本文介紹了燃煤電廠(chǎng)生產(chǎn)運行系統中所排放不同性質(zhì)工業(yè)廢水的處理方法，以及處理后水資源回收利用的路徑；分析了燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水零排放技術(shù)的研究進(jìn)展和實(shí)際應用情況，并對燃煤電廠(chǎng)廢水處理和水資源回收利用的發(fā)展趨勢做了展望。

我國的電力來(lái)源主要是火力發(fā)電，據統計，2018 年我國火力發(fā)電量為 49249 億 k Wh，占總發(fā)電總量的 70.4%?；痣娦袠I(yè)作為用水大戶(hù)，每年的耗水量和排水量巨大，2018 年全國火電廠(chǎng)耗水總量接近 60 億 t，廢水排放量約為 2.7 億 t。燃煤發(fā)電作為火力發(fā)電的主要形式，占總發(fā)電量的 64.1%，成為火電廢水的主要排放來(lái)源。隨著(zhù)國家對火電行業(yè)清潔生產(chǎn)、超低排放和近零排放的要求，以及工業(yè)用水價(jià)格的不斷攀升，燃煤電廠(chǎng)對各類(lèi)廢水進(jìn)行處理并回收利用已經(jīng)迫在眉睫。而脫硫廢水作為燃煤電廠(chǎng)產(chǎn)生的一種成分復雜、最難處理的廢水，其零排放處理技術(shù)也得到越來(lái)越多的關(guān)注。本文中對燃煤電廠(chǎng)中不同工業(yè)廢水的處理方法和回用路徑進(jìn)行了概述，并分析了脫硫廢水零排放技術(shù)的研究和應用現狀。

1 燃煤電廠(chǎng)廢水種類(lèi)及處理回用方式

燃煤電廠(chǎng)用水分為工業(yè)用水和生活用水。由圖 1 可以看到，燃煤電廠(chǎng)工業(yè)用水系統包括化學(xué)水處理系統、循環(huán)水系統、除灰渣系統、輸煤系統、輸油系統、脫硫系統等，產(chǎn)生的廢水包括循環(huán)水排污水、灰渣廢水、含煤廢水、含油廢水、脫硫廢水等。針對每種廢水的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)特有的廢水處理工藝，并實(shí)現廢水的梯級利用，可以達到電廠(chǎng)節水的目標。

1.1 循環(huán)水排污水

電廠(chǎng)循環(huán)水是用于機組進(jìn)行冷卻的冷卻水源，占電廠(chǎng)總用水量的 60%以上。電廠(chǎng)循環(huán)水系統多為敞開(kāi)式循環(huán)系統，由于不斷地蒸發(fā)、漏損、濃縮形成富含 Ca2+、Mg2+等離子的鹽類(lèi)，導致水的電導率増加，造成管道堵塞和腐蝕，降低了換熱效率。目前多采用濃縮脫鹽的方式對循環(huán)水排污水進(jìn)行處理，采用“預處理（軟化+混凝+澄清）+深度除鹽（膜過(guò)濾/電滲析）”的回用處理工藝，將循環(huán)水排污水中的離子脫除；為了減少混凝過(guò)程中的藥劑投加量，康少鑫等開(kāi)發(fā)了“電絮凝+高效澄清+深度除鹽”的工藝，降低后續膜分離系統污堵的風(fēng)險。經(jīng)過(guò)除鹽后的循環(huán)水排污水可以用于循環(huán)水系統和化學(xué)水系統補水，產(chǎn)生的濃水可以用于脫硫和除灰渣系統用水。

