循環水處理工藝改變及循環水藥劑篩選試驗研究

楊少才，周 多，侯亞波

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

循環水處理工藝改變及循環水藥劑篩選試驗研究

楊少才，周 多，侯亞波

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

通過對某發電公司的循環冷卻水藥劑篩選的靜態、動態試驗研究，對該廠中水工藝改變進行可行性技術研究，為該廠的循環水藥劑處理及中水的合理應用提出科學的建議。

循環冷卻水；中水；阻垢劑

1 概述

某發電公司2臺300 MW機組的凝汽器管材為TP317不銹鋼，采用閉式循環冷卻水方式，以市污水處理廠一級B中水為補充水水源。循環水設計濃縮倍率為3.6倍，循環水冷卻塔排污水經石灰、混凝、澄清過濾處理工藝后，一部分返回循環水系統，另一部分進行化學處理。自2011年4月投運以來，循環水排污水經過石灰、混凝、澄清處理后的污泥產生量較大，每天產生150余t，僅運輸及人工費用每天約1 800元。

為確保機組的安全、經濟、穩定運行，擬改進中水現處理工藝。為此，本文進行了水處理工藝改變的可行性試驗研究。

1.1 循環水系統的主要參數

該廠原設計的循環水系統主要參數見表1。

1.2 循環冷卻水的補充水水質概況

該廠以市污水廠一級B中水作為補充水水源。該水源水質的波動范圍及設計進廠水質指標見表2。

表1 循環水系統主要參數

表2數據表明，中水水質具如下特點。

b. CODCr、TFe、濁度及正PO43－偶有超標，但各項指標基本在正常值范圍。

2 中水處理工藝改變的可行性試驗

2.1 靜態試驗

2.1.1 循環水藥劑篩選試驗［1］

以污水廠中水作為循環水補充水，用3種阻垢劑分別進行了阻垢性能、加藥劑量及旋轉掛片腐蝕等對比試驗。通過不同藥劑在最佳劑量條件下的極限碳酸鹽硬度和穩定的最高濃縮倍率以及對不銹鋼、碳鋼的腐蝕狀況綜合分析，篩選出適于該廠應用的水處理藥劑。

