關于藥劑軟化法對HRI地熱井阻垢的可行性探討

郭雪梅,李　彬（內蒙古建筑職業技術學院,呼和浩特010050）

關于藥劑軟化法對HRI地熱井阻垢的可行性探討

郭雪梅,李彬
（內蒙古建筑職業技術學院,呼和浩特010050）

HRI地熱井是呼和浩特地區的一口地熱井，地熱水的結垢問題成了其開發利用的一大難題。本文就解決HRI地熱井的處理方法進行了分析，得出利用藥劑軟化法對HRI地熱井阻垢是最有效的處理方式的結論。

HRI地熱井;阻垢;藥劑軟化法

HRI地熱井是呼和浩特地區的一口地熱井，深度3005米，主要向某溫泉洗浴中心供水。水中的堿度、硬度、Fe離子及氯離子、硫酸根離子等腐蝕性離子含量非常高，硬度和堿度值均為國內罕見。在試運行期間我們就發現發現，曝氣塔出水口堵塞，塔的出水口及下水道也被垢堵死，每天都需用清水對曝氣塔進行沉淀，其它部件每周需要用酸清洗、或拆卸更換，車間不能正常運轉。地熱水的結垢成了其開發利用的一大難題。

1　結垢原因分析

水垢的主要成分為碳酸鈣。HR1號井有兩個熱儲層，上層457--1575米，圍巖由第三系白堊系砂巖、礫巖組成，鈣離子含量1000-1200mg/l；下層1613--2964米，圍巖以元古界大理石為主，該層水中鈣離子含量14-75mg/l。經分析研究發現，結垢的主要原因是混合開采了上層地熱水，因為當混合水自流溢流至地表后，壓力迅速降低，原有的固液氣三相平衡被打破，碳酸氫鈣分解使大量CO2從水中溢出，出現沉淀物CaCO3，即地熱學的“鈣華”。

2關于除垢阻垢措施的研究

我們發現地熱水有嚴重的結垢問題后，進行了積極的認真的研究，并試圖找到解決途徑。目前只能采取熱水提升到地面后，采用物化的方法解決結垢問題。

我們想到的可以采用的方法有：

（1）氧氣隔離法：即使用全封閉系統，采用嚴格控制的措施，不讓地熱井中地熱水與空氣接觸，不允許氧氣進入地熱水系統，從而達到阻垢的目的。但系統已經建好，改建全封閉系統造價高，技術無法保障，此方法不適用于目前的條件。

（2）電子水處理儀物理法防垢：采用物理方法處理，不需向水中投加處理藥劑，從保護溫泉水質不變的角度來講，物理法防垢是效果最好的方法，而且運行投入費用底。但是，由于HRI地熱井的熱水硬度非常高，硬度值超過電子水處理儀的有效處理上限，所以除垢效果不理想。

（3）膜分離法：采用膜分離法不適用。因為本項目中原水水溫高于50℃，膜分離法首先需要把水溫降至45℃以下；另外當原水硬度非常高時，膜分離法還須要求對原水進行軟化預處理。而降溫和軟化均需增加相應設備，初期投資太高。

（4）采用離子交換樹脂軟化法：離子交換樹脂軟化法可以置換掉水中的大部分二價鈣、鎂離子，結垢問題得到解決的同時，地熱水中溫泉洗浴用水應保留的鍶、鋇等高價離子成分也被除去，因此該方法也不適用。

（5）藥劑軟化法：水處理中藥劑軟化法種類也是比較多的，經分析對比從可靠性、經濟性角度出發，我們重點對堿石灰和磷硅酸鹽玻璃緩蝕劑兩種藥劑方法進行了研究：

1）石灰-純堿法：石灰-純堿法是根據溶度積原理使水中所含硬度在藥劑作用下形成難溶化合物而將水軟化的。石灰-純堿法既可以除去水中的暫時硬度，同時也除去水中的永久硬度。通常的做法是首先將生石灰溶于水制成石灰乳，完成石灰的硝化反應，這樣做的目的是避免生石灰投加時所產生的灰塵污染。然后將石灰乳、純堿和助凝劑同時投加到機械攪拌池中，與原水充分反應后產生鈣鎂二價離子形成的沉淀物，沉淀物CaCO3和Mg(OH)2在下沉的過程中又起到混凝劑作用。絮凝反應處理后的水經斜板或斜管沉淀池沉淀，從而能降低濁度。從測定結果看來，此方法很好的降低了水的硬度。

操作簡單，技術上成熟，所加的藥劑成本費用也較低。該方法在水處理的硬水軟化中被廣泛采用。

2）磷硅酸鹽玻璃緩蝕劑除垢法：聚磷酸鹽是傳統的、廣泛應用的緩蝕劑，是磷酸鹽的無機聚合物。線性溶解的、高性能磷酸鹽玻璃阻垢劑，在300C時，其阻垢率達90%。磷硅酸鹽玻璃阻垢緩蝕劑的主要成分是食品級硅酸鹽和聚磷酸鹽，經高溫煅燒成直徑大約10-20mm的無色透明玻璃小球，不含有任何有害雜質。硅磷酸鹽玻璃阻垢緩蝕劑的優越性主要表現在兩個方面：緩蝕能力強，緩蝕機理從單純的陰極極化轉化成陰極極化和陽極極化協同作用；化學穩定性好，磷硅鹽玻璃水處理劑溶解于水時，表面能形成一層分布均勻的硅酸鹽質膠膜，該膠膜能阻止水溶液中酸的進一步侵蝕，可以大大提高其穩定性。

磷硅酸鹽玻璃緩蝕劑在水中形成難溶性納米級保護膜和可溶性的絡合物來起防腐和阻垢的作用，并能有效的防止二次污染的形成。聚磷酸鹽能夠與水中的金屬離子反應，形成分散到水中的可溶性絡合物，抑制了碳酸鈣和碳酸鎂的生成。聚磷酸鹽同時還和鐵離子產生反應，在管內壁形成動態的保護膜，達到防腐、防結垢的目的。

緩釋型磷硅酸鹽水處理劑具有優良的阻垢緩蝕性能，在HRI地熱井這樣的高溫、高硬水中具有良好的阻垢緩蝕效果。而且緩釋型磷硅酸鹽水處理劑避免了聚磷酸鹽水處理劑在水中反應分解過快的缺點，有利于水環境保護。

3　結論

經過反復研究，從技術經濟因素綜合考慮，我們覺得采用石灰軟化法和磷硅玻璃阻垢緩蝕劑對改善水質，可以達到防止結垢、降低堿度和硬度的目的，而且效果顯著。

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郭雪梅（1978—）,女,內蒙古化德人,本科,副教授,高工，給水排水工程,研究方向:給排水、市政。