CN115611480B - 一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统及工艺方法，包括：生化处理系统、澄清池、化学清水池、过滤器、反渗透系统、深度除盐系统、精处理系统、脱硫吸收塔、三联箱、澄清器、过滤系统、定向驱动电渗析系统、旁路烟气干燥塔。本发明的有益效果是：本发明通过对全厂各工艺产水的耦合处理和回用，实现了火电厂水资源的绿色循环，并最大程度减少了额外取用水。
Description
技术领域
本发明涉及环保水处理技术领域，更确切地说，它涉及一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统及工艺方法。
背景技术
火电厂的电力生产离不开用水和排水，全厂用水按照用途主要分为除盐水、循环冷却水、工业水、灰渣水、杂用水等，全厂排水按照工艺主要分为脱硫废水、树脂再生废水、清下水、化学清洗废水等。为保证用水和排水水质合格，火电厂设置了各级水处理装置，形成了“取水-水处理-用水”和“废水-水处理-排水”的复杂水系统。耦合水资源的分类处理，实现水资源的梯级利用，是火电厂在日益严苛环保政策下的必由之路。
现有火电厂水处理工艺通过不断优化调整合理性不断提高，但仍存在较大不足。多数火电厂取水自地表水或地下水，给缺水的生态环境造成较大负担。火电厂各生产过程的取水和排水没有很好地耦合回用，取水量和排水量仍有不少的减少空间。多数火电厂末端废水外排至地表，造成水体污染，威胁生态健康。针对上述火电厂水资源的取用排问题，目前科研工作者多从局部着手，开发得到一些针对特殊种类废水的处理手段，改良了部分制水用水工艺路线，但未从全厂角度出发实现全厂水资源耦合处理回用。常发生处理目标废水后又产生新污染物无法处理的情况，或回用某种水后造成后续水处理系统的不正常运行，水处理和水回用的整体合理性有待提高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统及工艺方法。
第一方面，提供了一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，包括：生化处理系统、澄清池、第一污泥脱水系统1、紫外杀菌系统、化学清水池、过滤器、超滤系统、反渗透系统、深度除盐系统、精处理系统、冷却水系统、脱硫吸收塔、三联箱、澄清器、第二污泥脱水系统2、过滤系统、定向驱动电渗析系统、旁路烟气干燥塔；
其中，生化处理系统通过管路与澄清池的入口端相连，澄清池的出口端分别与第一污泥脱水系统1、脱硫吸收塔和紫外杀菌系统相连，紫外杀菌系统分别连接至冷却水系统和化学清水池，冷却水系统与脱硫吸收塔相连，化学清水池、过滤器、超滤系统、反渗透系统、深度除盐系统之间依次相连，过滤器和超滤系统还分别与澄清池的入口端相连，超滤系统、反渗透系统和深度除盐系统并联至脱硫吸收塔的出口端，反渗透系统的浓水出口端连接至脱硫吸收塔的入口端，深度除盐系统还与精处理系统的一端相连，精处理系统的另一端连接至生化处理系统的入口端；脱硫吸收塔的出口端与三联箱的入口端相连，三联箱依次连接澄清器、过滤系统和定向驱动电渗析系统，所述澄清器还通过第二污泥脱水系统2连接至三联箱的入口，定向驱动电渗析系统分别与脱硫吸收塔和干燥塔相连，干燥塔还与脱硫吸收塔相连。
作为优选，所述生化处理系统为曝气生物流化床ABFT或膜生物反应器MBR，所述生化处理系统的进水包括：城市中水、氨区废水、厂区生活污水和精处理系统再生废水。
