电厂废水处理与循环利用技术研究概述

张永翔

（北京京丰燃气发电有限责任公司，北京 100074）

0 引言

随着工业化和城市化的快速发展，电厂作为能源供应的主要基地，在推动社会进步的同时也带来了一系列环境问题，其中之一便是电厂废水的排放。电厂废水指在发电过程中产生的废水，其含有大量的污染物，如悬浮物、化学物质和重金属等。若这些废水未经有效处理直接排放到周围水体中，将严重危害水质和生态环境，对生态系统和人类健康造成潜在威胁。

电厂废水排放问题的重要性不容忽视。废水中含有大量的污染物，如氮氧化物、硫氧化物、氨氮、重金属等，这些物质具有强烈的毒性和生物累积性，对水体生态链和生物多样性造成直接影响，进而影响到人类的健康和饮用水安全。电厂废水排放还可能引发酸雨等大气污染问题，进一步加剧了环境负荷，形成“大气-水-土”综合污染问题。废水排放不仅对水环境产生影响，还可能对沿海地区和水源地区的生态平衡造成长期威胁，这对当地经济和社会发展造成潜在威胁。因此，电厂废水处理与循环利用技术研究变得尤为迫切和重要。

1 电厂废水的组成和特点

电厂废水是指在电力发电过程中产生的废水，其组成复杂多样，包含多种污染物。了解电厂废水的组成和特点对于制定有效的废水处理方案至关重要。主要的成分包括重金属、悬浮物、有机物、氨氮和氮氧化物、硫氧化物和放射性物质[1]。

电厂废水的组成和特点十分复杂，其中含有大量的有害物质和污染物。这些污染物对水体和生态系统造成严重威胁，因此需要采取有效的废水处理措施，确保电厂废水得到合理处理和循环利用，最大限度地减少对环境的负面影响。

2 传统废水处理技术

电厂废水处理是一个复杂而重要的环节，传统废水处理技术作为起点，一直在不断发展与完善。传统废水处理技术主要包括物理处理方法、化学处理方法和生物处理方法。

2.1 物理处理方法

物理处理方法是指通过物理手段将废水中的固体颗粒和悬浮物与水分离，以净化废水的技术。常见的物理处理方法包括以下两点。

（1）沉淀。沉淀是利用重力将悬浮物沉降到废水底部的过程。通过添加沉淀剂，使悬浮物凝聚成较大的颗粒，然后沉入底部形成污泥。这样可以有效去除废水中的悬浮物和一部分重金属离子。

