一家2×30万千瓦火电厂，城市污废水回收利用能力可达1430吨/小时，年利用污废水约900万吨。这组亮眼数据的背后，得益于国网河北省电力有限公司电力科学研究院（简称河北电科院）的一项研究成果——火电厂反渗透浓水与城市污水交互处理的利用方法。
近年来，传统火电行业用水占全国工业用水四成以上，使用社会污废水替代清洁水源，成为火电行业可持续发展的必然选择。上述成果的推广应用，有效解决了传统火电厂水网分散设计导致的污废水利用率低、次生废水量多质杂、终端废水治理成本高等问题。
近日，在河北电科院节水减排技术实验室，河北省火力发电节能环保工程技术创新中心水资源再利用技术带头人刘克成正组织技术团队，对石家庄市高价值专利组合培育项目废水资源化及零排放技术应用进展进行阶段总结。他告诉记者，“我们要抓紧攻关，探索火电厂污废水治理技术在反渗透浓水之外的应用。”
重构水网系统 实现废水循环利用
火电厂是用水大户，很多环节都需要用水，如工业冷却水、汽轮机用水等。近年来，国家不断推广火电厂中水（经过处理的城市污水）利用，电厂对中水的需求也越来越大。而中水要成为合格的汽轮机用水，必须经过反渗透设备的净化过滤。
“这就产生一个问题，反渗透设备过滤中水后形成大量浓水，即工业生产中产生的废水、废液等。浓水总量大，易附着于设备表面，且不易降解。”河北电科院环保化学所员工高燕宁介绍，目前火电行业在城市污水再利用中使用的反渗透设备超过3000套，年产浓水超过12亿吨，这些浓水如果进入大自然就会变成“顽固废水”。
为更好解决水资源短缺和处理后城市污水无法消纳的双重矛盾，同时减少火电厂反渗透浓水的排放，河北电科院研究团队探索出一项新方法：“火电厂反渗透浓水与城市污水交互处理的利用方法”。
“简而言之，火电厂反渗透浓水与城市污水交互处理就是‘以废治废’，让城市污水在火电厂实现循环利用。”刘克成说。而他口中的“以废治废”并不像听起来那么简单。过去电厂治理废水，基本是“有什么废水，上什么设备”。这样的处理方式成本高，治标不治本，且处理设备种类越来越多，后期维护十分不便。
早在2006年，刘克成和同事在河北沧州地区参与某海水淡化处理项目时第一次受到启发。“在这个项目中，各系统之间形成联系，让一个环节产生的废水成为另一个环节有用的‘好水’，变废为宝、以废治废。”从那时起，刘克成就和同事开始探索能够系统解决火电厂废水处理难题的方法。
2010年，刘克成接到石家庄某火电厂打来的求助电话。该电厂引进了一套国外的浓水处理设备，但无法正常运转，浓水处理无法完成。
为此，刘克成团队用了8个月时间重新设计技术方案，以全厂水网多元重构为思路，创造性地将城市污水处理、反渗透浓水资源化等系统深度耦合，不仅让电厂能够正常处理浓水，还控制了成本。这一次形成的水网多元重构核心思路，可以看做是“火电厂反渗透浓水与城市污水交互处理的利用方法”的“基础版”。
此后10年间，刘克成带队攻关、反复试验，不断解决技术难题。2016年，“火电厂反渗透浓水与城市污水交互处理的利用方法”获国家专利授权，2020年又获得第二十一届中国专利银奖，同年5月，该团队还承担了石家庄市高价值专利组合培育项目，进一步拓展火电厂污废水处理技术的适用范围。
刘克成介绍，这种新方法颠覆了长久以来火电厂中城市污水处理、循环冷却水、反渗透等系统独立设计、一水一治的传统模式，通过城市污水处理和反渗透浓水资源化利用的相互耦合，同步实现反渗透浓水零排放、浓水中水资源深度提取和盐分资源化再利用。研究成果在不增加运行成本的前提下，为反渗透浓水资源化找到可行方案。
突破瓶颈 形成典型模式
实际上，国外的热法蒸干技术也可以解决火电厂污废水处理问题，但年运行成本非常高。此外，现在能耗与碳排放量已成为电厂终端废水处理要考虑的重要因素，热法蒸干技术需要消耗大量能量，会导致碳排放量增加。
河北一家2×30万千瓦火电厂应用“火电厂反渗透浓水与城市污水交互处理的利用方法”后，在不增加运行成本的情况下，每年可减排60多万吨反渗透浓水。该火电厂还通过对反渗透浓水中氯化钠的提纯及再利用，减少原钠离子交换器再生氯化钠消耗量，实现反渗透浓水资源化利用。该火电厂城市污废水回收利用能力达到1430吨/小时，年可利用污废水约900万吨。
目前，这种新方法已在17家火电厂应用，年利用城市污水约7900万吨、减排次生废水1600余万吨，间接经济效益超过4亿元，突破了火电厂城市污水大规模消纳和工业废水零排放的技术和经济瓶颈，形成了低成本下反渗透浓水零排放的典型模式。
“我们的研究成果还带动了其他行业及水处理产业上下游的发展。沧州地区一家电厂就已经在高盐废水电解制氯方面取得进展。”刘克成说，河北电科院技术团队将努力把这项废水处理技术从浓水处理延伸到火电厂反洗废水、脱硫废水处理中，构建起更为多元、高效的火电厂水生态环境，让水资源得到最大程度利用。
