高浓有机废水处理均相催化湿式氧化技术

随着我国"双碳"目标的深入推进和环保标准的日益严格，火电厂作为工业用水大户面临严峻的水资源约束。循环水排污水占火电厂总排水量的70%以上，具有水量大、含盐量高（通常10000-30000mg/L）、硬度高等特点。传统处理方式如冲灰、除渣等简单回用已无法满足环保要求，开发高效经济的全资源化回用技术成为行业迫切需求。本文将系统介绍当前火电厂循环水排污水全资源化回用的新技术进展，分析其技术原理、应用案例及未来发展趋势。

技术原理与工艺创新

多级软化-膜集成技术

循环水排污水的高硬度特性（Ca²⁺通常200-400mg/L，Mg²⁺50-150mg/L）是制约资源化回用的主要瓶颈。新型两级化学软化-管式微滤工艺通过优化药剂组合显著提升软化效率：一级投加Ca(OH)₂（350-450mg/L）去除镁硬度，二级投加Na₂CO₃（150-450mg/L）去除钙硬度，配合管式微滤实现污泥高效分离。华北某电厂应用表明，该工艺对Ca²⁺、Mg²⁺去除率分别达86.5%和92.5%，出水硬度降至0.5mmol/L以下，为后续膜处理创造有利条件。

电化学软化作为新兴技术，通过电解产生OH⁻原位软化，避免药剂投加。阳极产生的H⁺可中和碱度，阴极区形成的CaCO₃和Mg(OH)₂沉淀通过微气泡上浮分离。实验室数据显示，电流密度10mA/cm²时，30分钟内硬度去除率超过90%，能耗约2.5kWh/m³，较化学软化节约药剂成本40%。

高效膜浓缩技术

高效反渗透（HERO）技术通过调节pH至9.5-10.5将硅转化为易去除的硅酸盐，配合专用阻垢剂可使回收率提升至85%以上。华能沁北电厂采用"超滤-HERO"组合工艺，将循环水排污水从180m³/h浓缩至30m³/h，产水TDS<500mg/L，满足锅炉补给水标准。

电渗析（ED）技术利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场作用下实现盐分浓缩。与反渗透相比，ED对高盐废水（TDS>20000mg/L）适应性更强，且不易结垢。某2×300MW机组采用"ED-结晶"组合工艺，将含盐量从25000mg/L浓缩至150000mg/L，系统回收率达95%，浓水直接进入蒸发结晶单元制取工业盐。

蒸发结晶-盐分资源化

机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发技术通过压缩机将二次蒸汽升温回用，热效率较传统多效蒸发提高3-5倍。中冶南方某项目显示，处理30m³/h高盐浓水时，MVR吨水蒸汽消耗仅50kg，较MED工艺节能60%。结晶盐纯度达99.2%，其中NaCl符合GB/T5462工业盐标准，Na₂SO₄满足GB/T6009一类品要求。

烟道雾化蒸发技术将末端浓水雾化喷入300-400℃的烟道，利用烟气余热蒸发水分，盐分被除尘器捕集。河北某电厂应用显示，8m³/h浓水蒸发可降低排烟温度15-20℃，同时减少除尘器喷水量，系统实现"零能耗"运行。关键创新在于多级旋流雾化喷嘴设计，使液滴粒径控制在50-80μm，蒸发效率达99.5%。

工程应用案例分析

"软化-膜浓缩-蒸发结晶"全流程项目

国电汉川电厂采用"高密度沉淀-超滤-反渗透-蒸发结晶"组合工艺处理循环水排污水（设计规模240m³/h）。系统首先通过Ca(OH)₂+Na₂CO₃软化去除硬度，再经超滤（孔径0.03μm）保障SDI<3，反渗透单元采用宽流道抗污染膜，回收率控制在75%。最终15m³/h浓水进入MVR结晶系统，年产NaCl、Na₂SO₄等工业盐1.2万吨。项目投资1.8亿元，吨水运行成本约25元，较外购工业水年节约费用1600万元。

"电化学-分质结晶"创新示范

华电邹县电厂建成国内首个"电化学软化-纳滤分盐-冷冻结晶"示范工程。电化学单元采用Ti/RuO₂-IrO₂阳极和SS316阴极，能耗2.8kWh/m³；纳滤系统通过截留二价离子（SO₄²⁻等）实现NaCl与Na₂SO₄分离；冷冻结晶单元在5℃下析出Na₂SO₄·10H₂O，纯度99.5%。系统整体盐分回收率超90%，产品附加值较混合盐提高3倍。

区域水资源协同利用模式

河北电科院开发的"火电厂-城市污水交互处理"技术在17家电厂推广应用。该技术将循环水排污水（含盐量约15000mg/L）与城市污水（COD 300-500mg/L）按1:3混合，利用有机物促进反硝化脱氮，同时降低膜系统结垢风险。典型案例显示，某2×300MW机组年利用城市污水900万吨，减排浓水60万吨，反渗透浓水中提取的NaCl用于离子交换树脂再生，年节约盐耗8000吨。

技术经济性与环境效益

成本分析

典型工艺吨水处理成本构成：

化学软化-膜浓缩工艺：15-20元（药剂占60%）

电化学-膜集成工艺：18-25元（电耗占70%）

全流程零排放工艺：25-35元（蒸发结晶占50%）

相比之下，传统冲灰处置成本仅2-3元/吨，但无法满足环保要求；外购工业水价格通常6-10元/吨，且受水资源费上调影响持续上涨。

资源化收益

工业盐：NaCl（600-800元/吨）、Na₂SO₄（1200-1500元/吨）

回用水：替代新鲜水（3-5元/吨）和除盐水（15-20元/吨）

碳排放权：浓水烟道蒸发可折算CO₂减排量0.1-0.2kg/m³

环境效益

水资源消耗降低30-50%

废水排放量减少90%以上

盐类资源化率>85%，避免杂盐危废处置难题

未来发展趋势

低碳工艺创新

光伏驱动水处理系统可降低电耗30%，某示范项目将反渗透与5MW光伏电站耦合，实现50%能源自给。微生物电化学系统利用产电菌降解有机物同时产电，实验室规模已实现处理COD 2000mg/L废水时同步发电0.8kWh/m³。

智能优化控制

基于数字孪生的智能加药系统通过在线硬度监测动态调节Ca(OH)₂投加量，某电厂应用后药剂消耗降低18%。AI预测性维护可提前72小时预警膜污染，使化学清洗周期从3个月延长至6个月。

高值化盐产品开发

电解制氯技术将NaCl转化为次氯酸钠（价值2000-2500元/吨），较直接销售盐产品增值3倍。盐湖提锂技术从富锂浓水中提取碳酸锂，正在开展中试验证。

结论

火电厂循环水排污水全资源化回用技术已形成"预处理减量-膜法浓缩-蒸发结晶"的成熟路线，关键突破在于：1）电化学/催化氧化等绿色工艺降低处理成本；2）纳滤/电渗析等分盐技术提升产品价值；3）光伏/余热集成实现低碳运行。未来应重点开发低能耗软化膜材料、高选择性分离膜、结晶过程强化等技术，推动火电厂水系统向"零排放-资源化-碳中和"方向升级。建议企业根据水质特性选择"分质处理、梯级利用"策略，优先采用区域协同处理模式，实现环境效益与经济效益的双赢。