浙江省電力建設(shè)有限公司 田業(yè)偉 寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司 張雁凱

1 含煤廢水的來(lái)源及特征

煤是古代植物的殘?bào)w在地下埋藏，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物等變化后形成的寶貴黑褐色礦藏資源，煤是化石能源的重要組成部分，煤的主要成分是有機(jī)物，主要由碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成，同時(shí)含有少量的無(wú)機(jī)物和部分重金屬；煤中最重要的組分是碳，其含量隨煤化程度的加深而增高，泥炭、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤中碳含量依次遞增。燃煤電廠粉煤灰的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 燃煤電廠粉煤灰的化學(xué)組成

煤通過(guò)碼頭或者鐵路運(yùn)至電廠，經(jīng)過(guò)輸煤皮帶輸送至煤場(chǎng)儲(chǔ)存或輸送至碎煤機(jī)、給煤機(jī)、磨煤機(jī)，在磨成煤粉后進(jìn)入鍋爐爐膛燃燒，形成含有粉煤灰的煙氣，經(jīng)過(guò)省煤器、電除塵器后大量的粉煤灰從煙氣中分離出來(lái)并匯集，通過(guò)氣力輸灰管路，輸送至燃煤電廠的干灰?guī)?，干灰?guī)炫渲萌涣⑹綀A筒形混凝土灰?guī)?，分別為原灰?guī)?、?xì)灰?guī)?、粗灰?guī)?，通過(guò)大型粉煤灰運(yùn)輸車輛外運(yùn)，在粉煤灰運(yùn)輸車輛外運(yùn)裝車時(shí)會(huì)有煤灰灑落、飄落。因此，在干灰?guī)斓孛鎱^(qū)域設(shè)置水力清掃裝置，對(duì)裝灰、運(yùn)灰車輛以及灰?guī)斓孛孢M(jìn)行沖洗，沖洗后污水集中到污水池，經(jīng)初步沉淀后由有壓管路送至煤泥沉淀池。

運(yùn)煤棧橋、碎煤機(jī)室、煤倉(cāng)間皮帶層、各轉(zhuǎn)運(yùn)站、煤場(chǎng)斗輪機(jī)、取樣間運(yùn)行過(guò)程灑落和散落的煤灰，通過(guò)水力清掃系統(tǒng)沖洗后的煤泥水將通過(guò)集水溝收集流入集水坑，再經(jīng)有壓管道送至煤泥沉淀池。

煤泥沉淀池中含有煤、灰廢水，含煤廢水中的懸浮物的比重與水的比重接近，該廢水中經(jīng)過(guò)別費(fèi)爾德布朗效應(yīng)，形成了一定的穩(wěn)定狀態(tài)，難以通過(guò)自身重力沉降使水達(dá)到清澈的效果。含煤、灰廢水的水質(zhì)具有濁度高，色度高，酸堿度偏中性，與其他廢水水質(zhì)有較大差異，不應(yīng)與其他廢水混合后處理，宜單獨(dú)收集經(jīng)初步沉淀后，通過(guò)成熟、高效的廢水處理技術(shù)處理合格后，在燃煤電廠或者煤礦的水力清掃系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)利用，外部增加少量補(bǔ)水即可。分離出來(lái)的煤泥曬干后進(jìn)入煤場(chǎng)然后利用。

2 含煤、含灰廢水處理主要技術(shù)介紹

水處理方法有化學(xué)法、生物法、物理法或者多種反應(yīng)法相結(jié)合技術(shù)。常見(jiàn)的污、廢水處理技術(shù)中主要有生物化學(xué)法和物理化學(xué)法。物理化學(xué)法中有電絮凝、混凝沉淀過(guò)濾等處理技術(shù)。

電絮凝技術(shù)是一種通過(guò)在水中通入電流，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)而打破水中懸浮物，乳化或溶解狀污染物的穩(wěn)定狀態(tài)的污水處理方法。

電絮凝（EC）水處理技術(shù)原理是給電極的極板通上直流電，在極板間形成電場(chǎng)，廢水通過(guò)極板間的空隙時(shí)，通電的合金極板會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)、電氣浮等），陽(yáng)電極（鐵、鋁陽(yáng)極板）失去電子后發(fā)生氧化反應(yīng)形成的金屬陽(yáng)離子Fe2+、Al3+，與溶液中的OH-生成金屬氫氧化物膠體絮凝劑；陰電極得到電子后發(fā)生還原反應(yīng)形成強(qiáng)氧化劑，可以分解部分水中污染物從而以降低廢水中的生化需氧量、氨氮、化學(xué)耗氧量。原水中的懸浮物膠體、可溶性污染物、細(xì)菌、病毒、重金屬等，通過(guò)膠體絮凝劑的吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等作用結(jié)合生成較大絮狀體，經(jīng)沉淀、氣浮后被去除，最后通過(guò)沉淀池、膜過(guò)濾系統(tǒng)或生化系統(tǒng)達(dá)到水質(zhì)凈化的效果。