作为优选，所述澄清池为斜管沉淀池、机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池和气浮澄清池中的任意一种，所述澄清池的进水包括生化处理系统出水、第一污泥脱水系统1回用水、过滤器反洗水和超滤系统反洗水。
作为优选，所述紫外杀菌系统为低压紫外杀菌系统或中压紫外杀菌系统，所述紫外杀菌系统的进水为澄清池出水。
作为优选，所述过滤器为粒装滤料过滤器、纤维过滤器和碟片式过滤器中的任意一种，所述过滤器的进水为化学清水池出水。
作为优选，所述超滤系统所使用的超滤膜为板式超滤膜、管式超滤膜、卷式超滤膜和中空纤维式超滤膜中的任意一种，所述超滤系统的进水为过滤器出水。
作为优选，所述反渗透系统所使用的反渗透膜为板式反渗透膜、管式反渗透膜、卷式反渗透膜和中空纤维式反渗透膜中的任意一种，所述反渗透系统的进水为超滤系统出水。
作为优选，所述脱硫吸收塔的进水包括澄清池出水、冷却水系统出水、反渗透系统浓水、定向驱动电渗析系统淡水和干燥塔回用水。
作为优选，所述三联箱的进水包括脱硫吸收塔外排水、第二污泥脱水系统2回用水、深度除盐系统再生废水、反渗透系统化学清洗废水、超滤系统化学清洗废水。
第二方面，提供了一种一种火电厂全厂水资源耦合处理回用工艺方法，由第一方面所述一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统执行，包括：
S1、城市中水、氨区废水和厂区生活污水在生化处理系统中进行生化处理后通入澄清池，经过澄清处理后，获取污泥和澄清池出水，所述污泥进入第一污泥处理系统1，所述澄清池出水一部分进入脱硫吸收塔，另一部分进入紫外杀菌系统；第一污泥脱水系统1将污泥进行脱水处理，得到干泥和回用水，所述回用水通入澄清池；
S2、紫外杀菌系统对其进水进行杀菌处理，紫外杀菌系统的出水一部分通入冷却水系统，另一部分通入化学清水池，化学清水池的出水通入过滤器，过滤器将其进水进行滤除处理，获取过滤器出水和过滤器反洗水，所述过滤器出水通入超滤系统，所述过滤器反洗水通入澄清池；超滤系统的出水通入反渗透系统，产生的超滤系统反洗水和超滤系统化学清洗废水分别通入澄清池和三联箱；
S3、反渗透系统产生的淡水、浓水和化学清洗废水分别通入深度除盐系统、脱硫吸收塔和三联箱；深度除盐系统对其进水进行除盐处理，产生的除盐水和再生废水分别通入精处理系统和三联箱；所述精处理系统排放的再生废水通入生化处理系统；
S4、冷却水系统的出水一部分外排，另一部分通入脱硫吸收塔；脱硫吸收塔将进水的杂质在塔中富集，生成脱硫石膏与脱硫废水，所述脱硫废水通入三联箱；三联箱去除其进水的大部分重金属离子后，其出水通入澄清器；澄清器对其进水进行澄清处理，产生的污泥和出水分别通入第二污泥脱水系统2和过滤系统；第二污泥脱水系统2将得到的污泥进行脱水处理，得到干泥和回用水，该回用水通入三联箱；
S5、过滤系统对其进水进行深度滤除，得到的过滤系统反洗水和过滤系统出水分别通入澄清器和定向驱动电渗析系统；定向驱动电渗析系统将进水分为浓水和淡水，浓水通入干燥塔，淡水通入脱硫吸收塔；干燥塔对浓水进行干燥处理，分离得到盐类固体和干燥塔回用水，所述干燥塔回用水通入脱硫吸收塔。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的火电厂全厂水资源耦合处理回用系统能够实现地表零取水，保护了水环境。解决了城市中水处理难题，消纳并回用了恶劣水质废水。
2、本发明通过对全厂各工艺产水的耦合处理和回用，实现了火电厂水资源的绿色循环，并最大程度减少了额外取用水。
