電廠循環(huán)水排污水預(yù)處理技術(shù)研究

劉朝輝，韓飛超，陶志國（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

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電廠循環(huán)水排污水預(yù)處理技術(shù)研究

劉朝輝，韓飛超，陶志國
（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

摘要：隨著對環(huán)境保護(hù)要求的日趨嚴(yán)苛，火力發(fā)電廠廢水排放的限制條件被不斷提高。有效的污水深度處理和回收利用已成為電廠節(jié)水的重要方式。

本課題通過動態(tài)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)對某電廠循環(huán)水排污水預(yù)處理的技術(shù)進(jìn)行了較深入研究，開展了同一水質(zhì)條件下的循環(huán)水排污水氫氧化鈉混凝澄清處理工藝和石灰混凝澄清處理工藝研究工作，研究出氫氧化鈉處理技術(shù)特有的特點(diǎn)以及其與石灰混凝處理相比存在的異同點(diǎn)，最終研究得出循環(huán)水排污水氫氧化鈉混凝澄清處理控制方法。同時針對該廠循環(huán)水排污水深度處理過程特點(diǎn)開展了研究分析工作，形成了循環(huán)水排污水預(yù)處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；循環(huán)水；循環(huán)水排污水；預(yù)處理

0　引言

水資源的保護(hù)、利用和研究已成為當(dāng)今社會所面臨的主要課題之一。火力發(fā)電廠是用水大戶，而循環(huán)冷卻水又是其用水的主要方向。敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)對水量的消耗主要取決于系統(tǒng)的蒸發(fā)損失和排污損失。循環(huán)水排污水占電廠總用水量的比重很大，這部分水循環(huán)過程中將會鹽分濃縮，因此硬度很高，高到一定程度將會不可避免的有結(jié)垢傾向，本文主要是在實(shí)驗(yàn)室研究如何經(jīng)濟(jì)高效的減低水的硬度為后續(xù)的超濾反滲透處理工藝做好準(zhǔn)備。

1　實(shí)驗(yàn)介紹

1.1實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：pH計(jì)、濁度計(jì)、電子天平等。

試劑：分析純生石灰CaO、分析碳酸鈉Na2CO3、分析純氫氧化鈉NaOH、堿度、硬度等檢測項(xiàng)目所需要的藥品。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

按不同的濃度加入到水樣中進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，找出最優(yōu)加藥量。對比不同藥劑在各自的最佳加藥量的情況下對污水的處理效果，通過檢測水樣中硬度去除率等數(shù)據(jù)來找出最佳水處理方案。綜合考慮藥劑成本和水處理工藝設(shè)備成本、占地情況等作出最佳選擇。

2　水質(zhì)分析

從表1可以看出，#4機(jī)組循環(huán)水排污水的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于堿度，屬于典型的低堿度高硬度廢水。

表1　#4機(jī)組循環(huán)水排污水水質(zhì)分析

3　實(shí)驗(yàn)過程

3.1循環(huán)水排污水反滲透處理結(jié)垢傾向計(jì)算根據(jù)表1中的#4循環(huán)水水質(zhì)情況進(jìn)行計(jì)算可知：

（1）該循環(huán)水排污水回用于反滲透運(yùn)行時會造成反滲透二段結(jié)硅垢和硫酸鈣垢。

（2）要防止反滲透二段結(jié)硫酸鈣垢應(yīng)將水中的鈣離子含量降至96mg/以下。

（3）要防止反滲透二段結(jié)硅垢應(yīng)將水中的硅含量降至25mg/L及以下。

3.2石灰混凝試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用分析純氧化鈣與該電廠的聚合硫酸鐵、PAM進(jìn)行配伍試驗(yàn)，其中聚合硫酸鐵加藥量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)暫時固定為40mg/L，PAM加藥量暫時固定為1mg/L。試驗(yàn)通過調(diào)整生石灰加藥量考察其對#4機(jī)組循環(huán)水排污水硬度及堿度的去處效果。

理論加藥量計(jì)算：

DSH=[1/2CO2]+[1/2Ca（HCO3）2]+2[1/2Mg（HCO3）2]+[NaHCO3]+a

=0+5.6+0+0+0.2

=5.8mmol/L（1）

用98%氧化鈣計(jì)算得石灰用量為5.8×28÷ 0.98=165.7mg/L。

實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整生石灰加藥量考察其對#4機(jī)組循環(huán)水排污水硬度及堿度的去除效果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2中可以看出：

