随着中国经济社会的快速发展,水资源短缺矛盾日益突出,资源型和水质型缺水已成为制约中国经济社会可持续发展的瓶颈。作为用水大户的火力发电厂,面对水资源匮乏和污染,应用废水“零排放”及再生水回用技术来节约用水、减少污染,是缓解水资源紧张、降低用水成本的重要手段。
废水零排放(Zero Liquid Discharge,简称ZLD),是自1970年以来首先由发达国家提出、研究和应用仍在不断进步着的一项综合型应用技术[1]。由于火电厂废水“零排放”项目经济、环境、社会效益巨大,国内一些火电厂也正陆续开展此项工作。零排放系统的设计需要依据各电厂的实际进行,下面就浙江浙能乐清发电有限责任公司厂区废水“零排放”工程进行探讨。
一、厂区用排水现状 浙江浙能乐清电厂位于乐清市南岳镇和蒲岐镇区域内,乐清湾西岸,目前总装机容量达到252万千瓦,一期两台600MW超临界燃煤发电机组,二期两台660MW超超临界燃煤发电机组,分别于2008年9月和2010年7月全部建成投产,年发电量达135亿千瓦时以上,规划扩建三期两台百万千瓦级火电机组。 1、给水系统 乐清电厂用水分为两部分,冷却水补水利用海水,取自乐清湾,采用直流循环供水系统;工业、生活用淡水通过海水淡化系统制取,采用二级反渗透处理工艺[2](即SWRO系统),由海水提取系统、预处理系统、反渗透系统、能量回收系统、供电系统和控制监测系统等构成。 各系统设计制水能力:微滤系统为2000m3/h,一级R/O系统为900m3/h,二级R/O系统为300m3/h。实际运行一级R/O日均产水量12000m3/d,二级R/O日均产水量2600m3/d。 2、用水系统 厂内淡水用水系统包括工业用水、生活用水和化学用水以及其他工业杂用水。 3、排水系统 电厂日常运行中产生的经常性废水主要有机组排水槽废水、膜清洗废水、脱硫废水、再生酸碱废水、主厂房冲洗水、渣灰水和生活污水等;非经常性废水包括锅炉水压试验排水、锅炉与管道冲洗排水、锅炉酸洗废水、空气预热器冲洗废水等。 为进行废水达标处理,厂内设置五套废水处理系统,分别为2×10m3/h生活污水处理系统,60m3/h集中式工业废水处理系统,2×100m3/h煤灰水处理系统、23m3/h脱硫废水处理系统及主厂房含油废水处理系统。
二、废水零排放分析 目前存在问题及实施废水零排放解决思路如下: (1)存在工业回用水利用不合理的现象。首先需要建立循环用水体系和全厂水量平衡体系,确定循环回用水复用点,为废水零排放打下基础。 (2)存在清污合流、收集不完全的问题。废水要循环利用,前提是进行分质、分流收集、废水达标处理,处理出水符合回用点用水要求。 (3)海水淡化系统副产物如海水浓缩水、反应沉淀池排泥水,盐分高、水量大,利用较为困难。拟增设城市中水为主要工业用水水源,大幅度降低海淡系统副产物产量,保证废水“零排放”顺利实施。 (4)末端尾水氨氮污染高,处理不达标影响整个回用系统。拟新建高氨氮废水处理系统,降低废水氨氮污染。 1、建立全厂用水体系 以“统筹规划、梯度循序利用、闭路循环”为原则,建立全厂分梯次用水体系。 2、废水达标处理 从循环用水体系图可以看出,电厂产生废水主要包括生活污水、脱硫废水、渣灰污水、工业废水等,其中工业废水中水质较好的机组排水、机组取样排水以及精处理前置过滤器反冲洗水,可以直接回收利用,另外除盐系统及精处理系统再生废水、膜清洗废水、锅炉酸洗废水等则需要进一步处理后达标回用,而氨氮污染浓度较高的处理后脱硫废水、氨罐区排污水及精处理再生废水则需要进行深度生物降解处理。具体如下: (1)生活污水 生活污水主要来自厂区、生活区、船舶生活区,设计水量2×10m3/h,本厂采用三级接触生物氧化+沉淀+砂滤+活性炭过滤工艺,执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准,出水用于绿化或进入工业回用水池。 (2)渣、灰水处理系统 本厂渣水与煤灰水分别设置独立处理系统,渣水处理设置浓缩机和缓冲水仓,渣水上清液进行循环利用。浓缩机排泥水与煤灰水一起进入煤泥预沉池,泥水分离后,投加絮凝剂进入一体式高效废水净化装置进行澄清过滤处理,出水流入清水池进行煤场除尘、输煤系统冲洗等循环利用。 (3)工业废水集中处理系统 本系统主要收集处理机组排水槽废水、精处理再生废水、锅炉酸洗废水和膜清洗废水,水量约60m3/h,出水执行《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)标准,处理处理进入工业回用水池。 (4)脱硫废水处理 烟气脱硫废水处理系统的设计规模为23m3/h,连续运行,设计出水执行《综合污水排放标准》(GB8978-1996)中新扩改I级标准。包括废水处理系统、加药系统和脱水压滤机系统三部分,废水主要污染因子有pH、SS、F-和Cr3+、Pb2+、Hg2+等重金属离子。
三、末端废水处理系统 末端废水的特点是水质复杂、污染物浓度高、含盐量大,一般不能直接回用,需要进行深度处理。本厂末端废水包括处理后脱硫废水、氨罐区排污水及精处理再生废水等,水量约50m3/h。混合废水主要污染物NH3-N约120mg/L,COD60~80mg/L,Cl-4000mg/L,SS为70 mg/L,拟采用高效脱氮反应器[3]ABFT+机械澄清+砂滤工艺,对该混合废水进行深度处理,执行《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)标准,达标出水进入渣水系统补充水利用。
四、投资及效益分析 1、工程投资 根据浙能乐清电厂已有条件,实施厂区废水“零排放”主要工程内容及估算投资。 2、效益分析 厂区废水“零排放”系统实施后,在节水、污染物减排方面效益明显,可获得经济、环保双丰收,分析如下: (1)节约用水量 脱硫工艺用水、渣灰水系统部分补水等采用自工业回用水,每天可减少一级R/O供水2600m3。 (2)主要污染物减排量 污染物减排主要为SS、COD和NH3-N等污染因子,每年减少向自然水体排放SS为24.5吨,COD为28.0吨,NH3-N为42.0吨。 (3)经济效益 一级R/O单位制水成本4.70元/m3[2],新建废水末端处理系统增加运行成本约0.82元/m3,不计减少海水污泥处理的节约成本,每年节约用水费410万元。 五、结语 综上所述,厂区废水“零排放”系统的实施,具有显著的经济、环保和社会效益。浙江浙能乐清发电有限责任公司为响应浙江省委“五水共治”号召,开展治污水、抓节水工作,进行废水“零排放”研究,提高用水效能、降低耗水指标,实施厂区废水“零排放”系统工程具有广泛意义。
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