3、本发明利用旁路烟道蒸发系统实现了全厂末端废水的零排放，形成了厂内水循环的闭环，避免了火电厂废水和污染物进入自然环境。
4、本发明提供的定向驱动电渗析装置能够使末端废水体积减少60%-75%，无需软化预处理且不会发生结垢情况，大幅降低了末端废水浓缩工艺的复杂性并提升了经济性。淡水中含有较高浓度的硫酸根离子，能够资源化回用至脱硫系统。
5、本发明提供的火电厂全厂水资源耦合处理回用系统逻辑清晰，水处理工艺设置合理，具有较高的普适性，能够用于不同实际情况的火电厂水处理系统改造。
附图说明
图1为本申请提供的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1：
本申请提供了一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，可以优化改造全厂水处理工艺并严格控制取用水量，使用城市中水作为补水水源从而实现地表水零取水，使用旁路烟道蒸发技术处理末端废水从而实现地表水零排放，保障电力安全生产的同时，避免了对水环境的破坏，具体地，如图1所示，包括：生化处理系统、澄清池、第一污泥脱水系统1、紫外杀菌系统、化学清水池、过滤器、超滤系统、反渗透系统、深度除盐系统、精处理系统、冷却水系统、脱硫吸收塔、三联箱、澄清器、第二污泥脱水系统2、过滤系统、定向驱动电渗析系统、旁路烟气干燥塔；
其中，生化处理系统通过管路与澄清池的入口端相连，澄清池的出口端分别与第一污泥脱水系统1、脱硫吸收塔和紫外杀菌系统相连，紫外杀菌系统分别连接至冷却水系统和化学清水池，冷却水系统与脱硫吸收塔相连，化学清水池、过滤器、超滤系统、反渗透系统、深度除盐系统之间依次相连，过滤器和超滤系统还分别与澄清池的入口端相连，超滤系统、反渗透系统和深度除盐系统并联至脱硫吸收塔的出口端，反渗透系统的浓水出口端连接至脱硫吸收塔的入口端，深度除盐系统还与精处理系统的一端相连，精处理系统的另一端连接至生化处理系统的入口端；脱硫吸收塔的出口端与三联箱的入口端相连，三联箱依次连接澄清器、过滤系统和定向驱动电渗析系统，澄清器还通过第二污泥脱水系统2连接至三联箱的入口，定向驱动电渗析系统分别与脱硫吸收塔和干燥塔相连，干燥塔还与脱硫吸收塔相连。
生化处理系统能够去除来水中80%-90%的氨氮和COD，可以为曝气生物流化床ABFT、膜生物反应器MBR或其他生化水处理设备，生化处理系统的进水主要为城市中水，另有少量氨区废水、厂区生活污水、精处理系统再生废水及其他氨氮或COD浓度较高的废水。
澄清池能够通过混凝沉淀去除来水中的90%的悬浮物和磷酸盐，可以为斜管（板）沉淀池、机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池和气浮澄清池中的任意一种，澄清池的进水主要为生化处理系统出水（如曝气生物流化床出水），另有少量第一污泥脱水系统1回用水、过滤器反洗水、超滤系统反洗水及其他悬浮物浓度较高的废水。
紫外杀菌系统能够杀灭来水中的微生物，防止微生物在后端水处理系统大规模滋生，可以为低压紫外杀菌系统或中压紫外杀菌系统，紫外杀菌系统的进水为澄清池出水。
化学清水池用于暂时储存前面步骤预处理后的产水，设备进水为紫外杀菌系统出水。
过滤器用于进一步滤除来水中的悬浮物，为粒装滤料过滤器、纤维过滤器和碟片式过滤器中的任意一种，过滤器的进水为化学清水池出水。
超滤系统能够深度去除来水中的悬浮物，防止污堵后端反渗透系统，所使用的超滤膜为板式超滤膜、管式超滤膜、卷式超滤膜和中空纤维式超滤膜中的任意一种，超滤系统的进水为过滤器出水。
