水過程中會受到水質波動、有機物污染等相關原因造成運行不安全穩定、化學清洗頻繁、斷絲率較高、應用壽命減少等問題。因此，火電廠循環水排水系統不推薦采用中空纖維超濾膜。

管式膜初投資成本較高，具有軟化功能，能夠有效節約前期軟化設備成本，但是膜元件需要保持每3年更新一次，后期使用成本較高[6]。陶瓷膜初投資相對較高，但是使用壽命長，折舊和換模成本低，在交叉水質中具有較強的適應性，在使用過程中容易清理，沒有斷絲和膜污染等問題。火電廠結合占地面積、初投資、設備運行安全可靠性、折舊和換膜成本等多個因素，在循環水排水軟化工藝中可以采用高密度沉淀池和陶瓷膜向配合的工藝，實現理想的廢水預處理效果。

四、某火電廠廢水整理措施

（一）加大節水管理力度

火電廠需要不斷優化和完善全廠用水流程，如禁止設備冷卻水直接排除，可以回收到冷卻塔中；解決輸煤、灰渣、脫硫系統采用新鮮水的現象；保證正常狀態下消防水控制統不耗水，將生活用水量有效控在合理范圍之內。同時，火電廠需要合理調整運行方式，如，過濾設備自用水，僅懸浮物質量濃度一項大于原水，可以回收到原水預處理或者工業廢水系統中進行處理回用；化學車間反滲透濃水當作脫硫工藝用水；相關工作人員按照高鹽和低鹽廢水分類采集精處理和化學再生廢水，高鹽和脫落廢水共同處理，合理調整輸煤、除渣系統補水量，達到含煤廢水和渣溢水循環利用不外排；低鹽廢水直接送到工業廢水系統進行處理回用；綠化用水不應使用工業水，而應用符合標準處理之后的生活污水。

（二）完善廢水治理方案

火電廠在廢水治理工作中要積極開展可行性研究，結合自身所在地環保政策和實際要求，同時全面分析火電廠實際情況和需求，經濟比較分析廢水預處理路線之后，科學合理地設計具有前瞻性的改造方案，同時針對實際情況全部試驗論證廢水治理方案中循環水、循環水排污水回用處理工藝、末端廢水濃縮等相關主要工藝，保證廢水治理方案設計的合理性和有效性。

（三）完善排水監測系統，加強項目管理和運行維護

火電廠增強全廠水系統關鍵水質的檢測，主要包含全廠水源、處理之后的生活、工業、脫硫和廢水總排口廢水。結合相關技術標準和管理機制，針對這些水質進行定期、不定期的監測分析，獲得相關結果并及時錄入到運行管理系統中。火電廠主要應用化驗為主的監測手段，結合環保風險等詳細情況，配置相應的在線監測設備，進而有效掌握相關設備的運行狀態，保證廢水處理成效。

火電廠選擇工程經驗豐富、資質較高的設計單位科學合理地設計廢水處理工藝，有效控制設備供貨，如關鍵設備和核心工藝的供貨，同時關注工程實施管理，選擇信譽良好、綜合實力較強的承包商，加大施工監督管理力度，保證工程施工質量。另外，火電廠要加大設施運行維護工作力度，及時發現和更新腐蝕嚴重的管路和構件，防止管路出現泄漏現象，同時結合設備運行數據，定期維護性清洗、離線化學清洗膜處理設備，延長膜元件使用壽命。相關工作人員要根據實際情況更新過濾器濾芯、濾料等耗材，詳細準確地記錄設備運行維護日志，保證設備始終處于安全穩定的運行狀態。

五、結束語

火電廠是高耗水行業的主要監管對象之一，實際取水和排放況國家相關政策標準規范具有較大差距，廢水實際排放狀況和排污許可證要求具有一定差距。因此，火電企業需要進行廢水預處理路線經濟比較分析，全面考慮系統初投資成本、設備運行安全可靠性、工藝技術合理規范性和有效性等多個方面，在循環水排水系統預處理工藝中，可以選擇“高密度沉淀池+陶瓷膜”工藝，同時制定廢水治理措施，保證火電廠廢水處理符合相應標準。