近年來，使用社會污廢水替代清潔水源，已成為火電行業可持續發展的必然選擇。河北電科院科研團隊以構建水生態電廠為目標，探索出了“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”。應用這項成果后，一家2×30萬千瓦火電廠的城市污廢水回收利用能力可達1430噸/小時，年可利用污廢水約900萬噸。

“我們要抓緊攻關，探索火電廠污廢水治理技術在反滲透濃水之外的應用。”2月1日，在河北電力科學研究院節水減排技術實驗室，河北省火力發電節能環保工程技術創新中心水資源再利用技術帶頭人劉克成正組織技術團隊，對石家莊市高價值專利組合培育項目廢水資源化及零排放技術應用進展進行階段總結，并研討火電廠污廢水處理技術的發展方向。

他們以構建水生態電廠為目標堅持技術攻關，研究成果《一種火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法》于2016年獲得國家專利授權。該成果的推廣應用，解決了傳統火電廠水網分散設計導致的污廢水利用率低、次生廢水量多質雜、終端廢水治理成本高等問題。

火電廠反滲透濃水排放問題亟須解決

火電廠是用水大戶，很多環節需要用水，比如工業冷卻水、汽輪機用水等。“據統計，近兩年傳統火電行業用水占到全國工業用水的四成以上。使用社會污廢水替代電廠清潔水源，成為火電行業可持續發展的必然選擇。”劉克成介紹。

近年來，國家不斷推廣火電廠中水（經過處理的城市污水）利用，電廠對中水的需求也越來越大。而中水要成為合格的汽輪機用水，必須經過反滲透設備的凈化過濾。

“這就產生了一個問題，反滲透設備過濾中水后產生了大量濃水，就是工業生產中產生的廢水、廢液等。濃水總量大，易附著于設備表面，且不易降解。”河北電科院環保化學所員工高燕寧介紹，目前火電行業在城市污水再利用中使用的反滲透設備超過3000套，年產濃水超過12億噸。這些濃水如果進入大自然就成了“頑固廢水”。

為了更好地解決水資源短缺和處理后的城市污水無法消納的雙重矛盾，減少火電廠反滲透濃水的排放，河北電科院攻關團隊探索研究出“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”。

重構水網系統實現廢水循環利用

“簡而言之，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現循環利用。”劉克成說。而他口中的“以廢治廢”并不像聽起來那么簡單。過去的電廠治理廢水，基本上就是“有什么廢水，上什么設備”。這樣的處理方式成本高，治標不治本，而且處理設備種類越來越多，后期維護十分不便。“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”則是劉克成和團隊在無數次試驗中探索出的解決方案。

2006年，劉克成和同事們在滄州地區參與某海水淡化處理項目時，第一次受到啟發。“在這個項目中，各系統之間形成聯系，讓一個環節產生的廢水成為另一個環節有用的‘好水’，變廢為寶、‘以廢治廢’。”從那時起，劉克成就和同事們開始探索能夠系統解決火電廠廢水處理難題的方法。

2010年，劉克成接到了石家莊某火電廠打來的求助電話。該電廠引進了一套國外的濃水處理設備，但是設備無法正常運轉，濃水處理無法完成。

劉克成和同事們重新設計技術方案，用了8個月的時間，以全廠水網多元重構為思路，創造性地將城市污水處理、反滲透濃水資源化等系統深度耦合，不僅讓電廠能夠正常處理濃水，還控制了成本。這一次形成的水網多元重構核心思路，可以看做“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”的“基礎版”。

此后十年間，劉克成帶隊攻關、反復試驗，不斷解決技術難題。在2016年獲得國家專利授權后，《一種火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法》還在2020年獲得第二十一屆中國專利銀獎。2020年5月，河北電科院火電廠污廢水處理技術攻關團隊還承擔了石家莊市高價值專利組合培育項目，進一步拓展火電廠污廢水處理技術的適用范圍。

“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”顛覆了長久以來火電廠中城市污水處理、循環冷卻水、反滲透等系統獨立設計、一水一治的傳統模式，通過城市污水處理和反滲透濃水資源化利用的相互耦合，同步實現反滲透濃水零排放、濃水中水資源深度提取和鹽分資源化再利用。這項研究成果在不增加運行成本的前提下，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

實際上，國外的熱法蒸干技術也可以解決火電廠污廢水處理問題，但年運行成本非常高。此外，現在能耗與碳排放量也已成為電廠終端廢水處理所要考慮的重要因素，熱法蒸干技術需要消耗大量能量，也會導致碳排放量增加。

河北一家2×30萬千瓦火電廠應用“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，實現了反滲透濃水的資源化利用。該火電廠城市污廢水回收利用能力達到1430噸/小時，年可利用污廢水約900萬噸。

目前，“火電廠反滲透濃水與城市污水交互處理的利用方法”已在17家火電廠應用，年利用城市污水約7900萬噸、減排次生廢水1600余萬噸，間接經濟效益超過4億元。這一火電廠污廢水處理方法突破了火電廠城市污水大規模消納和工業廢水零排放的技術和經濟瓶頸，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了其他行業及水處理產業上下游的發展。滄州地區的一家電廠就已經在高鹽廢水電解制氯方面取得進展。”劉克成說，河北電科院技術團隊將努力把這項廢水處理技術從濃水處理延伸到火電廠反洗廢水、脫硫廢水處理中，構建起更為多元、高效的火電廠水生態環境，讓水資源得到最大程度利用。

來源：國家電網報