马燕1 沈月圆2
1身份证件号： 6541221994****3829新疆伊犁835100
2身份证件号 ： 5002341993****5441新疆伊犁835100
摘要：燃煤电站中废水经处理后复用，复用小了的废水可以采用反渗透浓缩处理，以减少废水量。在气候合适的地区可建设蒸发池，依靠自然蒸发使多余的废水耗散到大气。在不能依靠自然蒸发耗散废水的地区，采用反渗透浓缩加蒸发结晶的技术方案，达到废水零排放。
关键词：废水零排放；蒸发池；自然蒸发；反渗透；闪蒸分离；蒸馏
引言
随着国家“一带一路”的战略发展，越来越多的中国电力企业走出去，随之带来的是对电站建设的要求和标准愈来愈严格，燃煤电站需要实现废水零排放就是其中之一。
电厂是工业企业的用水大户，电厂的水务管理水平与设计、施工、调试、运行均有关联，有效地节水需要设计先行。优化电厂的设计耗水量既是提高电厂性能的一项举措，也是环保节水的必然要求。因此电厂供、排水设计应结合工程具体条件，在保证电厂安全运行的前提下，全厂水务管理和水量平衡设计中贯彻节约用水、一水多用、综合利用和重复使用的原则，确定一个先进、经济、合理的用水指标。
1.常规设计方案中，采用的节水措施有如下五项：
（1）汽轮机排汽冷却所需的用水量巨大，本项目汽轮机排汽冷却采用直接空冷系统，大大降低了耗水量；
（2）辅机冷却水采用机械通风干式冷却塔系统，冷却水系统为闭式循环系统，以减少耗水量；
（3）生活污水收集后进入生活污水处理站进行处理，处理后的污水再次加以利用；
（4）提高工业用水回收率，将电厂内工业废水排水全部收集至工业废水处理站，处理后经复用水泵升压供给全厂复用水；
（5）拟对各类不同水质的供、排水系统进行水量监测和控制，系统中配备必要的流量计和水位控制阀等计量控制设施，以便在运行中加强监督和管理，避免水资源的浪费。
在热季期间，经处理后的复用水可全部用于灰渣加湿、灰场喷洒和输煤除灰系统的冲洗。冷季期间为11月至次年3月，月平均气温均在0℃以下，复用水无法全部回收利用，即其中灰渣加湿、灰场喷洒等这些用水不可复用，这个时间段约126天计3024 h。这部分废水分别来自化学一级反渗透系统排放的浓水36 t/h、超滤及反渗透的反洗水1 t/h,再生废水1 t/h,凝结水精处理系统排水2 t/h。冷季期间这些废水经工业废水处理站处理后需要排放，冷季期间总排放量约12.1 X 104 t。
2.实施废水零排放的污水控制工艺
2.1全容量蒸发池
全容量蒸发池方案定为方案一。电厂冷季期间的年废水量约12.1 X 104 t，荒漠区域土地价格低，且冻土深度约2.6 m。因此确定蒸发池的深度为2m，需要建设一座300 m X 205 m的蒸发池，储水容积12.3 X 104 t。主要依靠热季期间的自然蒸发来消耗池中的废水。为了保护土壤环境，池底和池壁需敷设厚度1 mm的土工布来防止废水渗透到土壤里。
常规方案中，复用水池内已设置2台废水输送泵，可以将处理后的废水输送到灰场、煤场等处用于灰渣加湿和喷洒用水。废水输送泵的容量完全可以在冷季期间将这些废水输送到蒸发池，无需增设水泵。但是需要增设相关管道和附件及管道防冻保温。
2.2废水浓缩处理加蒸发池
废水浓缩处理加蒸发池方案定为方案二。为了减少废水蒸发池的容量，将一级反渗透排出的浓水40 t/h经澄清、过滤和超滤净化后，依次经过原水反渗透和浓水反渗透装置，产生7.1 t/h浓缩废水和32.9 t/h淡水。这样极大地减少了废水排放量，这部分废水总含盐量TDS由7000 mg/L增加到35000mg/L，而淡水的TDS则降低到200 mg/L，可以作为化学补充水循环使用。
浓缩处理系统包括澄清池、多介质过滤器、弱酸阳离子交换器、超滤、原水反渗透装置和浓水反渗透装置。
冷季期间减量后的浓缩废水需排入蒸发池储存，总废水量约2.15X 104t。为此需建设一座120 m X90 m的蒸发池，池深2m，储水容积2.16X 104t，池底和池壁需敷设厚度1 mm的土工布。
