天然氣熱電廠工業(yè)廢水回用技術(shù)方案比較研究

摘" 要：工業(yè)廢水回用是實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排的重要措施，該研究對(duì)某天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠工業(yè)廢水再濃縮2種工藝方案（即方案一：循環(huán)冷卻水排水回用方案；方案二：反滲透濃水回用方案）進(jìn)行詳細(xì)的比較，以確定最適合該項(xiàng)目的廢水再濃縮方案。結(jié)果表明，方案二滿足項(xiàng)目環(huán)評(píng)批復(fù)的排放指標(biāo)要求，且投資費(fèi)用略低，系統(tǒng)流程、操作步序簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，占地小，勞動(dòng)強(qiáng)度低，具備寬裕的排水調(diào)節(jié)能力。因此，在項(xiàng)目實(shí)施階段，采用反滲透濃水回用方案作為該項(xiàng)目廢水再濃縮的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：電廠；廢水回用；濃縮；技術(shù)優(yōu)化；方案比較

中圖分類號(hào)：X703" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）03-0161-04

Abstract： Industrial wastewater reuse is an important measure to achieve water conservation and emission reduction. This study compares two process plans for re-concentration of industrial wastewater from a natural gas cogeneration power plant （i.e.， Plan 1： recycling cooling water drainage reuse plan; Plan 2： reverse osmosis concentrated water reuse plan） to determine the most suitable wastewater re-concentration plan for this project. The results show that the second plan meets the emission indicator requirements approved by the project's environmental impact assessment， and has a slightly lower investment cost， simple system processes and operation steps， high degree of automation， small land area， low labor intensity， and abundant drainage adjustment capabilities. Therefore， during the implementation stage of the project， the reverse osmosis concentrated water reuse plan was adopted as the design optimization plan for the re-concentration of wastewater in this project.

Keywords： power plant; wastewater reuse; concentration; technology optimization; plan comparison

水是國(guó)家的重要能源，而電廠是傳統(tǒng)的工業(yè)耗水大戶，也是廢水排放大戶，取得耗水指標(biāo)優(yōu)良和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行兩者之間的平衡，在電廠的設(shè)計(jì)中尤為重要。在環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格的今天，在電廠設(shè)計(jì)中應(yīng)通過(guò)合理的設(shè)計(jì)方案和工程措施來(lái)實(shí)現(xiàn)合理用水和排放。工業(yè)廢水回用則是實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)水減排的重要措施，一方面通過(guò)廢水回用的方式可以節(jié)約新鮮水源，提高水資源的利用率；另一方面還可以通過(guò)降低電廠廢水的排放來(lái)降低對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染[1-2]。因此，對(duì)電廠工業(yè)廢水展開綜合應(yīng)用，合理回用廢水，對(duì)電廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重要影響。

電廠末端廢水指的是電廠工業(yè)廢水經(jīng)過(guò)多級(jí)使用、處理和濃縮后，產(chǎn)生的難以回用的高含鹽廢水[3]，具體包括循環(huán)水排水、沖灰廢水、反滲透濃水及脫硫廢水等。電廠末端廢水水質(zhì)惡劣，普遍性具有含鹽量很高、結(jié)垢性強(qiáng)、水量變化大和污染物復(fù)雜等特點(diǎn)。近年來(lái)，大多數(shù)電廠已經(jīng)對(duì)末端廢水進(jìn)行了循環(huán)利用，其中鍋爐排污水可以直接回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，膜化學(xué)清洗廢水、燃機(jī)沖洗排水、鍋爐酸洗后的沖洗水需經(jīng)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放，循環(huán)冷卻水排水和一級(jí)反滲透濃水則可以經(jīng)處理后進(jìn)行回用處理。

目前，以超濾和反滲透為主體工藝的全膜法脫鹽處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的深度處理與回用[4-5]。反滲透技術(shù)在制取除鹽水的同時(shí)會(huì)對(duì)水中雜質(zhì)進(jìn)行高度濃縮，排出大量濃水，這部分濃水含鹽量高、含有機(jī)污染物、易結(jié)垢、水溫較高、懸浮固體含量較小，有較高的回收利用價(jià)值。循環(huán)水排水來(lái)源于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污，是循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中為了控制冷卻水中鹽類雜質(zhì)的含量而排出的廢水，含鹽量高、水質(zhì)安定性差、易結(jié)垢、有機(jī)物和懸浮物較高，在干除灰電廠中是全廠最大的一股廢水。由此可見，在我國(guó)長(zhǎng)期處于水資源短缺及燃煤發(fā)電為主體能源結(jié)構(gòu)的背景下，考慮循環(huán)水排水和反滲透濃水的回用，對(duì)于優(yōu)化電廠用水結(jié)構(gòu)，提高廢水重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)廢水回用以達(dá)到零排放的需求有重要意義。

