我國(guó)是一個(gè)水資源缺乏、環(huán)境問(wèn)題突出的國(guó)家，節(jié)約水資源與環(huán)境保護(hù)是關(guān)系到我國(guó)能否保持可持續(xù)發(fā)展的大事。2015年發(fā)布的《水污染防治計(jì)劃》在環(huán)境保護(hù)、水污染防治方面提出了極其嚴(yán)格的目標(biāo)，同時(shí)也提出了嚴(yán)格的節(jié)水目標(biāo)。按照《水污染防治計(jì)劃》，要求到2020年全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值用水量、萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量分別比2013年下降35%和30%以上。因此，未來(lái)對(duì)廢水排放量和排放水質(zhì)的限制將更加嚴(yán)格。隨著排污許可證的加速推進(jìn)，作為工業(yè)領(lǐng)域的第一用水大戶，火力發(fā)電企業(yè)面臨著巨大的節(jié)水減排壓力。 我國(guó)的很多火電廠位于缺水地區(qū)，這些地區(qū)的水環(huán)境往往很脆弱，環(huán)境承載力差，對(duì)廢水排放的限制會(huì)更加嚴(yán)格。因此，大力開展節(jié)水減排是當(dāng)前火力發(fā)電企業(yè)最迫切、最重要的任務(wù)之一。本書根據(jù)作者多年來(lái)在火電廠節(jié)水和廢水減排工作中積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹了火電廠深度節(jié)水及廢水零排放的相關(guān)理論、技術(shù)和工程案例，供水處理工作者參考。一、我國(guó)的水資源現(xiàn)狀從資源角度來(lái)看，我國(guó)近10年來(lái)水資源總量基本穩(wěn)定但人均水資源持續(xù)減少。表1為1997年以來(lái)我國(guó)的水資源總量及用排水情況。表1 我國(guó)歷年水資源總量及用水、排水情況[1]年份 1997 2000 2004 2008 2012 2014 2015 2016水資源量(億m3) 27855 27701 24130 27434 29529 27267 27962.6 32466.4用水量(億m3） 5566 5498 5548 5910 6131 6095 6103.2 6040.2工業(yè)用水量(億m3） -- -- 1232 1401 1380 1345 1336.6 1308廢污水排放量(億m3） 584 620 693 758 785 771 770.0 765說(shuō)明 廢水排放量不包括火電直流冷卻水排放量和礦坑排水量。從表中可以看出，大部分年份水資源總量在2.5萬(wàn)億m3至3萬(wàn)億m3之間。但是，按照2013年的人口計(jì)算，我國(guó)人均水資源擁有量?jī)H為2078m3。 從用水情況看，盡管我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量在過(guò)去10年里大幅增加，萬(wàn)元GDP用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量大幅降低，說(shuō)明用水效率明顯提高。2003年至2014年，萬(wàn)元GDP用水量由448m3下降至96m3，萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量由222m3降至59.5m3；這標(biāo)志著近年來(lái)的節(jié)水工作取得了顯著的成效。因水體污染導(dǎo)致的功能性缺水，是我國(guó)缺水的一個(gè)重要原因。從全國(guó)的情況來(lái)看，盡管多年來(lái)在廢水治污方面投入很大，但環(huán)保部的資料顯示，直到2014年水體污染問(wèn)題還沒有得到有效遏制。全國(guó)地表水在國(guó)控?cái)嗝嫔嫌?/10喪失使用功能；眾多支流污染嚴(yán)重，重點(diǎn)湖泊、水庫(kù)處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；地下水污染日趨嚴(yán)重，污染物由條帶向面擴(kuò)散，由淺層向深層滲透，由城市向周邊蔓延。治污依然面臨巨大的壓力。水資源總量受自然環(huán)境的限制，在相當(dāng)?shù)臅r(shí)期內(nèi)不會(huì)有大的變化。 我國(guó)目前人口總量還處于上升期，人均水資源量將在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)持續(xù)減少。而經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水的需求量卻持續(xù)增長(zhǎng)，污染的壓力也在持續(xù)增長(zhǎng)，加之我國(guó)水資源時(shí)空分布不均，水資源缺乏的問(wèn)題更加嚴(yán)重。因此，只有大力開展節(jié)水減排才是解決我國(guó)水資源短缺和環(huán)境問(wèn)題的根本出路。二、火電廠的用水和排水早期我國(guó)火電廠大都沒有考慮節(jié)水的問(wèn)題，用水粗放導(dǎo)致大量廢水外排。上世紀(jì)80年代至90年代初期，沖灰水是火電廠水量最大、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)最高的廢水，當(dāng)時(shí)的工作重點(diǎn)是解決沖灰水過(guò)剩和溢流問(wèn)題。通過(guò)對(duì)灰場(chǎng)返回水進(jìn)行循環(huán)使用、灰漿濃縮等方法，努力實(shí)現(xiàn)灰場(chǎng)廢水不外排。