新形勢、新要求 燃煤電廠節(jié)水治污有新法
新形勢、新要求燃煤電廠節(jié)水治污有新法
衛(wèi)茂盛1 董兆祥2
1、大唐信陽華豫發(fā)電有限公司信陽464000
2、邯鄲市奧博水處理有限公司邯鄲056002
【摘要】通過重溫國務院關于節(jié)水治污方面的有關指示和要求，闡明了燃煤電廠節(jié)水治污工作的重要性和緊迫性。文中指出了燃煤電廠廢水排放的現狀和現有循環(huán)水處理理念及方法的滯后性，提出了廢水用作循環(huán)水零排放的全新理念和應用技術，或將成為燃煤電廠徹底實現廢水零排放的新方法。
【關鍵詞】燃煤電廠、節(jié)水治污、新方法
引言
長期以來，燃煤電廠在節(jié)水減排方面做了大量的工作，采取了多種措施，取得了重大進展。但是，由于受到傳統(tǒng)理論、理念的影響和不適宜標準的限制，廢水依然排放，水環(huán)境依然受到污染。怎么辦？惟有原始創(chuàng)新、顛覆性創(chuàng)新，實行廢水用作循環(huán)水零排放技術，才能從根本上改變現狀，才能給人民群眾交上一份滿意的答卷。
一、燃煤電廠節(jié)水治污工作形勢嚴峻
《國務院關于實施最嚴格水資源管理制度的意見》（國發(fā)2013.3號）指出：“水是生命之源，生產之要，生態(tài)之基，人多水少，水資源時空分布不均是我國的基本國情和水情。當前我國水資源面臨的形勢十分嚴峻，水資源短缺，水污染嚴重，水生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出，已成為制約經濟社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸”。國務院（2015.17號）發(fā)布的《水污染防治行動計劃》進一步指出：“我國正處于新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現代化發(fā)展階段，水污染防治任務繁重艱巨。并要求各地區(qū)、各部門以抓鐵有痕、踏石留印的精神，依法依規(guī)狠抓落實，確保全國水污染治理與保護目標如期實現，為實現‘兩個一百年’奮斗目標和中華民族偉大復興中國夢作出貢獻”。為貫徹這一系列指示精神，國家發(fā)改委、環(huán)保部、工信部、水利部和能源局等部門以及各大發(fā)電公司都下發(fā)了相應的文件，節(jié)水治污工作不僅提到了議事日程上，而且成為各級領導工作的重中之重。
燃煤電廠是耗水大戶，特別是濕冷機組的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的用水量和排水量十分驚人。以180萬千瓦裝機容量的發(fā)電廠而言，每天排放的高鹽濃水、脫硫廢液、生活污水、含油廢水及循環(huán)水排污水等約3000m3，平均每萬千瓦的日排污量為16.7m³。我國燃煤發(fā)電機組總裝機容量為9.9億千瓦，其中濕冷機組占72.2%，為7.15億千瓦，按每萬千瓦每天排污16.7m³計，全國濕冷機組每日排污量為1191667m³，一年的排污量為4.35億m³。如此巨大的數據，水資源能不緊張嗎？水環(huán)境能不污染嗎？億萬人民群眾的生活用水怎樣保證？所以，燃煤電廠的節(jié)水治污工作形勢非常嚴峻，迫在眉睫，刻不容緩。
二、已有的水處理技術破解不了現實難題
當前，各燃煤電廠的循環(huán)冷卻水處理工作普遍按照循環(huán)水的用水標準進行補水，按照循環(huán)水的水質控制標準進行排污。為了適應補水標準和水質控制標準的要求，近些年來，衍生出了多種循環(huán)冷卻水處理技術。但是，無論哪種技術，都沒有達到循環(huán)水設備的百分之百不結垢和百分之百不腐蝕效果。不單如此，廢水的排放問題依然存在，或者說排放廢水量減少了，而污染物總量沒有變。比如：
廢水經膜法處理后回用。循環(huán)水的排污水經預處理、生化處理、納濾或超濾、反滲透膜處理后，純水回用，濃水排放。這種方法的設備投資大，運行費用高，外排廢水量減少了，外排廢水的含鹽量更高了，污染物總量沒有變。國內有極少數企業(yè)采用了多效蒸發(fā)、結晶分離的工藝得到了廢水零排放。但是投資大，耗能高，運行成本高，企業(yè)不堪重負，基本上處于虧損狀態(tài)。