該試驗結果作為中水不經石灰、混凝澄清過濾處理，直接用作補充水的可行性依據之一。

試驗用水水質見表3。試驗用水水質較好，除濁度超標較多、CODMn稍有超標外，其它均達設計指標要求。

2.1.2 阻垢性能試驗［2］

2.1.2.1 試驗條件

試驗藥品1號藥、2號藥、3號藥，加藥劑量分別為12 mg／L、15 mg／L、20 mg／L。

2.1.2.2 試驗方法

采用電力系統常用的靜態極限碳酸鹽硬度法，以ΔA≤0.2為水質穩定性判斷指標。

2.1.2.3 加藥劑量試驗結果

3種藥劑不同加藥量穩定的極限碳酸鹽硬度（簡稱極限碳硬）和濃縮倍率，見圖1—3。

圖1 1號藥劑量試驗

圖2 2號藥劑量試驗

圖3 3號藥劑量試驗

2.1.2.4 阻垢性能對比試驗

以3種藥劑、加藥量20 mg／L的數據繪制的阻垢試驗曲線見圖4、圖5和圖6。在試驗水質條件下，3種藥劑對比試驗結果如下。

a. 1號藥劑阻垢性能較好，加藥量為20 mg／L時的極限碳硬為8.07 mmol／L；穩定濃縮倍率為3.78倍。

b. 2號藥劑碳酸鹽阻垢性能尚好，但當pH＞8.6時，有鋅鹽析出，溶液渾濁度大。

c. 3號藥劑阻垢性能較差，且隨加藥量增加，效果增加不明顯。

表2 某污水廠中水水質概況及設計指標

表3 試驗用中水的相關水質概況

圖4 1號藥阻垢試驗曲線

圖5 2號藥阻垢試驗曲線

圖6 3號藥阻垢試驗曲線

2.1.3 腐蝕試驗［3］

2.1.3.1 試驗方法

采用GB／T 18175—2000水處理劑緩蝕性能的測定方法，于旋轉掛片儀上進行試驗。

2.1.3.2 試驗條件

試驗用3種藥品加藥量16 mg／L，時間115 h，試驗用A3鋼、TP316不銹鋼標準試片，使用該廠提供的中水。

2.1.3.3 試驗過程及結果

a.按HG／T3523—2008冷卻水化學處理標準腐蝕試片技術條件的要求進行試片處理。

b.在試驗杯中，分別加入3種藥劑及試驗用水，每種藥劑為2個試驗杯（一杯放A3鋼試片；另一杯放TP316不銹鋼試片）。

c.將試驗杯置入旋轉掛片機內恒溫加熱濃縮，當濃縮倍率2.0倍以上時，懸掛試片并計時至115 h結束。取出試片稱重并計算腐蝕速率。試驗結果見表4。

表4 腐蝕試驗結果

由表4數據可看出：

a.3種藥劑在加藥濃度同為16 mg／L條件下，A3鋼的腐蝕速率均較高，三者間相差不大（國家標準對碳鋼換熱設備的規定為≤0.075 mm／a）。

b.3種藥劑在上述試驗條件下，不銹鋼的腐蝕速率均達國家標準（≤0.005 mm／a）要求。2.1.4 循環水阻垢、緩蝕試驗結果綜合分析

在中水水質條件下，不經石灰、混凝、澄清等處理的靜態循環水阻垢、緩蝕試驗結果分析如下。

a.1號藥劑的阻垢性能較好，當按補水的加藥量為20 mg／L時，可穩定循環水濃縮倍率至3.78倍，與硫酸聯合處理可達3.6倍以上。

b.3種藥劑對不銹鋼的緩蝕效果較好，腐蝕速率均達國家標準要求；3種藥劑對碳鋼的緩蝕效果欠佳，藥劑中應適當增加碳鋼緩蝕成分。

c.試驗中水的濁度和COD較高，致使循環水的濁度和COD超過指標限度。應對進廠中水的COD和濁度指標嚴格把關，避免產生生物粘泥及污垢下的不銹鋼點腐蝕。

2.2 動態試驗［4］

通過靜態配方篩選試驗，由3種藥劑阻垢、緩蝕性能的相對比較，該廠決定選用1號藥劑作為循環水阻垢緩蝕處理劑。為進一步考核其應用效果，對1號藥劑進行動態模擬阻垢、緩蝕性能試驗。

2.2.1 試驗條件

溫度入口35±1℃，出口45±1℃；流速1.0～1.5 m／s；流量1.0～1.1 m3／h。加藥量20 mg／L；試驗用污水廠中水。腐蝕試驗片A3、Tp316標準試片。

2.2.2 試驗水質

試驗用水的分析結果見表5。

表5 動態試驗用中水的水質分析、檢驗

2.2.3 試驗結果

2.2.3.1 阻垢性能

當循環水濃縮倍率為2.6倍時ΔA和ΔCa均超標，極限碳硬為6.75 mmol／L。后采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯合處理方式，循環水濃縮倍率達4.67倍時ΔCa超標。阻垢試驗結果見圖7試驗曲線。

圖7 動態模擬試驗曲線

2.2.3.2 腐蝕試驗結果

于動態試驗裝置的腐蝕試驗管內分別懸掛A3和TP316腐蝕試片各2枚，達到規定時間取出，按有關要求處理后，稱重并計算腐蝕速率。試驗結果見表6。

表6 動態腐蝕試驗結果

2.2.4 試驗分析

a.動態試驗期間所用中水的JD、YD、Ca2＋均較靜態試驗為高，再加流速等因素的影響，導致不加酸時穩定的極限碳硬及濃縮倍率均有降低。

b.在試驗水質條件下，當循環水濃縮倍率大于2.5時，應采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯合處理方式。只要加酸適宜，控制循環水的pH在要求范圍，可穩定濃縮倍率至4倍以上。

c.不銹鋼的腐蝕速率達國家標準要求；A3鋼腐蝕速率較高、試片表面銹蝕產物多，去除腐蝕產物后留有較多腐蝕斑塊。

d.循環水的極限碳硬和穩定的濃縮倍率與所加藥劑的阻垢效果、補充水水質和加酸量大小有關。

e.在一定水質條件下，加酸量的多少主要取決于藥劑的阻垢性能。藥劑的阻垢性能越好，穩定的極限碳硬越高，則加酸量越少。

3 水處理工藝改進的可行性分析

3.1 目前水處理工藝流程

為節約水資源，環評批復本工程采用市污水廠中水用作工業水水源，任何情況下不得外排。因此原設計的水處理工藝流程為中水→循環水塔盆，部分循環水→機械加速澄清池，進行石灰、混凝澄清處理→重力式砂濾池→清水池→一部分回至塔盆；另一部分去化學車間。

