火电厂含煤废水处理方式的比选及应用

黄雪松，蒋 华

（1.国家电力投资集团有限公司，北京 100034；2.中电神头发电有限责任公司，山西朔州 036800）

0 引言

燃煤电厂在生产运行过程中产生的含煤废水主要来源于输煤栈桥、转运站、煤仓间等处冲洗产生的废水以及储煤场喷淋水、雨水及输煤系统除尘用排水等[1]。这些水具有悬浮物SS（suspended solids）浓度高、色度大、水质不稳定、水量呈季节性变化等特点，通常采用加药混凝、沉淀、过滤的处理工艺使含煤废水中的SS集聚脱稳，SS不稳定后，通过重力沉淀或离心分离，然后进行过滤，就能提高煤污水的水质[2]。但该工艺存在占地面积大、药剂消耗量大、出水水质不达标等问题。因此，根据水质特性研究既符合成本效益和效率的处理解决方案，又满足排放和再利用标准，成为火力发电厂含煤废水处理设计的一个重要任务[3]。根据含煤废水的特质，并结合以往工程经验，本文提出了3种方案进行研究比选，优选出了最佳方案——初沉+电子絮凝+离心沉淀+过滤，应用于含煤废水处理系统。运行实践表明，此方案出水水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2020）中的相关标准，取得了良好的工程效果，可为类似工程提供应用参考。

1 工程概况

华北地区某火力发电厂的二期扩建工程的机组装机容量为2×1 000 MW，所配套的煤水处理规模为2×20 m3/h。目前该厂含煤废水来源主要有两路：一路是输煤系统冲洗水；另一路是灰库区域沉淀池上清液。设计的入水水质为pH值6～9，SS质量浓度2 000～5 000 mg/L；出水水质为pH值6～9，SS质量浓度<10 mg/L，色度<50；短时内进水SS质量浓度允许达到5 000 mg/L。

2 方案设计

火力发电厂含煤废水中颗粒物的密度一般为2.3 g/cm3，经过初沉池的初始沉淀后，大颗粒的煤粉颗粒物均能沉积下来，直径小于0.1 mm以下的煤粉颗粒悬浮物其颗粒将继续残留在废水中。含煤废水的水量变化取决于燃料品种、来源以及预沉池的沉淀效果，一般来说，在发电厂的燃煤废水中，其初始沉淀后SS的质量浓度为2 000～5 000 mg/L。煤水处理系统，选择处理方法的关键是根据主要污染因素处置悬浮物质和色度，所设计的处理工艺必须具有较高的和稳定的处理悬浮物的效率，确保处理后废水中的悬浮物质量浓度为10～20 mg/L[4]，以满足再回收再利用和排放标准的要求[5]。

目前，火力发电厂的燃煤废水首先由一级沉淀池预处理，使大于0.1 mm的黏性颗粒先行沉淀，以减轻后续处理过程的负荷。为了满足排放和再利用的要求，必须在最初的废水沉淀处理之后增加其他后续处理工艺[6]。含煤废水的后续处理工艺大致包括两种：一是物理处理，主要涉及微孔陶瓷过滤处理、超滤处理或电子絮凝沉淀+过滤处理；二是化学混凝、沉淀、过滤处理。其中，微孔陶瓷过滤处理后的SS质量浓度低于70 mg/L，操作和维护成本很低，但不能去除有机物等溶解物质；超滤处理废水质量良好，但对于输煤系统用水水质而言，处理成本高，必要性不大；化学混凝和电子絮凝可处理部分有机物质，但是运营或投资成本更高[7]。

本文提出了3种设计方案，方案1——初沉+电子絮凝+离心沉淀+过滤；方案2——初沉+高效微孔陶瓷过滤；方案3——初沉+加药混凝+高效净水器。3个方案中均有“初沉”，即电厂输煤系统产生的含煤废水首先进入平流沉淀池，依靠平流沉淀池的自然沉淀去除含煤废水中的大颗粒煤粉,平流沉淀池设计1座，沉淀池有效水深取4.0 m，并配置刮泥机、煤泥抓斗各1台[8]。