1" 項(xiàng)目概況

某天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于揭陽(yáng)大南海石化工業(yè)區(qū)石化區(qū)。計(jì)劃建設(shè)2套F級(jí)改進(jìn)型（450-500 MW）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組（性能保證純凝工況100%負(fù)荷下的出力473.7 MW），并同時(shí)配置一臺(tái)90 t/h燃?xì)忮仩t。每套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組包括：一臺(tái)F級(jí)改進(jìn)型的干式低NOx燃?xì)廨啓C(jī)、一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)、一臺(tái)無(wú)補(bǔ)燃三壓再熱型余熱鍋爐、一臺(tái)蒸汽輪機(jī)和一臺(tái)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)及相關(guān)的輔助設(shè)備。蒸汽輪機(jī)具備純凝、抽凝2種工況自由切換。

本項(xiàng)目全廠水源采用龍江河水，該水源水質(zhì)情況見表1，并作為該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)水質(zhì)。

根據(jù)環(huán)評(píng)要求，本項(xiàng)目全廠排放量限值為40 t/h。排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/ 26—2001《水污染物排放限值》中三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求后排入園區(qū)污水處理站，同時(shí)也應(yīng)滿足園區(qū)污水處理站入水水質(zhì)要求。

本項(xiàng)目的執(zhí)行指標(biāo)如下：pH：6～9；CODCrlt;500 mg/L；BOD5lt;300 mg/L；NH3-Nlt;45 mg/L；TNlt;70 mg/L；TPlt;5 mg/L；SSlt;200 mg/L；石油類lt;20 mg/L；動(dòng)植物油lt;100 mg/L；TDSlt;6 000 mg/L。

2" 技術(shù)路線

本項(xiàng)目產(chǎn)生的工業(yè)廢水，主要包括循環(huán)冷卻水排水、鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)一級(jí)反滲透濃水、鍋爐排污水（包括排污冷卻水）等經(jīng)常性廢水，以及膜化學(xué)清洗廢水、燃機(jī)沖洗水、鍋爐酸洗后的沖洗水等非經(jīng)常性廢水。其中，鍋爐排污水（包括排污冷卻水）可以直接回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；膜化學(xué)清洗廢水、燃機(jī)沖洗排水、鍋爐酸洗后的沖洗水需經(jīng)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放；循環(huán)冷卻水排水和一級(jí)反滲透濃水可以進(jìn)行回用處理。

根據(jù)環(huán)評(píng)中對(duì)廢水排放量和排放水質(zhì)的要求，經(jīng)分析電廠各系統(tǒng)用水、排水的特點(diǎn)，考慮通過(guò)對(duì)循環(huán)冷卻水排水或一級(jí)反滲透濃水進(jìn)行回用處理，實(shí)現(xiàn)廢水減量達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)[6-8]。方案一：循環(huán)冷卻水排水回用方案；方案二：反滲透濃水回用方案。

本研究考慮在額定供熱工況下對(duì)這2個(gè)方案從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行詳細(xì)地比較，以確定本項(xiàng)目需要使用的廢水再濃縮的設(shè)計(jì)方案。

3" 廢水再濃縮技術(shù)方案

3.1" 循環(huán)冷卻水排水回用方案（方案一）

方案一將循環(huán)水排水和原水預(yù)處理系統(tǒng)來(lái)水的混水作為鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的補(bǔ)水。在供熱工況下，循環(huán)冷卻水在不加酸的條件下，控制其濃縮倍率按6.5運(yùn)行，循環(huán)冷卻水排水量與超濾反洗水回收后共68 t/h。方案一的水平衡圖如圖1所示。

一級(jí)反滲透裝置可以達(dá)到75%回收率，產(chǎn)生的一級(jí)反滲透濃水量為131 t/h。反滲透濃水再經(jīng)過(guò)濃水反滲透處理，產(chǎn)水回到一級(jí)反滲透產(chǎn)水箱作為下一階段的進(jìn)水，濃水量為33 t/h，濃縮倍數(shù)為原水水質(zhì)的16倍。濃水排水中的主要污染物可達(dá)到園區(qū)污水處理站的入水水質(zhì)要求，排水和經(jīng)處理后的其他全廠工業(yè)廢水一起排入園區(qū)污水管網(wǎng)。