1.2 化學(xué)制水及精處理系統排水

化學(xué)制水及精處理系統排水主要包括鍋爐補給水系統和凝結水精處理系統的混床酸堿再生廢水、反滲透（RO）濃水和系統的沖洗排水。酸堿再生廢水采用中和的方法將 p H 調節到 6~9，并將處理后的水輸送到回用清水箱。對于重金屬離子和懸浮物（SS）含量不達標的廢水采用絮凝沉淀的方法進(jìn)行處理；RO 濃水含鹽量高，采用化學(xué)除鹽、電吸附等方法進(jìn)行脫鹽處理；化學(xué)系統沖洗排水的含鹽量低，采用“酸堿調節+絮凝沉淀+過(guò)濾澄清”的工藝進(jìn)行處理后回用?；瘜W(xué)制水及精處理系統排水可與其他廢水混合后用于脫硫工藝水補水。

1.3 除灰渣廢水

除灰渣廢水主要包括濕式除渣廢水和水力除灰廢水，具有高 pH、高含鹽量，高 SS 的特點(diǎn)，采用“絮凝沉淀+澄清+過(guò)濾”的工藝調節廢水 p H，去除 SS。煤灰渣廢水在循環(huán)使用過(guò)程中最大的問(wèn)題是系統的結垢，為防止結垢一般采用加酸法、加煙氣法（煙氣中 SO2等酸性氣體）、投加晶種防垢法、電磁防垢法、投加水質(zhì)穩定劑法等。煤灰渣廢水采用閉式循環(huán)處理，處理后的煤灰渣廢水返回原系統，無(wú)外排水。

1.4 含煤廢水

煤場(chǎng)和輸煤系統產(chǎn)生的含煤廢水具有 SS、色度和濁度高，COD 值較高的特點(diǎn)。采用“預沉淀+混凝澄清+過(guò)濾”的處理工藝，處理后出水 SS 濃度小于 20 mg/L；采用電絮凝或高效微孔陶瓷過(guò)濾的方式，出水SS 的濃度則能夠低于 10 mg/L，實(shí)現含煤廢水循環(huán)利用[8-9]。如果廢水中含有油，則需要在沉淀之后采用氣浮工藝處理。含煤廢水經(jīng)處理后回用至輸煤系統，不外排。

1.5 含油廢水

對于輸油系統和設備清洗產(chǎn)生的含油廢水采用“物化隔油+氣浮分離+過(guò)濾/吸附”的工藝，首先使用隔油的方法分離廢水中粒徑較大的油滴，然后再進(jìn)一步去除其他種類(lèi)的油。對于乳化油含量較高的廢水，可在物化隔油后增加絮凝床，油污與絮凝床中填料反應分解后與絮凝劑形成沉淀排出。近年來(lái)研發(fā)出以粉煤灰為基體的吸附劑處理含油廢水，實(shí)現了以廢治廢的目標。處理后的含油廢水循環(huán)使用或用至煤場(chǎng)噴灑和輸煤系統等。

1.6 其他工業(yè)廢水

電廠(chǎng)中其他工業(yè)廢水包括經(jīng)常性工業(yè)廢水和非經(jīng)常性工業(yè)廢水，其中經(jīng)常性工業(yè)廢水包括原水預處理排水、鍋爐排污水等。原水預處理排水主要特點(diǎn)是泥沙含量大，應首先進(jìn)行泥水分離，然后通過(guò)絮凝沉淀的方法進(jìn)行處理，回用至預處理系統入口；鍋爐排污水采用“中和+混凝+澄清+過(guò)濾”工藝進(jìn)行處理，磷酸鹽含量較高時(shí)，使用 RO 或者離子交換工藝進(jìn)行除鹽。電廠(chǎng)的非經(jīng)常性工業(yè)廢水包括停爐保護廢水、空預器和省煤器等設備沖洗排水、鍋爐酸洗廢水等。