反渗透系统能够脱除来水中盐分，将来水分为高盐浓水和低盐淡水，所使用的反渗透膜为板式反渗透膜、管式反渗透膜、卷式反渗透膜和中空纤维式反渗透膜中的任意一种，反渗透系统的进水为超滤系统出水。
深度除盐系统能够深度脱除水中的离子，可以是阳床+混床、连续电去离子（EDI）或其他深度除盐系统。设备进水为反渗透系统出水，设备出水即为除盐水。
精处理系统能够深度脱除锅炉给水中的离子，通常由过滤系统、除盐系统和再生系统组成。设备进水为锅炉给水（含深处除盐系统出水）。需要说明的是，精处理后的产水主要为锅炉给水，锅炉给水经过锅炉后再被凝汽器冷凝，返回后重新经过精处理后，继续进锅炉，形成循环。
冷却水系统不是水处理设备，作为火电厂的必须系统需要大量水用于冷却凝汽器出水，并外排一部分清下水（达标排放）。系统进水为紫外杀菌系统出水。
脱硫吸收塔是脱硫系统的一部分，水中的杂质在塔中富集。脱硫吸收塔的进水包括澄清池出水、冷却水系统出水、反渗透系统浓水、定向驱动电渗析系统淡水和干燥塔回用水和其他来水。脱硫吸收塔排出脱硫石膏，其主要成分为硫酸钙，含重金属离子。
三联箱能够去除脱硫废水中大部分重金属离子，三联箱的进水包括脱硫吸收塔外排水、第二污泥脱水系统2回用水、深度除盐系统再生废水（如有）、反渗透系统化学清洗废水、超滤系统化学清洗废水和其他酸碱废水。
澄清器能够对来水进行澄清处理，去除其中大部分悬浮物。该设备进水包括三联箱出水和过滤系统反洗水。
第二污泥脱水系统2通过压滤的方式分离固体和水，压滤过程可以由带式压滤机、离心脱水机、板框压滤机或其他压滤装置完成。分离后的干泥（主要成分为石膏、固体悬浮物、重金属）作为固废处理。
过滤系统能够深度去除来水中的悬浮物，可以是微滤系统、纳滤系统或其他精密过滤系统。系统进水为澄清器出水。
定向驱动电渗析系统能够将来水分为高盐浓水和低盐淡水。有别于常规电渗析系统的是，该系统在运行过程中不易发生结垢，并将大部分硫酸根离子保留于低盐淡水中回用。该系统的进水为过滤系统出水。
干燥塔也称为旁路烟气干燥塔，能够利用烟气余热蒸干末端废水，分离得到混合盐类固体。该系统的进水为定向驱动电渗析系统的浓水。
以该系统进行火电厂全厂水资源耦合处理和回用，能够消纳大量城市中水，除清下水外无其他水外排。干泥能够作为固废按规处理，脱硫石膏作为经济性副产物可以商品化销售。干燥塔分离的盐类固体可以作为固废处理，也可以作为融雪剂资源化利用。
实施例2：
一种火电厂全厂水资源耦合处理回用工艺方法，包括：
S1、城市中水、氨区废水和厂区生活污水在生化处理系统中进行生化处理后通入澄清池，经过澄清处理后，获取污泥和澄清池出水，污泥进入第一污泥处理系统1，澄清池出水一部分进入脱硫吸收塔，另一部分进入紫外杀菌系统；第一污泥脱水系统1将污泥进行脱水处理，得到干泥和回用水，回用水通入澄清池；
S2、紫外杀菌系统对其进水进行杀菌处理，紫外杀菌系统的出水一部分通入冷却水系统，另一部分通入化学清水池，化学清水池的出水通入过滤器，过滤器将其进水进行滤除处理，获取过滤器出水和过滤器反洗水，过滤器出水通入超滤系统，过滤器反洗水通入澄清池；超滤系统的出水通入反渗透系统，产生的超滤系统反洗水和超滤系统化学清洗废水分别通入澄清池和三联箱；
S3、反渗透系统产生的淡水、浓水和化学清洗废水分别通入深度除盐系统、脱硫吸收塔和三联箱；深度除盐系统对其进水进行除盐处理，产生的除盐水和再生废水分别通入精处理系统和三联箱；精处理系统排放的再生废水通入生化处理系统；