（2）过滤。过滤是通过过滤介质（如砂子、活性炭）将废水中的悬浮物截留在过滤层中，使洁净水通过的过程。过滤可以进一步去除沉淀工艺未能去除的悬浮物和颗粒。

2.2 化学处理方法

化学处理方法是指通过添加化学药剂，改变废水中污染物的性质，使其凝聚、沉淀或发生化学反应，从而达到净化废水的目的。常见的化学处理方法如下。

（1）凝聚沉淀法。通过添加化学凝聚剂（如铁盐、铝盐），使废水中的悬浮物、胶体和部分溶解物凝聚成较大的颗粒，然后通过沉淀将其分离。

（2）氧化还原法。氧化还原法是利用化学氧化剂（如氯气、高锰酸钾）对废水中的有机物进行氧化反应，将其转化为水和二氧化碳，从而达到去除有机物的目的。

2.3 生物处理方法

生物处理方法是利用微生物的生物学代谢作用，将废水中的有机物、氨氮等通过生物降解转化为无害物质的技术。常见的生物处理方法如下。

（1）好氧生物处理。好氧生物处理是利用需氧微生物在氧气存在下对有机物进行降解，将有机物转化为水、二氧化碳和生物细胞的过程。

（2）厌氧生物处理。厌氧生物处理是在缺氧或无氧条件下，利用厌氧微生物对有机物进行降解，产生甲烷等气体和少量的污泥。

（3）厌氧-好氧生物处理。厌氧-好氧生物处理是将厌氧和好氧两种生物降解过程相结合，通过厌氧预处理和好氧氧化处理相结合，实现废水中有机物和氨氮的有效去除。

3 先进废水处理技术

随着科技的不断进步，新兴的废水处理技术逐渐引起了人们的关注。这些先进技术在电厂废水处理中展现出巨大的应用前景，具有更高的处理效率和更环保的特点。

3.1 膜技术

膜技术是一种通过膜的微孔、孔隙或分子筛作用实现废水分离和净化的先进处理方法。膜技术主要包括超滤、纳滤和反渗透。

（1）超滤。超滤膜可以截留大部分的胶体、颗粒和大分子有机物，同时允许水和小分子物质通过，实现对废水的过滤和澄清。

（2）纳滤。纳滤膜的孔径更小，可以截留更小的胶体颗粒、有机物和重金属离子。同时，纳滤膜也能去除部分无机盐，降低废水中的总溶解固体（TDS）。

（3）反渗透。反渗透膜的孔径更细，能够截留几乎所有的离子、有机物和微生物，从而实现对废水的高度净化和浓缩。

3.2 高级氧化技术

高级氧化技术是利用高能氧化剂（如紫外光、臭氧）生成强氧化力，从而将有机物降解为水和二氧化碳的处理方法。

（1）光催化。通过光催化剂吸收紫外光的能量，产生活性氧化物，能有效降解废水中的有机物。

（2）臭氧氧化。臭氧氧化剂在废水中产生高氧化能力的臭氧，能快速氧化降解有机物。

3.3 生物膜反应器技术

生物膜反应器技术是一种结合了生物降解和膜分离的处理方法。通过将生物膜固定在膜表面，形成一种膜生物复合系统，实现废水的生物降解和膜分离的同时进行。

对于电厂废水处理来说，应用先进的膜技术是一种高效的选择。反渗透膜技术可以实现对废水中大部分有机物、无机盐和重金属的去除，产生高质量的再生水，满足一定的再利用要求。此外，超滤和纳滤膜技术可用于前处理，去除大颗粒悬浮物和有机物，减轻后续处理的负担[2]。

高级氧化技术在电厂废水处理中也具有潜在的应用前景。尤其是在处理难降解的有机物和毒性污染物方面，高级氧化技术可以起到有效的辅助作用，提高整体处理效率。光催化和臭氧氧化等技术的结合应用，有望使电厂废水达到更高的水质要求。

生物膜反应器技术是生物处理和膜分离的融合，克服了传统生物处理中容易发生的污泥膨胀和膜污染等问题。这种技术具有较好的降解效果和膜的过滤功能，可以在处理含有高浓度有机物的废水时发挥重要作用。

4 废水循环利用技术

废水循环利用技术是指将经过处理的废水进行再处理或回收利用，以达到节约水资源和减少环境污染的目的。在电厂废水处理中，废水循环利用技术具有重要的意义，不仅可以减少对自然水资源的消耗，还能提高电厂的资源利用效率和环境可持续性[3]。

4.1 再生水利用

再生水利用是将经过废水处理后的水再次进行处理，使其符合一定的再利用标准，用于非饮用用途，如冷却水、冲洗水、灌溉水等。再生水利用可以减轻对淡水资源的压力，提高水资源的利用效率，同时减少废水的排放，降低对环境的影响。

电厂在发电过程中会产生大量的余热，其中包括冷却水排放的热能和烟气中含有的热能等。废水余热回收技术利用这些废水中的热能，用于供暖、生产和其他用途，从而实现能源的再利用和节能减排[4]。

4.2 营养物回收与资源化利用

电厂废水中含有一定量的氮、磷等营养物质，这些营养物质在传统废水处理过程中往往被排放到环境中，导致水体富营养化问题。营养物回收与资源化利用技术可以将废水中的营养物质回收利用，用于农业肥料、生物能源等方面[5]。

5 电厂废水处理与循环利用实例

（1）案例一，某燃煤电厂废水处理与再生水利用项目。

某地区的一座燃煤电厂，废水主要来自发电过程中的锅炉废水、除尘器废水和污水处理厂的废水，含有大量的悬浮物、重金属和高浓度的氨氮。

处理过程如下：①初级处理。废水首先经过沉淀池进行初级处理，悬浮物通过重力沉降分离，减轻后续处理负担。②生物处理。经过初级处理后的废水进入生物处理系统，采用厌氧-好氧生物处理工艺。废水在厌氧条件下进行预处理，利用厌氧微生物降解有机物，然后在好氧条件下进一步进行氧化处理，去除氨氮和有机物[6]。③膜技术。生物处理后的废水经过超滤和反渗透膜处理，去除残余悬浮物、微生物和离子物质，得到高质量的再生水。④再生水利用。再生水用于电厂的冷却水循环系统、锅炉补水和灌溉用水。冷却水循环系统中的再生水替代部分淡水，降低了对自然水资源的消耗。锅炉补水和灌溉用水则进一步提高了水资源的利用效率。