電廠(chǎng)鍋爐多采用氨-聯(lián)氨、十八胺等藥劑進(jìn)行停爐保護，產(chǎn)生的廢水通常使用 NaClO 氧化處理，采用的工藝是“酸堿調節+氧化+混凝澄清+中和”；設備沖洗排水的處理與回用則分為 2 種：有水力沖灰系統的電廠(chǎng)，將這部分廢水直接打入沖灰系統；干除灰電廠(chǎng)則需要加入石灰，將廢水中的 Fe2+轉化為 Fe(OH)3沉淀，然后經(jīng)“混凝+澄清+過(guò)濾”系統，去除 SS 并進(jìn)行 p H 調節后達標排放。鍋爐酸洗廢水根據所使用酸的類(lèi)型，采用不同的廢水處理工藝：無(wú)機酸清洗廢水采用“氧化+酸堿調節+絮凝+澄清過(guò)濾”工藝；有機酸清洗廢水則可采用鍋爐焚燒、絡(luò )合沉降、生物法、膜過(guò)濾、高級氧化等方法進(jìn)行處理；對于 EDTA 清洗廢水，先將 EDTA 進(jìn)行回收，再按無(wú)機酸清洗廢水處置。廢水經(jīng)處理后可回用于脫硫工藝和除灰渣系統，對于深度處理的工業(yè)廢水則可回用于循環(huán)水系統補水。

2 脫硫廢水零排放技術(shù)

廢水零排放是指電廠(chǎng)廢水經(jīng)過(guò)處理后，將廢水中的鹽類(lèi)和污染物從廢水中分離出來(lái)，以固體形式排出電廠(chǎng)處理或將其回收利用，產(chǎn)出的淡水進(jìn)行重復使用，達到無(wú)任何廢水排出的技術(shù)。2017 年國家頒布《火力發(fā)電廠(chǎng)污染防治可行技術(shù)指南》（HJ 2301—2017），指出火電廠(chǎng)實(shí)現廢水近零排放的關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現脫硫廢水零排放。因此，開(kāi)發(fā)高效、低成本的脫硫廢水零排放技術(shù)具有重要意義。脫硫廢水水質(zhì)呈弱酸性，SS 含量高，COD 超標，含鹽量高，硬度高，Cl-、重金屬離子和氟化物含量高，不同電廠(chǎng)的脫硫廢水水量、水質(zhì)波動(dòng)大，是燃煤電廠(chǎng)產(chǎn)生的一類(lèi)水質(zhì)復雜、難處理的廢水。針對脫硫廢水的特點(diǎn)，應單獨設置脫硫廢水處理設施，常規達標排放采用的工藝為“中和+沉淀+絮凝澄清”的“三聯(lián)箱”處理工藝。為了進(jìn)一步實(shí)現水的回收利用，脫硫廢水零排放采用“預處理+濃縮減量+結晶固化”的工藝路線(xiàn)，最終實(shí)現水鹽分離、淡水回用的目的。

2.1 預處理技術(shù)

由于脫硫廢水中含有大量 SS 顆粒、重金屬，以及 Ca2+、Mg2+、SO42-等結垢性離子，為了滿(mǎn)足后續水處理單元的進(jìn)水水質(zhì)要求，脫硫廢水必須進(jìn)行預處理。目前應用較廣的為石灰(或燒堿)-純堿軟化工藝，通過(guò)投加石灰（或燒堿）和 Na2CO3，去除水中的 Mg2+和 Ca2+，降低水的硬度。該工藝具有穩定性和可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，但運行過(guò)程中投加大量的化學(xué)藥劑，形成大量污泥沉淀，增加處理成本。相比于石灰軟化工藝，采用燒堿軟化脫硫廢水具有有效利用率高、對鎂硬度去除率高等優(yōu)點(diǎn)。汪嵐等研發(fā)了石灰-芒硝-煙道氣軟化工藝，利用煙道氣中的 CO2替代純堿進(jìn)行預處理。首先添加石灰乳和芒硝，生成 Mg(OH)2和 CaSO4沉淀，部分石灰乳與 Na2SO4 反應生成 NaOH。芒硝的添加可以提高Ca2+的去除率，并且有利于提高 NaOH 產(chǎn)量。然后利用鍋爐排出的煙道氣中含有的 CO2與廢水中的 Ca2+反應生成 CaCO3沉淀，達到除去 Ca2+的目的，SO42-以芒硝形式分離。此方法比石灰(或燒堿)-純堿法工藝過(guò)程復雜，工藝控制難度較大，工程造價(jià)較高，還未投入到實(shí)際的工程應用中。除此之外，還有離子交換和膜過(guò)濾軟化預處理技術(shù)，去除水中的 Ca2+和 Mg2+，降低水的硬度。但對于硬度過(guò)高的廢水，存在建設成本和運行費用高的問(wèn)題，并且對進(jìn)水水質(zhì)有較高要求，可作為藥劑軟化后的深度軟化。