加藥混凝沉淀的原理是在廢水中投入混凝劑等化學(xué)藥劑后，水工膠體因電位降低或消除，破壞了廢水中懸浮顆粒的穩(wěn)定狀態(tài)，而聚集形成粒徑為數(shù)百微米以至數(shù)毫米的礬花，最后采用過(guò)濾使固液分離的污水處理技術(shù)。不同的混凝劑、助凝劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)、凝聚或絮凝，按其作用的機(jī)理有四種，分別是吸附電中、壓縮雙電層、沉淀物網(wǎng)鋪和吸附架橋。

3 處理工藝流程及應(yīng)用

含煤廢水處理工藝應(yīng)按后續(xù)回用系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的要求，結(jié)合煤質(zhì)條件、各種處理設(shè)備性能特點(diǎn)、類似電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。含煤廢水處理工藝可采用如下流程：

（1）含煤廢水→煤水沉淀池→混凝、沉淀、過(guò)濾一體化凈水器→清水池→回用。

（2）含煤廢水→煤水沉淀池→混凝沉淀設(shè)備→氣浮處理設(shè)備→清水池→回用。

（3）含煤廢水→煤水沉淀池→電子絮凝器→離心式沉淀器→中間水池→機(jī)械過(guò)濾器→清水池→回用[1]。

選用上述方案（1）中含煤廢水處理系統(tǒng)主要工藝流程如下：

含煤、灰廢水：煤場(chǎng)排水溝、運(yùn)煤建構(gòu)筑物場(chǎng)地排水管→煤泥沉淀池沉淀區(qū)域→煤泥池處理水區(qū)域→含煤廢水提升泵→管道混合器（混凝劑、助凝劑加藥點(diǎn)）→一體化含煤廢水處理裝置（混凝沉淀、過(guò)濾設(shè)施）→清水池→煤場(chǎng)噴淋、輸煤系統(tǒng)、干灰?guī)焖η鍜邲_洗泵→用戶。

混凝劑：混凝劑溶液槽車卸料→卸料箱→卸料泵→混凝劑溶液儲(chǔ)罐→混凝劑投加計(jì)量泵→加藥管→混凝劑管道混合器→含煤廢水處理設(shè)備進(jìn)水管。

助凝劑：聚丙烯酰胺粉料→固體螺旋計(jì)量給料機(jī)→助凝劑溶液制備箱（預(yù)制、熟化、貯存三聯(lián)箱）→助凝劑投加計(jì)量泵→加藥管→助凝劑管道混合器→含煤廢水處理設(shè)備進(jìn)水管。

選用上述方案（3）中的含煤廢水處理系統(tǒng)主要工藝流程如下：

煤、灰水沉淀池→電絮凝進(jìn)水泵→電子絮凝器→離心式澄清反應(yīng)器→澄清池→機(jī)械過(guò)濾器進(jìn)水泵→顆粒介質(zhì)過(guò)濾器→清水池→水工回用水泵→輸煤系統(tǒng)、干灰?guī)焖η鍜呦到y(tǒng)及煤場(chǎng)噴淋。

兩種工藝在部分燃煤電廠的應(yīng)用業(yè)績(jī)見(jiàn)表2。

表2 混凝沉淀過(guò)濾工藝和電絮凝工藝部分應(yīng)用業(yè)績(jī)

兩種含煤、灰廢水處理工藝中的主要設(shè)備有以下幾種。電子絮凝器設(shè)備：采用臥式結(jié)構(gòu)，可通過(guò)使用卷式交叉電極（雙螺旋結(jié)構(gòu)），較大地增加電極表面積，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)定時(shí)自動(dòng)切換電源輸出極相，可避免由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行陽(yáng)極消耗過(guò)快，陰極鈍化。輸入交流AC380V，輸出直流電壓DC0-30V可調(diào)，電流0～1500A可調(diào)。極板間距為5～20mm；極板厚度為1～10mm。最后，依靠水的余壓將發(fā)生電絮凝反應(yīng)后的廢水送入離心澄清器。

離心澄清器設(shè)備：立式鋼制，內(nèi)部裝置有配水系統(tǒng)、旋流系統(tǒng)（水力旋流）、斜管、沉淀池、沉泥與排泥系統(tǒng)，在反應(yīng)器內(nèi)延長(zhǎng)了接觸時(shí)間，得到很好的沉淀分離效果。

機(jī)械過(guò)濾器設(shè)備：采用顆粒介質(zhì)過(guò)濾器，顆粒介質(zhì)過(guò)濾器集水方式為支母管型，采用S30408不銹鋼T型繞絲管，其濾層應(yīng)采用多介質(zhì)（火山礫、無(wú)煙煤、石英砂）濾料，總高度不小于1000mm，其中火山礫粒徑0.5～0.8mm，200mm；石英砂粒徑0.5～0.8mm，600mm，無(wú)煙煤粒徑0.8～1.2mm，200mm。

含煤廢水處理設(shè)備：采用地上式一體化鋼制結(jié)構(gòu)，低位進(jìn)水、頂部溢流出水，內(nèi)設(shè)聚丙烯斜管和聚苯乙烯泡沫塑料濾料，采用加藥澄清、過(guò)濾處理工藝，結(jié)合排泥、反洗等措施，有效地降低含煤廢水中的濁度。