補充水經石灰軟化處理。用石灰軟化補充水是一種多年的老技術，至今仍在使用。通過石灰軟化后的補充水，可以達到循環(huán)水的高濃縮倍率。但是，在實施過程中還要進行絮凝、澄清、過濾、加酸調節(jié)PH值等工藝的配合。這一技術的工作環(huán)境差，工藝條件復雜，仍然有外排廢水，循環(huán)水設備時常有結垢或腐蝕問題發(fā)生。
補充水經弱酸樹脂降堿降硬處理。經弱酸樹脂軟化處理后的水與工業(yè)水混合作為循環(huán)水的補充水，可以較大提高循環(huán)水的濃縮倍率，節(jié)水效果好。但是，循環(huán)水仍有排污水，弱酸樹脂再生時的酸性廢水含鹽量高，仍然污染環(huán)境。
循環(huán)水用硫酸中和堿度處理。為了防止高倍率引起的循環(huán)水設備結垢問題，在普遍投加阻垢緩蝕劑的同時，用硫酸調節(jié)循環(huán)水的PH值和堿度。此方法較上述三種方法處理工藝簡單，處理成本最低。但頻繁的結垢和腐蝕問題導致系統(tǒng)運行不正常，并產生大量的排污水。
復合高效阻垢緩蝕劑處理。是一種普遍采用的循環(huán)水處理方法，大多數的燃煤發(fā)電企業(yè)單獨采用，有少數企業(yè)配以加酸、或石灰軟化、或弱酸樹脂軟化、或膜處理廢水等方法。但是無論哪種方法，都存在廢水排放問題。即使有的企業(yè)把廢水用作沖灰水，同樣存在灰場灰水溢流到水環(huán)境，或污染水體、或高鹽水滲透到地層中造成地下水污染。
燃煤電廠的外排廢水由來已久，司空見慣。雖然采取了多種節(jié)水減排措施，但終不能解決廢水外排問題，終不能解決水生態(tài)環(huán)境惡化問題。至此，黨和政府在企盼，企業(yè)和大眾在企盼，企盼水處理領域有創(chuàng)新技術問世，企盼所有企業(yè)實現廢水零排放，企盼水環(huán)境不再污染。
三、廢水用作循環(huán)水零排放技術的問世
目前，在節(jié)水治污領域中，政府層面已經出臺了許多相關政策與法規(guī)，而技術層面幾乎到了“山窮水盡疑無路”的窘境。雖然有專門機構推出了多效蒸發(fā)、結晶分離的廢水零排放技術，可并非雪中送炭，迎合者甚少。更何況采用了多效蒸發(fā)、結晶分離技術的企業(yè)大多出現嚴重虧損，其中有多家企業(yè)的設施閑置，另尋其它省錢的技術。
正當人們在為節(jié)水治污技術一籌莫展的時候，邯鄲市奧博水處理有限公司推出了醞釀已久的“廢水用作循環(huán)水零排放技術”。這一技術已經獲得了三項國家發(fā)明專利授權（專利號：ZL200910073943.6、ZL201110368302.0、ZL201310605643.4）。該專利技術的推廣和運用，顛覆了傳統(tǒng)的循環(huán)水處理理念和方法，突破了循環(huán)水水質控制標準和多項廢水回用水標準的限制，取得了循環(huán)水設備百分之百不結垢、不腐蝕和節(jié)約用水的效果，這無疑是水處理領域的一場革命。推廣和實施這一技術，將成為落實“水十條”的重大技術支撐，水污染或將成為歷史，畫上句號。
經調查了解，目前已經試用和運用廢水用作循環(huán)水零排放技術的企業(yè)已達35家，其中有煤化、石化、冶金、制藥、熱電等多個行業(yè)的企業(yè)。這些企業(yè)的廢水不盡相同，但在采用廢水用作循環(huán)水零排放技術后，省掉了廢水生化處理費用、省去了廢水排放費用、省去了新鮮水費用、省去了設備檢修或更新費用。最重要的是循環(huán)水設備實現了百分之百不結垢不腐蝕，提高了設備利用率，提高了勞動生產率，提高了產品產量和質量，延長了設備壽命等，可謂是一項低費用投入，換來了多項收益。經測算，每消耗掉一噸廢水的費用僅4.00元左右。廢水用作循環(huán)水零排放技術有三項創(chuàng)新理念：
