一家2×30萬千瓦火電廠，城市污廢水回收利用能力可達(dá)1430噸/小時(shí)，年利用污廢水約900萬噸。這組亮眼數(shù)據(jù)的背后，得益于國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院（簡(jiǎn)稱河北電科院）的一項(xiàng)研究成果——火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法。
近年來，傳統(tǒng)火電行業(yè)用水占全國工業(yè)用水四成以上，使用社會(huì)污廢水替代清潔水源，成為火電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。上述成果的推廣應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)火電廠水網(wǎng)分散設(shè)計(jì)導(dǎo)致的污廢水利用率低、次生廢水量多質(zhì)雜、終端廢水治理成本高等問題。
近日，在河北電科院節(jié)水減排技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北省火力發(fā)電節(jié)能環(huán)保工程技術(shù)創(chuàng)新中心水資源再利用技術(shù)帶頭人劉克成正組織技術(shù)團(tuán)隊(duì)，對(duì)石家莊市高價(jià)值專利組合培育項(xiàng)目廢水資源化及零排放技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行階段總結(jié)。他告訴記者，“我們要抓緊攻關(guān)，探索火電廠污廢水治理技術(shù)在反滲透濃水之外的應(yīng)用?！?/p>
重構(gòu)水網(wǎng)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)利用
火電廠是用水大戶，很多環(huán)節(jié)都需要用水，如工業(yè)冷卻水、汽輪機(jī)用水等。近年來，國家不斷推廣火電廠中水（經(jīng)過處理的城市污水）利用，電廠對(duì)中水的需求也越來越大。而中水要成為合格的汽輪機(jī)用水，必須經(jīng)過反滲透設(shè)備的凈化過濾。
“這就產(chǎn)生一個(gè)問題，反滲透設(shè)備過濾中水后形成大量濃水，即工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水、廢液等。濃水總量大，易附著于設(shè)備表面，且不易降解?！焙颖彪娍圃涵h(huán)保化學(xué)所員工高燕寧介紹，目前火電行業(yè)在城市污水再利用中使用的反滲透設(shè)備超過3000套，年產(chǎn)濃水超過12億噸，這些濃水如果進(jìn)入大自然就會(huì)變成“頑固廢水”。
為更好解決水資源短缺和處理后城市污水無法消納的雙重矛盾，同時(shí)減少火電廠反滲透濃水的排放，河北電科院研究團(tuán)隊(duì)探索出一項(xiàng)新方法：“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”。
“簡(jiǎn)而言之，火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理就是‘以廢治廢’，讓城市污水在火電廠實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。”劉克成說。而他口中的“以廢治廢”并不像聽起來那么簡(jiǎn)單。過去電廠治理廢水，基本是“有什么廢水，上什么設(shè)備”。這樣的處理方式成本高，治標(biāo)不治本，且處理設(shè)備種類越來越多，后期維護(hù)十分不便。
早在2006年，劉克成和同事在河北滄州地區(qū)參與某海水淡化處理項(xiàng)目時(shí)第一次受到啟發(fā)?！霸谶@個(gè)項(xiàng)目中，各系統(tǒng)之間形成聯(lián)系，讓一個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水成為另一個(gè)環(huán)節(jié)有用的‘好水’，變廢為寶、以廢治廢。”從那時(shí)起，劉克成就和同事開始探索能夠系統(tǒng)解決火電廠廢水處理難題的方法。
2010年，劉克成接到石家莊某火電廠打來的求助電話。該電廠引進(jìn)了一套國外的濃水處理設(shè)備，但無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，濃水處理無法完成。
為此，劉克成團(tuán)隊(duì)用了8個(gè)月時(shí)間重新設(shè)計(jì)技術(shù)方案，以全廠水網(wǎng)多元重構(gòu)為思路，創(chuàng)造性地將城市污水處理、反滲透濃水資源化等系統(tǒng)深度耦合，不僅讓電廠能夠正常處理濃水，還控制了成本。這一次形成的水網(wǎng)多元重構(gòu)核心思路，可以看做是“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”的“基礎(chǔ)版”。
此后10年間，劉克成帶隊(duì)攻關(guān)、反復(fù)試驗(yàn)，不斷解決技術(shù)難題。2016年，“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”獲國家專利授權(quán)，2020年又獲得第二十一屆中國專利銀獎(jiǎng)，同年5月，該團(tuán)隊(duì)還承擔(dān)了石家莊市高價(jià)值專利組合培育項(xiàng)目，進(jìn)一步拓展火電廠污廢水處理技術(shù)的適用范圍。
劉克成介紹，這種新方法顛覆了長久以來火電廠中城市污水處理、循環(huán)冷卻水、反滲透等系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、一水一治的傳統(tǒng)模式，通過城市污水處理和反滲透濃水資源化利用的相互耦合，同步實(shí)現(xiàn)反滲透濃水零排放、濃水中水資源深度提取和鹽分資源化再利用。研究成果在不增加運(yùn)行成本的前提下，為反滲透濃水資源化找到可行方案。
突破瓶頸 形成典型模式
實(shí)際上，國外的熱法蒸干技術(shù)也可以解決火電廠污廢水處理問題，但年運(yùn)行成本非常高。此外，現(xiàn)在能耗與碳排放量已成為電廠終端廢水處理要考慮的重要因素，熱法蒸干技術(shù)需要消耗大量能量，會(huì)導(dǎo)致碳排放量增加。
河北一家2×30萬千瓦火電廠應(yīng)用“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”后，在不增加運(yùn)行成本的情況下，每年可減排60多萬噸反滲透濃水。該火電廠還通過對(duì)反滲透濃水中氯化鈉的提純及再利用，減少原鈉離子交換器再生氯化鈉消耗量，實(shí)現(xiàn)反滲透濃水資源化利用。該火電廠城市污廢水回收利用能力達(dá)到1430噸/小時(shí)，年可利用污廢水約900萬噸。
目前，這種新方法已在17家火電廠應(yīng)用，年利用城市污水約7900萬噸、減排次生廢水1600余萬噸，間接經(jīng)濟(jì)效益超過4億元，突破了火電廠城市污水大規(guī)模消納和工業(yè)廢水零排放的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)瓶頸，形成了低成本下反滲透濃水零排放的典型模式。
“我們的研究成果還帶動(dòng)了其他行業(yè)及水處理產(chǎn)業(yè)上下游的發(fā)展。滄州地區(qū)一家電廠就已經(jīng)在高鹽廢水電解制氯方面取得進(jìn)展?！眲⒖顺烧f，河北電科院技術(shù)團(tuán)隊(duì)將努力把這項(xiàng)廢水處理技術(shù)從濃水處理延伸到火電廠反洗廢水、脫硫廢水處理中，構(gòu)建起更為多元、高效的火電廠水生態(tài)環(huán)境，讓水資源得到最大程度利用。