2.2 濃縮減量技術(shù)

濃縮減量主要是將經(jīng)過(guò)預處理的脫硫廢水進(jìn)行濃縮，減少廢水量，提高后續處理效率。濃縮減量主要包括膜濃縮和熱濃縮技術(shù)。常用的膜濃縮工藝包括 RO、正滲透、納濾等技術(shù)。

（1）RO 是以選擇性透過(guò)膜的兩側壓力差為動(dòng)力，溶劑通過(guò)選擇性透過(guò)膜從濃溶液一側進(jìn)入到濃度低的一側，進(jìn)行溶劑分離的技術(shù)。在膜的低壓側產(chǎn)出淡水，高壓側得到濃鹽水。連坤宙等采用 MF-RO 工藝對電廠(chǎng)脫硫廢水進(jìn)行深度處理，系統脫鹽率大于 98%。胡大龍等采用 UF-RO 工藝處理脫硫廢水，整套系統的水回收率可達 45%，RO 出水可用于鍋爐補給水系統水源。

（2）正滲透（FO）是以選擇性透過(guò)膜兩側的滲透壓差為驅動(dòng)力，水從低壓側進(jìn)入到高壓側，實(shí)現水分傳輸的過(guò)程。吳火強研究了正滲透處理電廠(chǎng)脫硫廢水的工藝路線(xiàn)和性能，并對膜污染情況進(jìn)行了分析，證明了 FO 在廢水零排放處理中的可行性。

（3）納濾（NF）是介于 UF 和 RO 之間的膜分離技術(shù)，以納濾膜兩側壓力差為驅動(dòng)力，去除水中納米級物質(zhì)。由于納濾膜是荷電膜，因此在低壓下也具有較高的脫鹽能力?？涤碌妊芯苛讼到y參數對 NF工藝的影響，經(jīng) NF 處理后水質(zhì)滿(mǎn)足脫硫系統工藝水回用指標。劉海洋等采用兩級 NF 工藝濃縮預處理產(chǎn)水，發(fā)現 NF 工藝可以有效地截留廢水中的 SO42-，一級出水中 NaCl 質(zhì)量分數達 80%，二級出水中 NaCl質(zhì)量分數達 95%以上，達到工業(yè)級品質(zhì)要求。目前常用的熱法濃縮技術(shù)包括多級閃蒸技術(shù)（MSF）、多效強制循環(huán)蒸發(fā)（MED）和機械式蒸汽再壓縮技術(shù)（MVR）。

（1）MSF 技術(shù)是最早應用的蒸餾工藝，如圖 2 所示，將加熱后的廢水引入至閃蒸室，由于閃蒸室中的壓力低于廢水在該溫度下的飽和蒸汽壓，導致部分廢水急速氣化，冷凝后即為所需淡水，達到將淡水從廢水中分離的目的，實(shí)現廢水濃縮[23-24]。盡管熱力學(xué)效率較低但是因其工藝成熟、運行可靠在全世界范圍.