（1）針對#4機(jī)組循環(huán)水排污水這種高硬度低堿度水質(zhì)，石灰處理對硬度的去處率較低，硬度的最高去除率僅為22%；

（2）石灰加藥量至少應(yīng)達(dá)到500mg/L及以上才對硬度去除有明顯效果；

（3）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，石灰混凝形成的礬花較小，沉降效果不佳。

3.3碳酸鈉混凝實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整碳酸鈉加藥量考察其對#4機(jī)組循環(huán)水排污水硬度及堿度的去處效果。

理論Na2CO3加藥量應(yīng)相當(dāng)于永硬中的鈣的摩爾量，即20.8-5.6-1.4=13.8mmol/L。

表2　#4機(jī)組循環(huán)水排污水生石灰混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3　#4機(jī)組循環(huán)水排污水碳酸鈉混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用100%的Na2CO3計(jì)算得加藥量為54×13.8= 745.2mg/L。

碳酸鈉混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表3，通過分析可知：

（1）Na2CO3主要去除水中的鈣硬，對Mg2+幾乎沒有去除作用；

（2）隨著Na2CO3加藥量的提高，水中的硬度逐漸下降，堿度逐漸上升，礬花逐漸變大，即Na2CO3加藥量越大，循環(huán)水硬度越低，堿度越高，混凝沉降效果越好；

（3）當(dāng)Na2CO3加藥量達(dá)到600mg/L及以上時，對降低水中硬度有明顯效果，硬度去除率能達(dá)到28%，此時堿度升至8.8mmol/L，當(dāng)Na2CO3加藥量達(dá)到1500mg/L時，硬度去除率能達(dá)到52%，去除的幾乎全為鈣硬且混凝澄清效果明顯，此時堿度升至14mmol/L。

3.4氫氧化鈉混凝實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整氫氧化鈉加藥量考察其對#4機(jī)組循環(huán)水排污水硬度及堿度的去處效果。

理論加藥量計(jì)算：

理論NaOH的加藥量為鎂鹽的摩爾量，即13.6 mmol/L。

用100%的NaOH計(jì)算得加藥量為20× 13.6=272mg/L。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4：

從表4中可以看出：

（1）NaOH既去除水中的鈣硬，也去除水中的鎂硬；

（2）隨著NaOH加藥量的提高，水中的硬度逐漸下降，堿度也逐漸下降，pH值逐漸上升，沉降效果逐漸變好；

表4　#4機(jī)組循環(huán)水排污水氫氧化鈉混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（3）當(dāng)NaOH加藥量達(dá)到300mg/L及以上時，對降低水中硬度和堿度具有明顯效果，硬度去除率能達(dá)到34%，堿度由8.4mmol/L降至3.8mmol/L，當(dāng)NaOH加藥量達(dá)到500～600mg/L時，硬度去除率即能達(dá)到50%以上，堿度降至3.0mmol/L；

（4）考慮到運(yùn)行成本，優(yōu)選NaOH加藥量300mg/L。

3.5生石灰和碳酸鈉聯(lián)合混凝實(shí)驗(yàn)

考慮到NaOH的運(yùn)行成本偏高，而CaO和Na2CO3價格略低，課題組根據(jù)循環(huán)水低堿度高硬度、CaO僅能去除暫硬、Na2CO3能夠去除鈣硬且能提高水中的暫硬比例的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)采用CaO和Na2CO3對循環(huán)水進(jìn)行聯(lián)合處理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5、表6。

表5　#4機(jī)組循環(huán)水排污水生石灰和碳酸鈉聯(lián)合混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6　NaOH、CaO+Na2CO3和Na2CO3處理方式比較

從表5、表6可以看出：

（1）CaO加藥量600mg/L，Na2CO3加藥量400mg/L聯(lián)合處理時對降低硬度效果明顯，硬度去除率為33%，要明顯優(yōu)于單生石灰或單碳酸鈉處理；

（2）考慮到運(yùn)行成本，優(yōu)選CaO500mg/L，Na2CO3400mg/L，此時硬度去除率為29%。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，從對循環(huán)水除硬降堿的處理效果比較可以得出：NaOH＞CaO+ Na2CO3＞Na2CO3＞CaO。所以單純添加NaOH的循環(huán)水排污水預(yù)處理工藝效果最好。

（2）從上述實(shí)驗(yàn)可以得知CaO僅僅對除去污水的暫時硬度有效，而且對該水體硬度去除率僅有22%，預(yù)處理后出水硬度仍舊高于26mmol/L，無法滿足下一步處理要求，因此這種循環(huán)水排污水預(yù)處理方式不可行。

