摘要：火电厂作为大规模的工业用水和废水产生者，对其废水进行深度处理和资源化利用，实现废水零排放，对于环境保护具有重要意义。因此研究针对火电厂的废水提出了一种高效环保的处理流程，旨在降低废水处理成本，提高处理效率，并实现真正的废水零排放。研究提出的方法主要分为物化法和吸附法两个部分，通过两种方法的交替处理，使火电厂的废水达到零排放的效果，同时还能回收废水中的重金属离子制成工业盐。从实验结果来看，经过此次研究提出方法处理的废水中的汞、铬、镍等重金属含量远低于国家的排放标准，因此研究提出方案具备可行性。

　　关键词：零排放；电厂；废水处理；火力发电

　　0引言

　　在全球范围内，环境保护已经成为不可忽视的重要议题。随着工业化的进程加速，工业废水排放问题日益引发关注。特别是火电厂，作为我国主要的发电方式之一，其废水排放问题更是受到了严格的监管。不仅因为火电厂需要大量的水资源，而且其排放的废水中含有多种有害物质，如重金属、酸碱物质、油污和悬浮物等，这些物质对环境和生态造成了潜在的威胁。随着政府对环保要求的日益严格，火电厂面临的压力也越来越大。如何有效地处理这些废水，使之达到甚至超过国际标准，成为火电厂必须面对和解决的问题。与此同时，随着社会大众对可持续发展理念的深入理解和广泛传播，火电厂也需思考如何在满足经济效益的同时，也能为环境保护和社会可持续发展作出贡献。在此背景下，研究并实施基于废水零排放目标的火电厂废水处理方案显得尤为重要。这样的方案不仅可以大大降低废水对环境的影响，而且也是火电厂实现绿色、可持续发展的重要途径。因此研究基于废水零排放的目标设计了一个火电厂废水处理的方案，旨在促进废水零排放目标的实现，为电场废水处理提供新的思路。

　　1废水零排放定义和实验技术路线介绍

　　截至2022年底，中国的火电装机容量约为1.12×108 kW，占总装机容量的比例约为46%左右。这意味着火电仍然是中国主要的电力生产方式之一。而一座发电量为1.2×105的火电站每天需要消耗约6.7×104 m3的水，同时每小时需要排放150 m3的含硫废水。在传统的火电站废水脱硫处理中常用到石灰石-石灰/石膏湿法烟气脱硫（limestone-lime/gypsum wet FGD），使用FGD处理的废水虽然能够达到排放的标准，但水中仍然存在大量氯盐，导致水体对周围环境产生不良影响。

　　鉴于FGD处理方法的缺陷，研究选用基于FGD处理方法改进的脱硫废水零排放技术来处理火电站的含硫废水，脱硫废水零排放技术是一种将脱硫废水经过处理后实现完全无害排放的技术。该技术主要包括废水预处理、化学处理、生物处理和深度处理，其中预处理是指对脱硫废水进行初步处理，包括固液分离、沉淀、过滤等工艺，以去除废水中的悬浮固体和颗粒物。化学处理是采用化学药剂对废水中的污染物进行去除或转化，研究中用到的化学方法包括中和沉淀、混凝沉淀等。生物处理则是利用微生物对废水中的有害有机物进行分解。为了实现零排放的效果，经过上述步骤处理的废水还需要经过深度处理，深度处理包括吸附、膜分离、高级氧化等技术。通过上述废水处理流程，可以实现废水零排放的目标。废水零排放对于环境保护、资源利用、合规要求以及公众健康和社会形象都具有重要意义，是可持续发展的重要目标之一。

　　在废水处理中，研究对含硫废水的处理采取了物化法和吸附法两个关键步骤。物化法通过化学药品的物理性质和化学性质来去除废水中的硫化物和其他有害物质。而吸附法则利用特定的吸附剂，如活性炭或树脂，对废水中的溶解性硫进行吸附，进一步降低硫含量。完成上述预处理后，研究采用蒸发结晶技术对脱硫废水进行深度处理。这一步骤的目的是将废水中的盐分和其他可溶性物质转化为结晶状态，从而实现与水的有效分离。结晶后的盐类物质可以回收利用，为工业生产提供原料。此次研究具体的技术路线如图1所示。

　　2脱硫废水零排放处理

　　研究对废水处理主要分为三个步骤，首先采用化学方法对废水中的金属离子和硫化物离子进行第一轮沉淀。沉淀完成后通过制备的PFS晶体在水中的电解出大量正电荷离子对中和沉淀中过剩的硫化物离子（S2-）进行化学反应，从而达到去除S2-的效果。最后采用活性炭对上述处理后的废水进行最后的吸附和沉淀，进一步减少水中的正负离子含量，使废水达到零排放标准。

　　物化法中硫化物沉淀是去除废水中重金属的重要方式，硫化物沉淀的原理是当一个可溶性金属离子与S2-在溶液中相遇时，它们可以发生反应生成不溶性的金属硫化物沉淀。该反应的离子方程式如式（1）所示。

　　M2++S2-MS↓.（1）

　　式中：M2+表示Hg、Pb、Cd、Zn等金属离子；MS↓表示不溶的硫化物沉淀。该方法中Pb2+、Ni2+的沉淀效果不太理想，因此还需要使用中和沉淀反应对Pb2+、Ni2+离子进行沉淀。中和沉淀主要采用OH-与金属离子生成沉淀物来去除废水中的重金属离子，具体的反应方程式如式（2）所示。