4 性能和造價(jià)的比選與應(yīng)用實(shí)例

兩種含煤、灰廢水處理工藝（系統(tǒng)出力均按1×20m3/h）基建、生產(chǎn)期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較詳見(jiàn)表3。

表3 加藥混凝沉淀工藝與電絮凝工藝的投資造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)成本比對(duì)表

4.1 比選結(jié)果

雖然電絮凝工藝無(wú)需配置貯存藥劑、配藥、加藥等相關(guān)設(shè)備投資費(fèi)用，設(shè)備提高防雨、防塵的防護(hù)等級(jí)后均可進(jìn)行戶外布置，電絮凝工藝的成套設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)要高于混凝沉淀工藝，建筑安裝工程費(fèi)用要低于混凝沉淀工藝。成套處理設(shè)備系統(tǒng)的工程造價(jià)上，電絮凝工藝高于混凝沉淀工藝。

與傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝法相比，電絮凝運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，當(dāng)煤、灰廢水中懸浮固體含量波動(dòng)過(guò)大時(shí)，混凝沉淀工藝中可能出現(xiàn)翻池情況，配藥、溶藥過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化，對(duì)運(yùn)行人員技術(shù)能力和人數(shù)要求較高；根據(jù)表3中的比較，電絮凝處理工藝運(yùn)行維護(hù)成本明顯優(yōu)于混凝沉淀處理工藝。

耗材的使用上，加藥的成本高于電極耗損的成本。電絮凝工藝的能耗略高于混凝沉淀工藝。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

鎮(zhèn)海電廠遷建項(xiàng)目配置了氣模封閉煤場(chǎng)，減少了雨季含煤廢水產(chǎn)生的量，在一定程度上降低了含煤廢水的處理壓力，同時(shí)氣模封閉煤場(chǎng)減少了煤場(chǎng)中水汽的蒸發(fā)量，降低了處理回用系統(tǒng)的外部補(bǔ)水量；同時(shí)配置了1座卸煤碼頭，3個(gè)2000噸級(jí)卸煤泊位及棧橋1座，設(shè)計(jì)年通過(guò)能力320萬(wàn)噸。

該項(xiàng)目含煤廢水處理站主要包括澄清池、清水池等構(gòu)筑物，水池的池頂布置電子絮凝器、顆粒介質(zhì)過(guò)濾器、各類水泵等設(shè)備，離心澄清反應(yīng)器布置在澄清池北側(cè)地面設(shè)備基礎(chǔ)上，上述設(shè)備均采用露天布置，各設(shè)備采用相應(yīng)的戶外防水、防塵等級(jí)。該項(xiàng)目的設(shè)備（全部采用戶外布置）及構(gòu)筑物清單見(jiàn)表4。

表4 鎮(zhèn)海電廠遷建項(xiàng)目含煤、灰處理系統(tǒng)配置的設(shè)備及構(gòu)筑物清單

該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)濁度通過(guò)在線濁度儀上顯示平均為3NTU＜5NTU，pH值在7～9，符合排放和回用標(biāo)準(zhǔn)。

5 建議

兩種含煤、灰廢水處理工藝處理后的水均可滿足使用要求，經(jīng)實(shí)地調(diào)研，電絮凝工藝出水水質(zhì)（懸浮固體含量SS≤10mg/L）優(yōu)于傳統(tǒng)工藝出水水質(zhì)（懸浮固體含量SS≤30mg/L）[2]。在全壽命周期中，電絮凝工藝（系統(tǒng)出力1×20m3/h）的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)將在機(jī)組投產(chǎn)后第18個(gè)月后開(kāi)始體現(xiàn)，并逐步擴(kuò)大，且電絮凝工藝下水中存在的大量電子流消除了水合物的極性，使膠體狀物質(zhì)游離并沉淀，同時(shí)電荷量的提高會(huì)形成滲透壓因而殺死細(xì)菌、胞囊病毒等[3]。電絮凝技術(shù)處理分離出的煤泥更加密實(shí)，含水率低，更加利于曬干后利用。

若燃煤發(fā)電項(xiàng)目配置了加藥混凝沉淀過(guò)濾工藝的原水預(yù)處理系統(tǒng)，可以將預(yù)處理的混凝加藥模塊和含煤廢水的混凝加藥模塊集中布置，可減少項(xiàng)目造價(jià)和運(yùn)維成本。在此種情形下，兩種處理工藝的經(jīng)濟(jì)性上基本相當(dāng)。

電絮凝工藝無(wú)需添加化學(xué)藥劑，減少對(duì)水質(zhì)的二次污染，更加環(huán)保。雖然初始投資較高，但自動(dòng)化程度高，投產(chǎn)后生產(chǎn)期總成本較低，在燃煤電廠和煤礦等行業(yè)降本提質(zhì)增效的背景下，有很好的應(yīng)用前景和推廣意義。