其一，循環(huán)水系統(tǒng)是廢水深度處理的最佳設施。循環(huán)水系統(tǒng)的固有設施具備了廢水深度處理所需的好氧、厭氧、缺氧、熱解、催化等條件，廢水中的COD、BOD、氨氮、酚、氰等有毒有害物質均可以在循環(huán)水無限循環(huán)過程中得到徹底的降解。比如：剩余氨水做為循環(huán)水補充水，經過降溫除油后直接補入循環(huán)水泵的入口處水面以下，在進入換熱器后，循環(huán)水溫度的升高造成水中溶解氧含量降低，逃逸出的氧與氨氮結合形成硝酸根和亞硝酸根，與硫化氫結合形成了硫酸根和亞硫酸根。循環(huán)水中碳酸鹽轉化成硝酸鹽和硫酸鹽，擴大了硬度在循環(huán)水中的溶解度。所以，雖然剩余氨水堿度高、PH值高、而且味道很大，但作為循環(huán)水補充水時，循環(huán)水不僅沒有味道，而且堿度降低了，PH值也降到了8.0以下，根本不會發(fā)生結垢問題。
其二，廢水是循環(huán)水的最佳水源。這是因為廢水中含有微量重金屬離子，重金屬離子又是高價陽離子，可在藥劑絡合作用下成為循環(huán)水設備的預膜劑。重金屬離子膜可抵御高CI-、高SO42-、溶解氧的腐蝕，因而循環(huán)水用廢水零排放時，設備不會出現腐蝕問題。在零排放情況下，循環(huán)水中超飽和的結垢物質必然要析出成垢，但是在多功能阻垢緩蝕劑的作用下，結晶析出的物質會改變晶體形態(tài)，成為不規(guī)則的水渣，因而循環(huán)水系統(tǒng)不會結垢。與此同時，循環(huán)水高CI-抑制了菌藻瘋長，氯化鈣的超飽和析出成為循環(huán)水的凈水劑等。
其三，循環(huán)水水質不按標準控制，效果會更好。循環(huán)水的用水標準和循環(huán)水水質控制標準有十多項，控制的目的是為了保證循環(huán)水系統(tǒng)不結垢不腐蝕。但是，幾十年的生產實踐卻證明了按照這些標準控制，不僅沒有節(jié)水，而且又結垢又腐蝕。比如：控制循環(huán)水的PH值，就是加硫酸，硫酸根與水泥結合形成了水合硫酸鈣，引起了水泥構件腐蝕、沙化。腐蝕產物堆積于換熱器管內，形成軟垢。再比如：硫酸與碳鋼管道結合，形成硫酸鐵、硫酸亞鐵，在水中溶解氧的作用下，形成三氧化二鐵和四氧化三鐵，使換熱器生成銹垢銹瘤，影響換熱效果。除了調PH值外，其它控制指標如：CI-、SO42-、濁度、硬度、電導、SiO2、Fe2+、油含量等都是小于號，也就是說達到了所規(guī)定的指標就是排污。所以，這就造成了水資源的極大浪費和水環(huán)境的污染。相反，循環(huán)水不控制PH值，就用不著加硫酸，就不會引起系統(tǒng)腐蝕，也不會造成PH值升高而結垢。因為藥劑將Ca2+、Mg2+螯合后，HCO3-就是多余的不穩(wěn)定的離子，在換熱器受熱后，兩個HCO3-就轉化成一個CO2、一個H2O、一個CO3-。再比如：因循環(huán)水CI-含量低，相對應的陽離子含量也低，陽離子含量低意味著重金屬離子含量低，所以在沒有微量重金屬離子作預膜劑的情況下，循環(huán)水系統(tǒng)設備怎么能不腐蝕呢？
截至目前，已經研發(fā)成功的廢水用作循環(huán)水零排放技術中，剩余氨水、蒸氨廢水、生化廢水、脫硫廢液、酸堿再生廢水、反滲透濃水、納濾或超濾濃水、煤氣洗滌水、電脫鹽濃水、酸性凈化水、生物制藥廢水、合成制藥廢水、城市中水、生活污水等，均可作為循環(huán)水的補充水，在零排放情況下實現循環(huán)水設備百分之百不結垢不腐蝕。
焦化廢水、生物制藥廢水均是難降解難處理的有機廢水。比較而言，電廠的廢水是易處理的廢水。所以，燃煤電廠的外排廢水全部用作循環(huán)水補充水，做到零排放，是非常簡單的事情。
四、廢水用作循環(huán)水零排放需好事多磨
廢水用作循環(huán)水零排放技術推廣近三年來，遇到過許多挫折，但是因為采取相應的措施加以補救，從而保證了這一技術的順利推廣和應用。
邯鄲一家大型鋼鐵企業(yè)的焦化廠，年生產規(guī)模為206萬噸。長期以來，循環(huán)水補充冶金中水，循環(huán)水濃縮倍率控制在1.5-1.7。其處理效果是：每年對換熱器進行一次清洗，三年更換一遍換熱管。當采用焦化廢水用作循環(huán)水系統(tǒng)零排放技術后，循環(huán)水CI-達到8000-12000mg/L，運行一個半月后，循環(huán)水上水管道脫落的銹瘤碎片對換熱器造成堵塞。又運行了三個月后，回水管脫落的銹瘤碎片堵塞了冷卻塔填料。如果原來的循環(huán)水系統(tǒng)沒有嚴重腐蝕問題，就不會出現銹瘤碎片堵塞換熱器和冷卻塔填料問題。解決此類問題，目前還未有良策，所能采取的措施是降低藥量，讓銹瘤銹斑緩慢脫落。