3 方案介绍

方案1：初沉+电子絮凝+离心沉淀+过滤。电絮凝技术是本处理系统中最重要的核心处理单元，将直流电应用于金属阳极后，溶解性阳极溶解产生的Fe2+和Al3+金属离子与OH-在溶液中结合形成非常活跃的絮凝团，作为絮凝剂参与絮凝反应是一种类似于化学混凝的电化学技术，但不添加化学品[9]。该方案一方面使废水中的胶体杂质和悬浮杂质聚集和沉淀，另一方面，带电的污染物在电场中游动，并被电极中和，以促进其不稳定和沉积。离心沉淀是处理所有废水的另一个重要单位，它的作用是消除大多数污染物。离心分离机采用钢集成，内部装置包括供水系统、旋流区、沉积区、污泥分拣系统和污泥处置系统。在气旋区内进行旋流，延长了反应的接触时间，具有良好的沉淀和分离效果。沉淀器流出的水流入中间水箱，并通过中间泵装入自清洗多介质过滤器[10]。自清洗多介质过滤器使用2种以上过滤介质，在一定的浊水压力下，通过一定厚度的颗粒物或非颗粒物，进一步去除悬浮杂质，使水澄清，这样输出水的浊度可以达到设计要求[11]。

方案2：初沉+高效微孔陶瓷过滤。高效微孔陶瓷是国内近年来出现的一种新型过滤介质，其面a是过滤器的工作面，面b是过流的支承面，工作面a采用微硅粉、Al2O3间质助剂、润滑剂和活性助剂制备，面b由硅作为主要集料、孔隙形成剂和黏结剂组成。工作面a经高温制备为10～15μm平面微膜的间质结构，过流支撑面b为50～100μm微孔结构。这种不对称的网络结构的微孔膜状过滤介质由许多大小不同、分布均匀、相互连通、桥拱状开口气孔组成，当废水通过这些开口气孔时，悬浮物质、胶体自然会被困住并吸附在介质的外表面，实现机械过滤筛分目的。此结构中的过滤器面a是废水捕获的工作面，工作时，10～20μm的小颗粒可以被拦截，不易进入过滤器形成堵塞；b面由平流层支撑，具有流量高、强度低、不易堵塞等优点，反冲洗效果好[12]。

方案3：初沉+加药混凝+高效净水器。高效净水器是同时发生化学、物理反应的钢组合设备，集直流、混凝、临界絮凝、离心分离、动态过滤及污泥浓缩沉淀技术于一体的综合处理技术，能够在短时间内（25～30 min）在同一个水罐内快速进行多级废水处理。这种设备的SS处置率高达99.9%。净化器的上半部分是圆柱，下半部分是圆锥，废水进入净化器后，污水从最低水平（污泥净化区）依次进入混凝区、离心分离区、动态过滤区、清水区进行处理，最终成为合格的净化水。

4 方案比选

对于以上3种方案，分别从出水效果、占地面积、设备投资、运行费用、年费用等方面进行比较，3种方案各项指标对比结果如表1所示。

根据上文所述及表1的技术、经济比较，方案1比其他方案具有明显的优势。方案1虽然初期投资较高，但是年运行费用低，自动化程度高，符合现代电厂对智能化、自动化的要求。

表1 不同工艺含煤废水处理技术经济比较表

5 工艺流程

5.1 废水处理工艺及说明

含煤废水处理系统由煤水初沉池、煤水提升泵、电子絮凝器、离心式澄清反应器、中间水池、中间水泵（反洗水泵）、多介质过滤器、回用水泵等组成，工艺流程为：含煤废水→煤水沉淀池→电子絮凝器→离心澄清器→中间水池→中间水泵→过滤器→回用水池→回用水泵→各用水点。

5.2 淤泥清理

系统同时设有淤泥泵和抓斗/吊钩两用起重机，可以利用淤泥泵将淤泥提升至煤场或其他区域进行晾晒，也可利用抓斗起重机定期进行清理。起重机应满足沉淀池煤泥水下作业及车间内所有设备的起吊要求，高度满足实际需求。

5.3 主要设备

本方案中使用的主要设备如表2所示。

表2 主要设备

5.4 运行效果

运行实践表明，采用方案1技术处理后的出水水质满足设计要求。出水水质：pH值7.2（限值6～9），出水SS质量浓度5.5 mg/L（限值10 mg/L）。

6 结束语

从运行效果来看，搭载了电子絮凝技术处理含煤废水的出水水质达到设计要求，因此，采用初沉+电子絮凝+离心沉淀+过滤处理工艺在技术上是可行的。该技术具有可靠性高、运行稳定、操作简便、自动化程度高等特点，为类似工程提供了借鉴经验。