90年代，隨著干灰綜合利用技術(shù)的推廣，電廠水力除灰逐漸被干除灰系統(tǒng)取代，沖灰水的環(huán)保壓力減輕，工作逐漸轉(zhuǎn)向以改進(jìn)循環(huán)水處理技術(shù)、提高循環(huán)水濃縮倍率為重點(diǎn)的節(jié)水領(lǐng)域。1997年，北方地區(qū)電廠開始廢水零排放的嘗試。盡管當(dāng)時(shí)是在有水力沖灰條件下實(shí)現(xiàn)的廢水不外排（實(shí)質(zhì)是灰場(chǎng)廢水不外排），但開始了火電廠大幅度提高循環(huán)水濃縮倍率、系統(tǒng)性開展全廠廢水綜合利用的有益嘗試。2000年以后，隨著對(duì)火電廠用水排水限制加大，電力行業(yè)密集出臺(tái)了多部與節(jié)水有關(guān)的規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則。 在這些政策措施的約束和引導(dǎo)下，火電廠的節(jié)水減排意識(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)，用水管理水平大幅度提高。水平衡試驗(yàn)已成為火電廠的定期試驗(yàn)項(xiàng)目，單位發(fā)電量取水量已經(jīng)成為企業(yè)的一項(xiàng)考核指標(biāo)。節(jié)水工作已從解決跑冒滴漏問(wèn)題上升到全廠用水優(yōu)化和廢水綜合利用的新層次。新建電廠在設(shè)計(jì)階段就開始考慮廢水綜合利用的問(wèn)題。廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已由以前以達(dá)標(biāo)排放為目標(biāo)的集中處理，變?yōu)橐跃C合利用為目標(biāo)的分類收集、分類處理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將相對(duì)容易回用的輔機(jī)冷卻排水、鍋爐排污水等廢水集中回收、處理，然后用作循環(huán)水的補(bǔ)充水。冷卻塔排污水大多則用作沖灰、沖渣系統(tǒng)的補(bǔ)充水。在水處理工藝選擇時(shí)，不僅重點(diǎn)考慮水處理工藝的處理效果和經(jīng)濟(jì)性，還關(guān)注處理工藝本身的環(huán)保性，盡量少用酸堿等化學(xué)品，工藝過(guò)程中盡量減少?gòu)U水的產(chǎn)生。在水平衡試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行用水優(yōu)化，將新鮮水的使用與全廠的廢水綜合利用相結(jié)合，既降低了用水量又減少了廢水排放量。大力開展節(jié)水減排新技術(shù)的研究，積極采用新工藝、新技術(shù)，通過(guò)提高循環(huán)水濃縮倍率、干灰綜合利用及廢水綜合利用，提高了火電廠的用水效率，大幅度降低了電廠的單位發(fā)電量取水量。目前，循環(huán)冷卻電廠全年平均單位發(fā)電量取水量已經(jīng)從2000年的4~6kg/kWh[2]降至2~2.5kg/kWh，部分電廠甚至可以降至2.0kg/kWh以下；該指標(biāo)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家火電廠相當(dāng)。經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)在火電廠用水優(yōu)化設(shè)計(jì)、循環(huán)水高濃縮倍率運(yùn)行、超濾反滲透處理工藝以及高鹽濃縮性廢水處理的新技術(shù)應(yīng)用方面，已處于世界前列。三、火電廠節(jié)水和廢水減排的新要求以前節(jié)水工作主要是解決水資源不足的問(wèn)題，政策方面的強(qiáng)制性不多，電廠可以根據(jù)自身的條件，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度確定合理的節(jié)水目標(biāo)。 在外排水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下,對(duì)排放水量基本上沒有強(qiáng)制性的要求。但現(xiàn)在對(duì)排放水質(zhì)和水量都有強(qiáng)制性限制，如廢水零排放；這種情況下對(duì)整個(gè)用水流程形成倒逼：只有上游各段盡可能地提高用水效率，減少?gòu)U水的產(chǎn)生量，才有可能滿足排放的限制要求。目前越來(lái)越多的火電廠要求實(shí)現(xiàn)廢水零排放的目標(biāo)；有些是火電建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境評(píng)價(jià)的要求，有些則是地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提高帶來(lái)的新要求。對(duì)于實(shí)現(xiàn)廢水零排放的代價(jià)與實(shí)際的環(huán)保收益，一直存在較大的爭(zhēng)議。在國(guó)外，如美國(guó)、意大利等，僅僅是對(duì)位于特殊環(huán)保地區(qū)的火電廠實(shí)施廢水零排放，數(shù)量并不多。要達(dá)到廢水零排放的要求，火電廠需要集合多項(xiàng)復(fù)雜、甚至尚不成熟的水處理技術(shù)，設(shè)備投資及運(yùn)行成本很高，運(yùn)行維護(hù)量也很大。對(duì)于一些先天條件（如水源含鹽量高，或使用中水）差的電廠，成本更高，難度更大。上述要求對(duì)火電廠的用水帶來(lái)了很大的變化，提出了深度節(jié)水的要求。