2.3废水浓缩处理加蒸发结晶
废水浓缩处理加蒸发结晶方案定为方案三。与废水浓缩处理加蒸发池方案相比，该方案是将浓缩处理后的废水经过三级加热和闪蒸分离，再进行蒸馏和冷却，处理后的水作为化学补充水循环使用，实现废水全部回用。
蒸发结晶系统包括三级加热器和三级分离室，主冷凝器和最终冷凝器，蒸馏水罐和热交换器，浓液罐和离心机等。
闪蒸和蒸馏系统需要消耗蒸汽2.8 t/h和循环冷却水160 t/h蒸汽参数。.8 MPa@，330℃。TDS含量为35000 mg/L的7.1 t/h的浓水经过闪蒸和蒸馏处理后，产出约9.6 t/h的合格水和0.3 t/h杂盐，其中合格水的TDS含量为100 mg/L。
3.方案比较
3.1三种方案的优缺点
方案一系统简单，不需增加设备费用。运行费用最低，厂用电耗无需增加，不需消耗蒸汽和冷却水，也不需增加化学药剂耗量。但是增加了占地面积，虽然节水但是不利于节约用地，且土建工程和费用巨大。
方案二系统较复杂，增加了一些设备费用。运行费用较高，不需消耗蒸汽和冷却水，但是需要增加化学药品耗量。与方案一相比，增加的占地面积有限，土建工程和费用有所下降。
方案三系统最复杂，极大地增加了设备费用。运行费用高，需要消耗蒸汽和冷却水，还需要增加化学药品耗量。该方案增加的占地面积很小，即节约用地又节水，环保效益好，缺点是投资费用高。
3.2三种方案的投资比较
方案一需建设一座300x205米的蒸发池，占地面积6.15公顷，以及相应的管道和阀门、仪表配件等。
方案二的废水浓缩处理系统包括澄清池、多介质过滤器、离子交换器、超滤、原水反渗透装置和浓水反渗透装置，相应的水箱、水泵和连接管道及阀门、电缆和仪表配件等。此外小容量蒸发池面积120x90米，加上浓缩处理系统车间占地面积0.04公顷，总占地面积1.12公顷。
方案三的废水浓缩处理系统与方案二相同，蒸发结晶系统则包括三级加热器和三级分离室、主冷凝器和最终冷凝器、蒸馏水罐和热交换器、浓液罐和离心机，相应的水泵和连接管道及阀门、电缆和仪表配件等。二个车间占地总面积约0.1公顷。
3.3三种方案的运行费用比较
这三种方案除了投资费用的差异外，其运行费用也存在着一些差异，主要体现在厂用电消耗、化学药品消耗、蒸汽和冷却水的消耗。方案三中需要的蒸汽量为2.8 t/h，来自于汽轮机四级抽汽，为此机组的发电功率约减少0.4 MW，可视为机组的厂用电消耗。同样地，方案三中需要的冷却水量160 t/h增加的厂用电消耗约18 kW 。
3.4方案综合比较
方案一需增加投资费用1205万元，年运行费用无需增加。方案二需增加投资费用880万元，年运行费用则需增加115.3万元。方案三增加的投资费用和年运行费用均为最高，分别是2541万元和196.2万元。
由此可见，方案一和方案二各有利弊，方案一投资和运行费用最低，但是占地面积大，不利于集约用地和节约用地，适合于荒漠地区和非种植地区。方案二投资最省，运行费用略高，加大了电站投入，但是需要的占地面积很小，方案合理。
方案三既增加了投资，年运行费用又最高，因此经济性不佳。只有当电站所处区域空气湿度大，即日蒸发量小时，蒸发池储存的废水不能依靠自然蒸发来耗散到大气中，电站可选择方案三；或者当电站用地面积严格受限时，亦可考虑选择方案三。
结语
环境保护形势日趋严峻，燃煤电站废水零排放是积极响应环境保护的一项重要举措。如何选择废水零排放的技术方案，首先需要分析研究电站所处区域的气候特征，只有在低湿度高蒸发量，且气候严寒的地区，才能选择废水浓缩和小容量蒸发池的技术方案，即节省了投资，运行费用也较低，环保效益显著。在气候温暖的地区，处理后的废水可以全部复用，无需增加浓缩处理系统和蒸发池。
参考文献
[1]彭向阳.煤化工废水零排放工程中膜集成技术的应用[J]水处理技术，2020, 46(01)： 130-133, 140.
[2]李东，桑华俭，李杨，等.高盐废水零排放结晶盐资源化工艺分析与比较[J].工业用水与废水，2019, 50(06)： 1-5.