3.1.1 循環水塔排污水水質概況

目前水處理工藝的設計思路是將濃縮3.6倍的循環水排污水進行石灰、混凝澄清、過濾等處理后，一部分用作循環水的補充水，另一部分到化學車間處理，達到零排放的目的。循環水（排污水）的水質概況見表7。

表7 循環水排污水的水質概況

循環水塔排污水的水質具有如下特點。

a.JD多數大于3.0 mmol／L，當循環水濃縮倍率達3.6倍以上時，若處理不當，在凝汽器管內將結生CaCO3水垢。因此，循環水塔排污水必須進行石灰、混凝澄清等深度處理，去除大部分碳酸鹽堿度，以滿足藥劑阻垢等處理的需求。

b.濁度、CODCr遠高于再生回用水指標，存在粘泥故障及污垢下點腐蝕的隱患，必經混凝、澄清處理達指標要求。

3.1.2 存在問題

a.由于該處理工藝不能去除水中的永硬，隨Ca2＋、Mg2＋及SO42－、Cl－的不斷循環濃縮，其離子濃度將逐漸增高并形成惡性循環，存在產生CaSO4及Ca3（PO4）2水垢的傾向；同時由于Cl－的不斷濃縮，將加速碳鋼和不銹鋼的點腐蝕。

b.由于該處理方式只能去除30%～40%有機物，其殘留的有機物將隨循環過程的進行越積越多，存在粘泥污堵及污垢下金屬點腐蝕的隱患，同時將增加殺菌、滅藻處理費用及膠球清洗難度。

c.石灰處理維護工作量大，且在澄清處理過程中產生大量污泥，運輸和人工費用高，每年將多耗40余萬元。

3.2 擬改變的中水水處理工藝

由于目前處理方式存在以上弊端，根據試驗數據和分析，提出如下水處理工藝流程：

方案1：中水直接補充至循環水系統，循環水石灰旁流處理站停用。

方案2：中水→機械加速澄清池，經混凝澄清（少加或不加石灰）處理→重力式砂濾池→清水池→循環水塔盆及化學車間。

3.2.1 中水進機械加速澄清池混凝澄清處理試驗［5］

此項試驗是為驗證中水直接進入機械加速澄清池，不加石灰只經混凝澄清處理的可行性，并對比混凝處理前、后的水質變化特點進行比較。

3.2.1.1 試驗條件

常溫（26～27℃）；攪拌速度40～150 r／min。PAC加藥量10 mg／L、20 mg／L；PAM加藥量0.5 mg／L、1.0 mg／L。試驗用污水廠中水。

3.2.1.2 試驗過程

a.于1號、2號1 000 mL燒杯中分別加入PAC10 mg／L、20 mg／L；先快速攪拌，后再慢速攪拌；靜止后觀察兩杯中礬花生成情況。結果表明：1號生成礬花細小，且量少；2號杯生成礬花細小，但量增多，沉降速度較慢。

b.方法同上，PAC加入量增至30 mg／L，并在慢速攪拌過程中分別加入PAM0.5 mg／L、1.0 mg／L。靜止后觀察兩杯中礬花生成情況，試驗結果為：PAC藥量30 mg／L、PAM加量1.0 mg／L時生成的礬花最好，沉降速度較快。24 h后取上清液進行各項水質分析、檢驗。

3.2.1.3 混凝澄清處理試驗結果

污水廠中水經混凝澄清處理前后的水質分析結果見表8。

表8 混凝澄清處理前后的主要水質分析結果

中水經混凝澄清處理后的水質變化主要表現如下。

a.濁度明顯降低，由14.3 NTU降至1.08 NTU，去除率92.5%；膠硅去除率90%。

b.COD降低幅度亦較大，去除率約40%；TFe去除率24.5%。其余各項水質指標變化不大。

c.在試驗水質條件下，中水直接進入機械加速澄清池，經混凝澄清處理即可解決濁度、COD及TFe超標問題。

3.3 某污水廠中水水質數據分析及改變工藝的適用性分析

a.JD較低，多數小于1.5 mmol／L。該水質條件下，若中水直接進入機加池，可不加石灰；當JD過高或混凝澄清處理效果不好時可加少量石灰進行處理。該處理工藝的排泥量可大量減少，從而節省運輸泥渣及石灰處理的費用。