山東淄博有一家石化企業(yè)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結垢非常嚴重。當采用石化廢水用作循環(huán)水零排放技術后，上層填料中的垢疏松后，跌落到下層填料中發(fā)生了堵塞，支撐填料的是塑料支架，不堪重負時折斷，造成冷卻塔填料大面積坍塌。如果填料中的垢不嚴重，或者支撐架是角鐵或槽鋼，就不會發(fā)生填料坍塌問題。解決此類問題，目前唯一的手段是降低藥量，讓老垢慢慢溶化和分解。
山東東營一家石化企業(yè)采用廢水用作循環(huán)水零排放技術后，水中的含鹽量和濁度很高。由于冷卻塔沒有安裝百葉窗，刮大風時，循環(huán)水被吹出水池外，造成周圍地面和設施表面很臟。該企業(yè)的冷卻塔軸流風機功率大，又不能調小風量，冷卻水噴頭上方又無節(jié)水器或收水器，致使飛濺水吹出冷卻塔，使廠區(qū)一片白茫茫。解決這些問題的措施有三項：一是循環(huán)水冷卻塔裝百葉窗；二是冷卻塔噴頭上方裝節(jié)水器；三是排一部分循環(huán)水到污水廠，投加藥劑降濁后再返回循環(huán)水系統(tǒng)。
河北唐山一家焦化企業(yè)的余熱電廠有一臺不銹鋼蝶片式換熱器，蝶片的表面壓制了花紋。當循環(huán)水的CI-達到10000mg/L時，換熱器出現了穿孔問題。原因是蝶片式換熱器材質有裂紋所致。這是因為CI-半徑小，易在裂紋中聚集，當聚集到一定程度后，共同發(fā)力，造成穿孔。目前，解決這一問題的措施有三項：一是增加多功能阻垢緩蝕劑中鋅離子的含量，抑制空蝕；二是在循環(huán)水中補入反滲透濃水或其它循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，促使氯化鈣的超飽和析出與沉淀，從而降低循環(huán)水CI-含量；三是廢水補充量不足時，需要補充新鮮水，將新鮮水先經過蝶片式換熱器后再流入循環(huán)水系統(tǒng)作補水。這三種方法均可抑制不銹鋼蝶片式換熱器的穿孔問題。
寧夏銀川一制藥企業(yè)的2×25MW自備發(fā)電機組系統(tǒng)結垢非常嚴重，在采用生物制藥廢水作循環(huán)水系統(tǒng)零排放期間，更換冷卻塔填料造成換熱器結垢更加嚴重。究其原因是：在不停機狀態(tài)下更換冷卻塔填料，填料中的垢渣大量脫落到循環(huán)水池中，垢渣的比表面積大，與循環(huán)水中的多功能阻垢緩蝕劑發(fā)生反應后，就造成了進入換熱器的循環(huán)水中藥量減少，甚至缺失，因而造成換熱器結新垢。解決這一問題的措施是：一是增加多功能阻垢緩蝕劑的日用量，逐步將換熱器和填料中的垢溶解掉；二是運行中盡可能不更換填料，如非更換不可的，要成倍地增加多功能阻垢緩蝕劑日用量。
上述五個方面出現的問題，是原來運行中出現了問題，沒有及時處理而留下的后患。通過采取相應的補救措施，可以保證廢水用作循環(huán)水零排放技術的安全運行。
結束語
綜上所述，節(jié)約有限的水資源和水污染防治工作已經到了攻堅階段，而當下的燃煤電廠又缺乏解決外排廢水的良方。奧博公司發(fā)明的廢水用作循環(huán)水零排放技術既然已經在煤化、石化、制藥、熱電企業(yè)取得成功運用，那么，在燃煤電廠也會取得成功運用，F在缺少的已經不是技術，而是傳統(tǒng)水處理理論、理念的更新，是廢水用作循環(huán)水零排放技術的大膽嘗試。相信廣大的燃煤企業(yè)在運用廢水作為循環(huán)水零排放技術后，不僅解決了循環(huán)水設備的結垢和腐蝕問題，更重要的是節(jié)約了有限的水資源，實現了廢水資源化利用及零排放，并且更有利于企業(yè)經濟效益的提高。
【作者簡介】衛(wèi)茂盛（1985.7-） 2008年畢業(yè)于華北水利水電大學，工學學士，現任大唐信陽華豫發(fā)電有限公司設備部專業(yè)工程師。聯系電話：15137611911
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