　　Mn++nOH-=M（OH）n↓.（2）

　　各类金属元素完全沉淀的pH值并不相同，因此沉淀过程需要多次过滤。Hg、Pb、Cd、Zn、Fe、Mg等金属离子完全沉淀的pH值统计如表1所示。

　　混凝反应主要依靠聚合硫酸铝铁（Polymeric Fer-ric Sulfate，PFS）对悬浮物进行沉淀，PFS的制备需要按照Al3+与Fe3+离子数2:1的比例称取Al2（SO4）3和Fe2（SO4）3，并溶解在离子水中，采用Na2CO3将溶液的pH调到3后将溶液放置在65℃的恒温箱中搅拌6 h。完成搅拌后自然冷却烘干便得到了PFS晶体。PFS在水中电解的离子可以消除中和沉淀中过剩的S2-，同时PFS晶体在水中发生水解反应生成胶状物还能吸附沉淀。

　　活性炭的制备方法有很多种，如磷酸活化法、锌氯化物活化法、氢氧化钾（KOH）活化法等，此次研究主要利用KOH活化法进行活性炭的制备。大多数KOH活化法使用的惰性气体为氮气，但该方法容易产生NOx对环境造成额外的污染，因此研究将N2换成了CO2。制备活性炭前需要将碳粉与KOH按照质量比1:1.5的比例称重，并将称重好的KOH使用蒸馏水配置为KOH溶液。组装好制备仪器后将碳粉与KOH溶液混合均匀，浸渍24 h。浸渍完成后将混合液进行过滤，并取出滤渣进行恒温烘干。将烘干的材料放入反应器内，打开气阀静置2 min使二氧化碳充满整个反应器。制备阶段需要均匀升温到700℃,并保温2 h，同时反应器中的材料需要在CO2的保护下自然冷却，冷却后使用去离子水将活性的pH值调为中性，并将材料烘干保存。在吸附法中，需要将制备好的活性炭加入待处理的废水中，匀速搅拌60 min后静置2 h，静置后通过调节溶液的pH值来实现金属离子以及小体积悬浮物的吸附。

　　3处理液的水质检测方法及结果

　　此次研究对重金属离子的检测主要采用对照的方式，将处理后的废水与一系列标样配置的溶液进行吸光性对比。此次实验使用到离子质量浓度为1 000 mg/L的ICP-MS铅检测标准溶液。将25 mL的铅离子标准溶液移入50 mL比色管中，再加入3.0 mL甲基四胺溶液和1.5 mL质量浓度为2 g/L的二甲酚橙溶液。充分摇匀后，在室温下静置20 min，使溶液显色。最后，以空白试剂作为参照，在波长为572nm的紫外线照射下测定各溶液的吸光度。其他金属离子的检测也采用上述方法。处理后的废水各金属离子质量浓度结果如图2所示。图2中处理后的废水Cd2+离子的质量浓度约为0.095 mg/L，低于排放标准0.1 mg/L；Pb2+离子的质量浓度约为0.55 mg/L，低于排放标准1.0 mg/L；Ni2+离子的质量浓度约为0.4 mg/L，低于排放标准1.0 mg/L；Hg2+离子的质量浓度约为0.05 mg/L，低于排放标准0.1 mg/L。根据测试结果，研究提出的废水处理方法对各项重金属离子处理后均达到了排放标准。

　　活性炭的吸附能力会随温度和吸附时间的变化而变化，因此研究将不同类型的杂质在不同温度和不同吸附时间下的去除率进行对比，结果如图3所示。从图3-1中可以看出，沉淀物和悬浮物在相同的pH下去除率随温度升高呈上升趋势，其中，沉淀物的去除率上升较为明显，在50℃时去除率达到了86.7%。而悬浮物在50℃时去除率仅63.6%。从图3-2中可以得出，在相同的pH值下，沉淀物和悬浮物去除率与时间的关系。根据曲线的变化趋势得出沉淀物去除率随时间增长而上升，但在15 h后去除率上升变化不明显，稳定在81.5%左右，而悬浮物则是在第16 h后去处理变化缓慢，且去除率稳定在78%左右。

　　4结论

　　火电厂运行过程中产生的大量废水给环境带来了严重的影响，而传统的废水处理方法往往难以达到零排放的目标，而且处理效率低下，容易造成二次污染。鉴于上述原因，此次研究通过对电厂废水处理流程的深入分析，提出了一个新的火电厂废水处理方案。该方案通过物化法和吸附法的结合使废水中的重金属离子生成不溶性的盐，从而在生物活性炭和PFS的作用下与溶液进行分离。经过该方法处理的废水中Cd2+离子质量浓度约为0.095 mg/L；Ni2+离子质量浓度约为0.4 mg/L；Pb2+离子质量浓度约为0.55 mg/L，均达到了排放的标准，同时在生物活性炭和PFS的吸附作用下，溶液中的沉淀物去除率可达到86.7%，悬浮物去除率可达到78%。从上述结果可以看出，此次研究提出的废水处理方案可以实现废水零排放的目标，因此基于废水零排放目标的电厂废水处理优化策略研究为电厂实现绿色发展提供了有力支持。

　   参考文献：

　　[1]赵海洋，李鑫，张林，等.放射性废水处理中聚酰胺复合膜辐射效应研究进展[J].化工进展，2024，42（12）：6544-6553.

　　[2]De C G N O,Yoshiyuki S N,Rodrigues F L P,et al.Environmental compliance through the implementation of effluent treatment plant at a company in the cosmetics sector[J].Water,2023,15(3):400.

　　[3]康少鑫，杨杰，胡明睿，等.高效澄清技术在火电厂含煤废水处理系统中的应用[J].工业水处理，2022，42（11）：194-199.

　　[4]Hu Z,Liu T,Wang Z,et al.Toward energy neutrality:novel wastewater treatment incorporating acidophilic ammonia oxidation[J].Environ-mental Science&Technology,2023,57(11):4522-4532.