b.濁度、CODCr及TFe偶有超標，可經混凝澄清、過濾等處理達設計指標。

c.因該中水的水質遠好于循環水的排污水，處理工藝可簡化。

d.不會出現永硬及有機物等水質的惡性循環，可消除產生CaSO4、Ca3（PO4）2水垢隱患，并避免粘泥下點腐蝕的發生。

3.4 存在問題

a.將污水廠來的中水直接引入機械攪拌澄清池，需重新鋪設一段管路，將增加部分投資。

b.增加排污水量及排污收費。

4 可行性分析

4.1 改進后水處理工藝的技術可行性分析

4.1.1 方案1

a.循環水處理藥劑的阻垢性能及腐蝕試驗結果表明，嚴格控制中水進廠水質在設計指標范圍內，該水處理技術可行。若阻垢、緩蝕劑選擇得當，與硫酸聯合處理可滿足濃縮倍率3.6倍以上的需求。

b.該處理工藝簡單、經濟。在中水達到設計指標前提下，不需加石灰、混凝劑和助凝劑，節省藥品費用，減少運送泥渣以及運行維護等費用。

c.需加強殺菌滅藻處理及膠球處理力度，解決生物粘泥污堵及沉積物下的金屬點腐蝕等問題。

d.化學不能直接用中水，必須采用自來水，將增加費用。需通過經濟分析后，確定其可行性。

4.1.2 方案2

a.混凝澄清處理前后水質對比結果表明：中水經混凝澄清處理后，濁度、COD、全硅、TFe等均可達設計指標要求，技術可行。

b.取消石灰處理或不定時的少量加石灰處理可減少泥渣運輸及運行維護等費用。

c.沒有原處理工藝的水質惡性循環問題。

d.增加排污水量及排污收費。

4.2 改進后水處理工藝的經濟效益分析

通過目前水處理工藝與改進后水處理工藝的加藥費用，補、排水費用和運行維護等費用的對比，進行經濟效益估算，見表9。

表9 經濟效益分析萬元／a

經濟效益分析如下。

a.在允許排污條件下取消預處理，中水直接用作循環冷卻水系統補充水處理工藝（方案1），技術上可行。但化學用自來水費用太高，不經濟。

b.中水直補進機械加速澄清池（不加石灰）的處理工藝（方案2），可減少預處理藥品費用、泥渣運輸費用及運行維護費用，但排污費用稍有增加。與現處理工藝相比，每年可節約523.9萬元，具有明顯的經濟效益。

5 結論

a.目前水質條件下，中水直補進機械加速澄清池，取消石灰處理（方案2）的工藝，技術上可行。具有明顯的經濟效益，每年可節省523.9萬元。

b.方案2的處理工藝可解決泥渣運輸及石灰處理設備運行維護等方面存在的問題。但化學除鹽水水源需用自來水，費用高不經濟。

c.在試驗水質條件下，當循環水濃縮倍率大于2.5時，應采用阻垢緩蝕劑與硫酸聯合處理方式。只要加酸適宜，控制循環水pH值在要求范圍，可穩定濃縮倍率至4倍以上。

d.循環水的極限碳硬和穩定的濃縮倍率與所加藥劑的阻垢效果、補充水水質和加酸量大小有關。在一定水質條件下，加酸量的多少主要取決于藥劑的阻垢性能。藥劑的阻垢性能越好，穩定的極限碳硬越高，則加酸量越少。

e.因動態試驗只能采用一種水質，而工業應用中的水質變化幅度較大，故需進行工業調整試驗，以確定經濟、適宜的加藥量和加酸量及穩定的濃縮倍率等。建立水質穩定性判斷方法，進而制定切實可行的循環水監督、控制指標及運行管理與停備用防腐措施等，以確保機組的安全、經濟運行。

f.應對每批藥品的質量進行監測，并嚴格把關。

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Experimental Study on Treatment Technology Change of Circulating Water and Fungicide Selection

YANG Shaocai，ZHOU Duo，HOU Yabo
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Feasibility study of regenerated water treatment technology change is carried out by static，dynamic test of circulating cool?ing water agent in given generation company.The scientific advice and improvement suggestions are provided for the treatment of circu?lating cooling water agent and the reasonable application of regenerated.

circulating cooling water；regenerated water；scale inhibitor

TM621.8

A

1004－7913（2016）12－0028－06

楊少才（1985），男，工程師，主要從事電廠化學試驗及相關研究工作。

2016－09－20）