（2）MED 技術(shù)是將多效蒸發(fā)器串聯(lián)（如圖 3 所示），高鹽廢水在第一效蒸發(fā)器中被加熱，產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入第二效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，對進(jìn)入第二效蒸發(fā)器的廢水進(jìn)行加熱蒸發(fā)并凝結為水，如此進(jìn)行多次，通過(guò)多效蒸發(fā)后各效凝結水作為淡水回收利用，廢水達到過(guò)飽和產(chǎn)出結晶鹽進(jìn)行收集。MED 通過(guò)重復利用蒸汽提高熱能利用率，降低運行成本。進(jìn)一步將蒸汽熱力壓縮(TVC)技術(shù)與 MED 結合，可以實(shí)現將低壓蒸汽壓縮后提高溫度和壓力，用作一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽。

（3）MVR 技術(shù)利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機壓縮，提高溫度，輸送到蒸發(fā)器的加熱室當作加熱蒸汽，對廢水進(jìn)行加熱，被加熱的廢水經(jīng)濃縮后作為終產(chǎn)物排出系統（如圖 4 所示）。MVR 技術(shù)提高了蒸汽利用率，在運行過(guò)程中無(wú)需再加入新蒸汽，降低了運行成本。

由膜法和熱法進(jìn)一步發(fā)展的膜蒸餾和電滲析技術(shù)，也可以實(shí)現脫硫廢水的濃縮減量。膜蒸餾（MD）是一種以疏水微孔膜兩側蒸汽壓差為驅動(dòng)力，將水從溶液中分離的過(guò)程。在一定溫度下，膜一側溶液中易揮發(fā)的物質(zhì)以氣態(tài)通過(guò)疏水微孔膜在另一側冷凝，非揮發(fā)性溶質(zhì)不能通過(guò)疏水膜，從而實(shí)現分離濃縮的目的。車(chē)凌云等采用氣隙膜蒸餾技術(shù)對脫硫廢水進(jìn)行濃縮處理，膜系統出水脫鹽率和截留率基本維持在 99.8%～100%。

電滲析（ED）是一種電化學(xué)分離過(guò)程，在陰陽(yáng)電極板間交替放置陰離子、陽(yáng)離子交換膜，通過(guò)外加直流電場(chǎng)，實(shí)現陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，實(shí)現溶液的淡化濃縮。ED 技術(shù)對廢水的濃縮倍數隨進(jìn)水 TDS 濃度的改變而變化，目前可達到 7 倍以上。在 ED 基礎上開(kāi)發(fā)的離子重組(RESALT)技術(shù)，在實(shí)現廢水濃縮減量的同時(shí)，能夠將廢水中的 Ca2+和 SO42-分開(kāi)而避免結垢，可以實(shí)現免軟化預處理[28]。膜法濃縮技術(shù)對廢水中鹽的截留率高，出水水質(zhì)好，能夠實(shí)現不同類(lèi)型鹽分的分離，但對進(jìn)水的水質(zhì)要求高，必須進(jìn)行完備的預處理過(guò)程，運行費用較高；熱法濃縮對進(jìn)水水質(zhì)變化的適應性高，工藝流程短，但投資費用較高。在工程應用中應根據水質(zhì)、成本等情況選擇合適的濃縮工藝。

2.3 結晶固化技術(shù)

脫硫廢水經(jīng)過(guò)預處理及濃縮減量過(guò)程，大部分 SS 和重金屬離子會(huì )被去除，但無(wú)法去除氯離子等可溶性鹽分，需要通過(guò)結晶固化將廢水中的鹽類(lèi)和污染物分離出來(lái)，實(shí)現脫硫廢水的零排放。

目前常用的結晶固化技術(shù)主要有蒸發(fā)結晶和煙道蒸發(fā)。蒸發(fā)結晶是通過(guò)加熱蒸發(fā)溶液，從溶液本體中將溶劑蒸發(fā)形成為飽和溶液，進(jìn)一步蒸發(fā)，過(guò)量的溶質(zhì)以晶體狀析出，實(shí)現鹽水分離。蒸發(fā)結晶主要包括MSF、MED、MVR 技術(shù)，相關(guān)內容已在熱法濃縮減量章節介紹，通過(guò)增加系統的效數或級數，可以實(shí)現廢水中鹽的結晶分離。