（3）對比三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（NaOH、CaO+ Na2CO3和Na2CO3三組實(shí)驗(yàn)），處理方式比較參見表6。從中可以看出，從處理效果、運(yùn)行成本和投資成本方面等各方面看，針對#3機(jī)組循環(huán)水排污水，NaOH處理具有明顯的優(yōu)勢。由于石灰處理系統(tǒng)需要新建部分設(shè)備例如增設(shè)石灰筒倉、攪拌箱、石灰乳泵等設(shè)備和將占用大量場地，因此將其排除在外。

5　結(jié)語

采用氫氧化鈉+碳酸鈉或單純氫氧化鈉混凝工藝及雙介質(zhì)+活性炭兩級過濾、超濾、反滲透工藝處理#4機(jī)組循環(huán)水排污水是完全可行的。

氫氧化鈉+碳酸鈉和單純氫氧化鈉兩種處理工藝側(cè)重點(diǎn)不同，因此其對應(yīng)使用的反滲透阻垢劑有差別，具體使用哪種工藝還需要完成對水中鋇和鍶的分析及阻垢劑的成本分析后確定。

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)和綜合考慮，選用氫氧化鈉混凝澄清處理方式為最佳處理工藝，即藥劑成本較低處理效果最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫心利.循環(huán)水排污水處理工藝選擇之管見[J].華北電力技術(shù)，2003，（09）.

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[3]管輝堯.淺談循環(huán)水排污水回收工藝模擬試驗(yàn)[J].華北電力技術(shù)，2007，（S1）.

修回日期：2016-01-21

華電電力科學(xué)研究院介紹

華電電力科學(xué)研究院（簡稱“華電電科院”）成立于1956年。2003年電力體制改革時歸屬于中國華電集團(tuán)公司，是國有全資的科研機(jī)構(gòu)。

歷經(jīng)幾代人50多年的積累、創(chuàng)新和發(fā)展，在發(fā)電領(lǐng)域取得了驕人成績，形成了“發(fā)電技術(shù)監(jiān)督管理與服務(wù)、發(fā)電技術(shù)研究與應(yīng)用、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與檢測、水利水電裝備研究與制造成套”四大業(yè)務(wù)板塊。

華電電科院建有“空調(diào)蓄能與建筑節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，正在籌建國家能源局“國家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心”。華電集團(tuán)的“動力技術(shù)研究中心、煤炭質(zhì)檢計(jì)量中心”、“國家電力水電施工設(shè)備、電力金屬結(jié)構(gòu)檢測中心”掛靠我院。我院先后建立了博士后科研工作站、院士工作站、浙江大學(xué)研究生教育實(shí)踐基地等，并與浙江大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生。

華電電科院擁有兩家全資子公司和五家參股公司，是院體系開展產(chǎn)業(yè)化的平臺，主要開展技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用、節(jié)能降耗項(xiàng)目的合同能源管理等業(yè)務(wù)。

華電電科院堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，以創(chuàng)造可持續(xù)價值發(fā)展為引領(lǐng)，以科技創(chuàng)新、服務(wù)華電為戰(zhàn)略定位、堅(jiān)持以人為本、科技創(chuàng)新，秉承“自強(qiáng)求變、厚德求進(jìn)”的企業(yè)精神和“誠信、求真、和諧、創(chuàng)新”的核心價值觀，為發(fā)電企業(yè)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保運(yùn)行提供可持續(xù)的技術(shù)服務(wù)和創(chuàng)新支持，努力為電力行業(yè)的科學(xué)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

Study on the Pretreatment Technique of the Circulating Waste Water in a Power Plant

LIU Chao-hui，HAN Fei-chao，TAO Zhi-guo
（HuaDian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Abstract：With increasingly stringent environmental requirements of the thermal power plant wastewater discharge limits are rising. The effective wastewater treatment and recycling plant has become an important way of saving water.

This topic through dynamic simulation tests and field trials in-depth study of a power plant circulating sewage water depth treatment technology.Studied the circulating sewage water sodium hydroxide coagulation and lime coagulation treatment processes.Studied the sodium hydroxide treatment technology characteristics，as well as the difference between sodium hydroxide treatment with lime.Formed sodium hydroxide coagulation and clarification process control methods of circulating sewage water. The plant were analyzed in circulating sewage water deep treatment process problem.Forming the circulation sewage water depth processing technology.

Key words：power plant；circulating water；circulating waste water；pretreatment

收稿日期：2015-12-07

作者簡介：劉朝輝（1982-），男，石家莊人，碩士，工程師，化學(xué)專責(zé)，主要從事電廠化學(xué)領(lǐng)域科研工作。

中圖分類號：X773

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）01-0047-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.011