方案一系統(tǒng)配置如下。

1）鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)。本方案鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)進(jìn)水水源為龍江河水原水和電廠循環(huán)水排水（原水濃縮6.5倍）的混合水，2種水源分別經(jīng)混凝、澄清、過(guò)濾處理后進(jìn)入鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)。鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用全膜法處理工藝，即“超濾+兩級(jí)反滲透+EDI”的處理工藝方案。本方案鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)按照排污水源考慮，超濾、一級(jí)反滲透膜的通量比方案二的取值要低，超濾、一級(jí)反滲透膜用量要多。系統(tǒng)需增設(shè)一套非氧化性殺菌劑加藥裝置，防止細(xì)菌滋生。超濾的反洗排水需排入循環(huán)水排水處理系統(tǒng)內(nèi)處理，避免與其他工業(yè)水混合，污染工業(yè)水管網(wǎng)。

2）循環(huán)冷卻水排水處理系統(tǒng)。本方案需設(shè)循環(huán)冷卻水排水處理系統(tǒng)，擬采用如下工藝流程：循環(huán)冷卻水排水→絮凝沉淀池→無(wú)閥濾池→清水池→鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)進(jìn)水；沉淀池排泥→污泥濃縮池→脫水機(jī)→污泥外運(yùn)。

3）循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)。本方案循環(huán)冷卻水處理采用加穩(wěn)定劑并間斷性投加殺菌劑處理系統(tǒng)。

4）濃水反滲透處理系統(tǒng)。本方案需設(shè)2套98 t/h出力的濃水反滲透裝置（1用1備），處理鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的一級(jí)反滲透濃水。濃水反滲透產(chǎn)水進(jìn)入一級(jí)反滲透產(chǎn)水箱，使本方案超濾、一級(jí)反滲透出力比方案二低。反滲透濃水收集后排入園區(qū)廢水處理站。濃水反滲透進(jìn)水口設(shè)置了阻垢劑、非氧化性殺菌劑加藥裝置，阻垢劑要使用滿足高硅工作條件的藥劑。

3.2" 反滲透濃水回用方案（方案二）

方案二將鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)一級(jí)反滲透濃水和原水預(yù)處理系統(tǒng)來(lái)水的混水作為循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水。在供熱工況下，反滲透濃水水量為163 t/h。方案二的水平衡圖如圖2所示。

對(duì)應(yīng)該水質(zhì)，循環(huán)冷卻水可以通過(guò)加阻垢劑和硫酸，控制其濃縮倍率按6倍運(yùn)行，使循環(huán)冷卻水排水量為37 t/h。排水中的主要污染物COD≈46.98 mg/L、SS≈11.16 NTU、TDS≈1212 mg/L，可達(dá)到園區(qū)污水處理站的入水水質(zhì)要求。排水和經(jīng)處理后的其他全廠工業(yè)廢水一起排入園區(qū)污水管網(wǎng)。

方案二系統(tǒng)配置如下。

1）鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)。本方案鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)進(jìn)水水源為龍江河水原水，經(jīng)混凝、澄清、過(guò)濾處理后進(jìn)入鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)。根據(jù)水源水質(zhì)資料和機(jī)組對(duì)除鹽水的水質(zhì)要求，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用全膜法處理工藝，即“超濾+兩級(jí)反滲透+EDI”的處理工藝方案。鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的水源按照地表水考慮，超濾、一級(jí)反滲透膜的通量按照地表水的通量取值，比方案一大，膜數(shù)量較少。超濾的反洗排水水源為原水，可回用到預(yù)處理系統(tǒng)的進(jìn)水，回用于全廠用水。

2）循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)。本方案循環(huán)冷卻水處理設(shè)置加穩(wěn)定劑并間斷性投加殺菌劑處理系統(tǒng)，并增設(shè)了加硫酸裝置，調(diào)節(jié)冷卻水的pH，防止循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)結(jié)垢。

3.3" 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一和方案二的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表2。

通過(guò)以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較得知：方案一和方案二的排水量和排水水質(zhì)均可滿足本項(xiàng)目的排放要求，其中方案一投資費(fèi)用高于方案二，系統(tǒng)配置多，系統(tǒng)的連鎖條件復(fù)雜，自動(dòng)化程度略低，占地大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。方案二則具有投資費(fèi)用略低，系統(tǒng)配置少、系統(tǒng)的連鎖條件簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，占地小，勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)。

4" 結(jié)論

本研究進(jìn)行了某天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠2個(gè)工業(yè)廢水再濃縮技術(shù)方案的比對(duì)分析，其中反滲透濃水回用方案的排放量、排放水質(zhì)均能滿足環(huán)評(píng)指標(biāo)要求，且系統(tǒng)配置少、系統(tǒng)的連鎖條件簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，占地小，勞動(dòng)強(qiáng)度低，本項(xiàng)目中將選用該技術(shù)方案進(jìn)行工業(yè)廢水處理，并在項(xiàng)目實(shí)施階段進(jìn)一步優(yōu)化。

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