煙道蒸發(fā)是在煙道中利用煙氣的余熱將霧化后的廢水完全蒸發(fā)，將廢水中的污染物轉化為固體結晶物或鹽類(lèi)，最終被除塵器捕集，從煙道中去除，實(shí)現脫硫廢水的零排放。煙道蒸發(fā)分為主煙道蒸發(fā)和旁路煙道蒸發(fā) 2 種。主煙道蒸發(fā)（如圖 5 所示）是將霧化后的脫硫廢水噴入空氣預熱器與除塵器之間的煙道中進(jìn)行蒸發(fā)；旁路煙道蒸發(fā)（如圖 6 所示）是增加 1 個(gè)旁路煙道蒸發(fā)器，將空氣預熱器前的少量高溫煙氣引入至旁路煙道蒸發(fā)器中對霧化的脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)，再將結晶鹽排入除塵器前的煙道中。廢水經(jīng)煙道蒸發(fā)后形成的結晶鹽被電除塵器捕集后隨粉煤灰一并排出。

蒸發(fā)結晶技術(shù)較為成熟，電廠(chǎng)應用較多，與膜濃縮技術(shù)連用可以實(shí)現二級工業(yè)鹽的回收，但投資和運行成本高，占地面積大，對進(jìn)水水質(zhì)要求高。煙道蒸發(fā)技術(shù)具有系統簡(jiǎn)單，投資、運行成本低，占地小的優(yōu)勢，對進(jìn)水水質(zhì)要求低；相比于主煙道蒸發(fā)，旁路煙道蒸發(fā)具有煙溫高、煙氣使用量小、蒸發(fā)速度快，對鍋爐主煙道影響較小的優(yōu)點(diǎn)，但是由于使用的是品位較高的高溫煙氣，需考慮對鍋爐效率的影響。

目前，國內已有多家火電廠(chǎng)的脫硫廢水零排放系統投入運營(yíng)，其中蒸發(fā)結晶技術(shù)應用較多：廣東河源電廠(chǎng)采用“軟化預處理+多效蒸發(fā)結晶”的工藝處理脫硫廢水，產(chǎn)生的結晶鹽滿(mǎn)足二級工業(yè)鹽標準；華能長(cháng)興電廠(chǎng)采用“軟化預處理+多級膜濃縮+蒸發(fā)結晶”工藝生產(chǎn)出結晶鹽，淡水分離后進(jìn)行回用，產(chǎn)出工業(yè)二級鹽進(jìn)行外售。煙道蒸發(fā)技術(shù)近幾年逐漸發(fā)展起來(lái)：大唐陽(yáng)城電廠(chǎng)采用“軟化預處理+膜濃縮+高溫旁路煙道蒸發(fā)”工藝，經(jīng)膜濃縮后系統脫鹽率高達 97%，淡水回收率達 60%，剩余 40%的濃水進(jìn)入旁路煙道蒸發(fā)系統蒸發(fā)處理。

3 展望與總結

燃煤電廠(chǎng)作為用水和廢水排放大戶(hù)，為了滿(mǎn)足不斷嚴格的國家環(huán)保要求，降低電廠(chǎng)運營(yíng)成本，提高電廠(chǎng)水資源利用率，應對全廠(chǎng)各用水系統進(jìn)行分項治理，針對不同類(lèi)型的廢水開(kāi)發(fā)行之有效的處理方法；按照“一水多用，梯級利用”的原則，對處理后的各類(lèi)廢水進(jìn)行回用，實(shí)現廢水不外排。針對處理難度大的脫硫廢水，應在預處理及減量化后，采用高鹽廢水蒸發(fā)結晶、煙道蒸發(fā)干燥等零排放技術(shù)進(jìn)行廢水的高效處理與回收利用。目前我國的電廠(chǎng)脫硫廢水零排放技術(shù)仍處于探索期，應當“因廠(chǎng)制宜”，根據電廠(chǎng)的實(shí)際情況開(kāi)發(fā)低成本的零排放工藝，實(shí)現廢水的資源化。

編輯：李丹