S4、冷却水系统的出水一部分外排，另一部分通入脱硫吸收塔；脱硫吸收塔将进水的杂质在塔中富集，生成脱硫石膏与脱硫废水，脱硫废水通入三联箱；三联箱去除其进水的大部分重金属离子后，其出水通入澄清器；澄清器对其进水进行澄清处理，产生的污泥和出水分别通入第二污泥脱水系统2和过滤系统；第二污泥脱水系统2将得到的污泥进行脱水处理，得到干泥和回用水，该回用水通入三联箱；
S5、过滤系统对其进水进行深度滤除，得到的过滤系统反洗水和过滤系统出水分别通入澄清器和定向驱动电渗析系统；定向驱动电渗析系统将进水分为浓水和淡水，浓水通入干燥塔，淡水通入脱硫吸收塔；干燥塔对浓水进行干燥处理，分离得到盐类固体和干燥塔回用水，干燥塔回用水通入脱硫吸收塔。
实施例3：
某内陆火电厂取地表水作为火电厂锅炉补水和循环冷却水，经澄清池-化学清水池-过滤器-超滤系统-反渗透系统-离子交换系统-精处理系统制得除盐水作为锅炉补给水，各路工艺水回用情况不合理导致取水量和制水量都非常大，未设置末端废水处理系统，各路树脂再生废水、化学清洗废水、反洗水、脱硫废水、反渗透浓水和氨区废水等高盐、高污染废水都外排至厂区外的环境中，造成了厂区周边水体蓝藻大面积爆发，发生了富营养化污染。
后开展全厂水资源耦合处理回用改造，改取水来源为城市中水。在澄清池前增设了曝气生物流化床用于处理城市中水中的氨氮和COD，在化学清水池前增设一套低压紫外杀菌系统用于深度杀灭来水中微生物，在澄清器后增设过滤系统、定向驱动电渗析系统和旁路烟气干燥塔用于浓缩并干化末端废水。分离得到的末端废盐均匀混入电厂飞灰中，不会影响飞灰作为制砖的原材料。电渗析淡水含有较高浓度的硫酸根离子，回用至脱硫系统后不仅减少了其他来源的脱硫补水量，也增加了副产物脱硫石膏的产量。耦合处理回用了各步骤产生的工艺水，不仅大幅减少了末端废水水量和处理成本，也减少了取水量和制水成本。系统改造完成后已投运3年，实现了火电厂地表零取水和地表废水零排放，消纳并回用城市中水1800万吨/年，取得了显著的环保效益和社会效益。
以上结果表明，火电厂全厂水资源耦合处理回用系统及工艺方法具有很好的可行性和应用性。
综上所述，本申请可以优化改造全厂水处理工艺并严格控制取用水量，使用城市中水作为补水水源从而实现地表水零取水，使用旁路烟道蒸发技术处理末端废水从而实现地表水零排放，保障电力安全生产的同时，避免了对水环境的破坏。
Claims (10)
1.一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，包括：生化处理系统、澄清池、化学清水池、过滤器、反渗透系统、深度除盐系统、精处理系统、脱硫吸收塔、三联箱、澄清器、过滤系统、定向驱动电渗析系统、旁路烟气干燥塔；
其中，生化处理系统通过管路与澄清池的入口端相连，澄清池的出口端分别与脱硫吸收塔和化学清水池相连，化学清水池、过滤器、反渗透系统、深度除盐系统之间依次相连，过滤器还与澄清池的入口端相连，反渗透系统和深度除盐系统并联至脱硫吸收塔的出口端，反渗透系统的浓水出口端连接至脱硫吸收塔的入口端，深度除盐系统还与精处理系统的一端相连，精处理系统的另一端连接至生化处理系统的入口端；脱硫吸收塔的出口端与三联箱的入口端相连，三联箱依次连接澄清器、过滤系统和定向驱动电渗析系统，定向驱动电渗析系统分别与脱硫吸收塔和干燥塔相连，干燥塔还与脱硫吸收塔相连；