例如，循環(huán)水濃縮倍率的選擇，以前一般建議不大于5，但現(xiàn)在需要盡量提高，目的是盡可能減少循環(huán)水排污水量，最終減少末端廢水的量。盡管在多年的努力下，循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍率已經(jīng)有了很大提高，但仍不能滿足深度節(jié)水和減排的要求，因此，進(jìn)一步提高循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率成為火電廠的關(guān)鍵工作之一。濃縮倍率提高后，可以有效降低電廠的取水量，顯著減少排污量，這是電廠實(shí)現(xiàn)深度節(jié)水和廢水排放控制目標(biāo)的第一步。 2017年，熱工研究院對(duì)國(guó)內(nèi)73家循環(huán)冷卻火電廠進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果表明有46家電廠的循環(huán)水濃縮倍率大于3，一些電廠甚至可以達(dá)到5以上。但仍有27家電廠（占37%）的循環(huán)水濃縮倍率低于3。為滿足滿足深度節(jié)水和廢水排放減量的要求（尤其是有廢水零排放要求），需要進(jìn)一步提高循環(huán)水濃縮倍率。因?yàn)榕欧畔拗频膰?yán)格，對(duì)電廠上游各用水系統(tǒng)排水的回收也提出了新的要求。以前一些排水因?yàn)樗�質(zhì)很差、回用成本過(guò)高而達(dá)標(biāo)排放，現(xiàn)在也必須要進(jìn)行深度處理回用。例如循環(huán)水排污水，在整個(gè)電廠的用水流程中處于下游，水質(zhì)已經(jīng)過(guò)高度濃縮，排水中各類雜質(zhì)的濃度都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)有水處理工藝的經(jīng)濟(jì)適用范圍。但為了滿足全廠排放限制下的水平衡要求，必須進(jìn)行處理回用，為此要建設(shè)復(fù)雜、龐大的水處理系統(tǒng)，基建投入和運(yùn)行成本很高。 對(duì)廢水處理項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析也發(fā)生了較大的變化，尤其是成本對(duì)比的基礎(chǔ)。以前廢水處理工程的成本分析是以常規(guī)水處理的成本為基礎(chǔ)進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)在要將其放在全廠用水、排水流程中，綜合評(píng)估項(xiàng)目對(duì)末端廢水減量的貢獻(xiàn)、以處理末端廢水的成本進(jìn)行比較。這對(duì)于有廢水零排放要求的電廠更加明顯。在深度節(jié)水要求下，電廠的大部分廢水都需要進(jìn)行處理后回用。但火電廠目前的廢水處理設(shè)施大多無(wú)法滿足要求，廢水處理設(shè)施不能正常運(yùn)行是普遍存在的問(wèn)題。含煤廢水處理、含油廢水處理、污水處理和脫硫廢水處理是目前火電廠幾個(gè)重要的廢水處理系統(tǒng)。熱工研究院在2017年對(duì)國(guó)內(nèi)103家燃煤電廠進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果表明20家無(wú)含煤廢水處理設(shè)施，27家有含煤廢水處理設(shè)施但不能正常運(yùn)行。多數(shù)電廠建有機(jī)組雜排水、生活污水的處理系統(tǒng)，但有些廠將這些廢水處理后直接排放而不回用。調(diào)查結(jié)果表明，約60%的電廠沒有真正實(shí)現(xiàn)廢水梯級(jí)利用和廢水綜合利用，外排廢水種類多、水量大。 對(duì)于有廢水零排放要求的電廠，脫硫廢水的處理是主要的難題之一。即使沒有零排放的要求，脫硫廢水首先應(yīng)該達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前的實(shí)際情況是脫硫廢水處理系統(tǒng)很多不能正常運(yùn)行，出水水質(zhì)不滿足要求。據(jù)調(diào)研，在92家石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的燃煤電廠中，50%的脫硫廢水處理系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，有34%電廠沒有對(duì)脫硫廢水重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)容易發(fā)生堵塞；處理設(shè)備的處理能力不足，導(dǎo)致脫硫廢水處理系統(tǒng)出力不足。在運(yùn)行環(huán)節(jié)也存在監(jiān)督、故障處理不及時(shí)等問(wèn)題。因此，當(dāng)前在排污控制倒逼節(jié)水減排的情況下，火電廠的用水和排水面臨前所未有的政策壓力，開展深度節(jié)水、大幅度減少?gòu)U水排放甚至零排放是火電廠最為急迫的工作之一。本書通過(guò)深入分析火電廠不同用水系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究廢水中各類雜質(zhì)、污染物的來(lái)源及遷移過(guò)程，從用水系統(tǒng)的節(jié)水、主要廢水的處理及回用、高鹽末端廢水的濃縮、減量及固化處置、水處理泥渣處置等方面對(duì)火電廠開展深度節(jié)水及廢水減排工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。