经过综合处理，废水中的悬浮物、重金属和氨氮等污染物明显降低，使得废水处理达到环保排放标准。再生水利用项目实施后，电厂用水效率显著提高，减少了淡水消耗量，降低了运营成本。废水的循环利用减少了废水排放，降低了对周边水体的污染风险，对当地生态环境保护起到积极作用。通过废水中营养物质的回收与资源化利用，生产了一定数量的有机肥料，提高了电厂资源利用效率。（2）案例二，某天然气发电厂废水余热回收项目。某地区的一座天然气发电厂，在发电过程中产生大量的余热，废水温度较高。

处理过程如下：①初级处理。废水经过初级沉淀和过滤处理，去除大颗粒悬浮物和固体物质。②热能回收。将初级处理后的废水通过换热设备与发电厂的余热源进行换热，将废水中的余热回收，提高废水的温度。③生物处理。经过热能回收后的废水进入生物处理系统，采用好氧生物处理工艺，去除有机物和氨氮等污染物。④营养物回收。生物处理后的废水中的营养物质进行回收利用，经过浓缩和提纯后生产有机肥料。

通过废水余热回收，发电厂余热得到合理利用，降低了其他能源的消耗，减少了温室气体的排放。废水中的余热回收后，提高了废水的温度，使其更适合生物处理过程，降低了生物处理的能耗，减少了用水量。通过回收废水中的营养物质，生产有机肥料，实现了资源的回收利用，减少了废水中营养物质的排放。

6 现实挑战与展望

电厂废水处理与循环利用虽然具有广阔的应用前景和重要的意义，但在实际推广和应用过程中，仍面临一些困难和挑战。以下是可能遇到的现实挑战以及未来发展的展望。

6.1 现实挑战

（1）技术和设备成本。先进废水处理技术和循环利用设备的成本较高，尤其是在初始投资阶段可能会对电厂经济造成一定压力。

（2）运营和维护成本。先进技术的运营和维护要求较高，可能需要专业技术团队和高水平的管理，增加了运营成本。

（3）技术稳定性。一些先进技术在实际应用中可能面临稳定性和可靠性的问题，需要更多的研究和验证。

（4）管理和政策支持：废水处理与循环利用需要建立健全的管理体系和监测控制手段，同时需要政府政策的支持和鼓励。

（5）公众接受度。对于一些新兴的废水处理与循环利用技术，公众可能存在一定的不信任和担忧，需要加强宣传和教育。

（6）废水质量波动。电厂废水质量可能会受到运营条件和季节性变化的影响，对处理工艺和设备的稳定性提出了要求。

6.2 展望与发展方向

（1）技术研发与创新。加大对废水处理与循环利用技术的研发投入，不断创新和优化技术方案，提高技术的稳定性和可靠性。

（2）成本降低与经济效益提升。努力降低废水处理和循环利用技术的成本，提高其经济效益，增强电厂推广应用的动力。

（3）政策和法规支持。政府应制定相关支持政策和法规，鼓励电厂实施废水处理与循环利用，加大对技术研发和应用的资金支持。

（4）推广示范项目。通过开展示范项目，充分展示废水处理与循环利用技术的效果和优势，增加公众对这些技术的认知和接受度。

（5）产学研合作。加强产学研合作，促进科研成果的转化和应用，推动废水处理与循环利用技术的产业化发展。

（6）制定标准与规范。建立完善的废水处理与循环利用标准和规范，规范电厂废水处理过程，保障处理效果和环境安全。

（7）社会参与与共享。积极开展公众参与和社会共享，让公众了解废水处理与循环利用的重要性，共同推动电厂环保与可持续发展。

7 结语

综上所述，电厂废水处理与循环利用技术是实现电厂生产和环境保护协调发展的重要手段。通过不断推动技术创新和政策支持，加强管理和监测，增强公众参与，我们有信心克服现实挑战，推动电厂废水处理与循环利用技术在更广泛的范围内得到应用，为电厂生产和环境保护做出更大的贡献。只有通过全社会的共同努力，才能实现电厂废水处理与循环利用的可持续发展，建设美丽宜居的生态环境和社会。