所述澄清池的进水包括生化处理系统出水、过滤器反洗水；所述过滤器的进水为化学清水池出水；所述脱硫吸收塔的进水包括澄清池出水、反渗透系统浓水、定向驱动电渗析系统淡水和干燥塔回用水；所述三联箱的进水包括脱硫吸收塔外排水、深度除盐系统再生废水、反渗透系统化学清洗废水。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，所述生化处理系统为曝气生物流化床ABFT或膜生物反应器MBR，所述生化处理系统的进水包括：城市中水、氨区废水、厂区生活污水和精处理系统再生废水；所述澄清池为斜管沉淀池、机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池和气浮澄清池中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，还包括：第一污泥脱水系统（1）和第二污泥脱水系统（2），所述第一污泥脱水系统（1）与所述澄清池相连，所述第二污泥脱水系统（2）与所述澄清器相连。
4.根据权利要求3所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，所述澄清池和所述化学清水池之间还包括紫外杀菌系统，紫外杀菌系统的出口分别连接至冷却水系统和化学清水池，冷却水系统与脱硫吸收塔相连，所述紫外杀菌系统为低压紫外杀菌系统或中压紫外杀菌系统，所述紫外杀菌系统的进水为澄清池出水。
5.根据权利要求4所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，所述过滤器为粒装滤料过滤器、纤维过滤器和碟片式过滤器中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，还包括：超滤系统，所述超滤系统位于所述过滤器和所述反渗透系统之间，所述超滤系统所使用的超滤膜为板式超滤膜、管式超滤膜、卷式超滤膜和中空纤维式超滤膜中的任意一种，所述超滤系统的进水为过滤器出水。
7.根据权利要求6所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，所述反渗透系统所使用的反渗透膜为板式反渗透膜、管式反渗透膜、卷式反渗透膜和中空纤维式反渗透膜中的任意一种，所述反渗透系统的进水为超滤系统出水。
8.根据权利要求7所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，所述脱硫吸收塔的进水还包括冷却水系统出水。
9.根据权利要求8所述的一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统，其特征在于，所述三联箱的进水还包括、第二污泥脱水系统（2）回用水、超滤系统化学清洗废水。
10.一种火电厂全厂水资源耦合处理回用工艺方法，其特征在于，由权利要求1所述一种火电厂全厂水资源耦合处理回用系统执行，包括：
S1、废水在生化处理系统中进行生化处理后通入澄清池和紫外杀菌系统；
S2、紫外杀菌系统对其进水进行杀菌处理，紫外杀菌系统的出水依次通入化学清水池、过滤器、超滤系统和反渗透系统；
S3、反渗透系统产生的淡水、浓水和化学清洗废水分别通入深度除盐系统、脱硫吸收塔和三联箱；深度除盐系统产生的除盐水和再生废水分别通入精处理系统和三联箱；所述精处理系统排放的再生废水通入生化处理系统；
S4、冷却水系统的出水通入脱硫吸收塔；脱硫吸收塔生成的脱硫废水通入三联箱；三联箱出水通入澄清器；澄清器出水通入过滤系统；
S5、过滤系统得到的过滤系统反洗水和过滤系统出水分别通入澄清器和定向驱动电渗析系统；定向驱动电渗析系统将进水分为浓水和淡水，浓水通入干燥塔，淡水通入脱硫吸收塔；干燥塔分离得到盐类固体和干燥塔回用水，所述干燥塔回用水通入脱硫吸收塔。
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