沈叔云，馮向東，施國(guó)忠

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310003）

電吸附技術(shù)在火電廠循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用可行性研究

沈叔云，馮向東，施國(guó)忠

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310003）

火電廠循環(huán)水排污水含鹽量高、水量大、回用比較困難，對(duì)電吸附技術(shù)在發(fā)電廠循環(huán)水排污水回用方面進(jìn)行可行性研究。試驗(yàn)結(jié)果表明電吸附技術(shù)有穩(wěn)定的除鹽效果，可有效降低和去除水中65%以上的硬度與氯離子，同時(shí)對(duì)COD亦有較好的去除效果，除鹽效率高，合計(jì)1 t水處理成本約0.5元。試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果好且連續(xù)可調(diào)，設(shè)備耐受性好，可以用于循環(huán)水初級(jí)脫鹽處理。

循環(huán)水；電吸附除鹽；電耗

火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水含鹽量高、水量大，如能實(shí)施回用，將大大減少取水量并降低發(fā)電單位耗水率。通過(guò)連續(xù)運(yùn)行電吸附除鹽試驗(yàn)裝置，分析處理前后水中硬度、氯化物、COD（化學(xué)需氧量）的變化，比較不同進(jìn)水條件下的電耗水平，綜合考察電吸附技術(shù)在循環(huán)水回用領(lǐng)域應(yīng)用的可行性，并為后續(xù)的零排放工作做準(zhǔn)備。

1 試驗(yàn)流程與方法

表1 循環(huán)水排污水水質(zhì)

1.1 電吸附技術(shù)原理

用水采用浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組循環(huán)水排污水，水質(zhì)如表1所示。

電吸附技術(shù)基本原理是基于電化學(xué)中的雙電層理論，利用帶電電極表面的電化學(xué)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)水中帶電粒子的去除、有機(jī)物的分解等目的。在電場(chǎng)的作用下，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，在電極表面富集濃縮后，實(shí)現(xiàn)與水的分離，獲得凈化/淡化的出水，工作原理如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備與流程

試驗(yàn)設(shè)備主要有EMK600電吸附模塊1套，處理能力0.5 m3/h，整流電源柜1套，石英砂過(guò)濾器1套，揚(yáng)程 14 m，流量 1 m3/h水泵 3臺(tái)，500 L水箱4個(gè)。試驗(yàn)流程如圖2所示?？紤]到電吸附除鹽的脫鹽效率，試驗(yàn)分兩段進(jìn)行：原水通過(guò)砂濾后進(jìn)入原水箱，經(jīng)過(guò)電吸附一段模塊分離出可回用產(chǎn)水，濃水進(jìn)入一段濃水箱，一段濃水作為電吸附二段模塊的進(jìn)水進(jìn)行進(jìn)一步脫鹽；電吸附二段產(chǎn)水回到原水箱，二段濃水作為最終濃水外排進(jìn)行后續(xù)工藝處理。再生過(guò)程產(chǎn)水進(jìn)入中水箱可作為下一次再生過(guò)程的沖洗水，再生出水濃度較高時(shí)外排。

圖1 電吸附工作過(guò)程示意

圖2 電吸附工藝流程

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

電吸附試驗(yàn)共分2個(gè)階段進(jìn)行，第一階段主要考察電吸附設(shè)備對(duì)循環(huán)水中硬度、氯離子、COD的去除效果，試驗(yàn)期間定期取樣化驗(yàn)水質(zhì)，分析方法按《火力發(fā)電廠水汽分析方法》進(jìn)行；第二階段穩(wěn)定運(yùn)行電吸附設(shè)備，主要考察電吸附設(shè)備的脫鹽效率及電耗情況。

2.1 電吸附除鹽效果分析

在第一階段運(yùn)行中，系統(tǒng)累積運(yùn)行約180個(gè)周期，每周期21 min，進(jìn)水pH值在7.86～8.28，產(chǎn)水pH值在6.28～7.14范圍內(nèi)，產(chǎn)水pH值的降低可能是由于反洗過(guò)程中少量加酸造成。試驗(yàn)中，進(jìn)水電導(dǎo)在924～1238 μs/cm（均值1 048 μs/ cm），產(chǎn)水電導(dǎo)基本穩(wěn)定在197～442 μs/cm（均值331 μs/cm），平均去除率67.4%，除鹽效果穩(wěn)定，如圖3所示。

2.2 總硬度降低效果

第一階段中電吸附設(shè)備對(duì)降低硬度的效果如圖4所示。取樣分析結(jié)果表明，進(jìn)水總硬度為3.85～3.35 mmol/L，均值3.58 mmol/L；產(chǎn)水硬度為1.00～0.55 mmol/L，均值0.77 mmol/L，進(jìn)出水硬度均比較穩(wěn)定，總硬度降低率在72%～85%之間。由此可以得出，在進(jìn)水穩(wěn)定的條件下，電吸附可以穩(wěn)定地降低70%以上的硬度?？傆捕鹊姆€(wěn)定降低，可減輕循環(huán)水的回用過(guò)程中后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。

圖3 電吸附除鹽效果

圖4 總硬度下降效果

2.3 氯離子去除效果

第一階段試驗(yàn)中電吸附設(shè)備對(duì)氯離子的去除效果如圖5所示。取樣分析結(jié)果表明，進(jìn)水氯離子為192 mg/L，150 mg/L（平均為167 mg/L）；產(chǎn)水氯離子在46～74 mg/L（均值56 mg/L），氯離子的去除率因進(jìn)水氯離子的波動(dòng)而產(chǎn)生波動(dòng)，去除率53.2%～78.1%，平均約65.7%。在進(jìn)水氯離子有一定波動(dòng)性情況下，產(chǎn)水中氯離子濃度仍然能保持在一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的水平。

2.4 COD去除效果

試驗(yàn)中電吸附設(shè)備對(duì)COD的去除效果如圖6所示。進(jìn)水COD約在14～25 mg/L，產(chǎn)水COD在2～11 mg/L，平均去除率62.3%，電吸附是通過(guò)電荷的吸引將水中帶電離子吸走的過(guò)程。COD作為有機(jī)物本應(yīng)屬于電中性物質(zhì)，設(shè)備對(duì)COD有一定去除效果可能是由于COD中含有部分帶電有機(jī)小分子，或者部分帶電離子吸附于有機(jī)分子上。

圖5 氯離子去除效果

圖6 COD去除效果

圖7 電吸附一段脫鹽率、得水率及噸水電耗

圖8 電吸附二段脫鹽率、得水率及噸水電耗

2.5 電吸附脫鹽效率分析

電吸附一段共進(jìn)行試驗(yàn)約150周期，累積處理水約14.3 t，產(chǎn)水11.7 t；進(jìn)水電導(dǎo)在1 178～1 383 μs/cm（均值1 290 μs/cm），該進(jìn)水條件下，電吸附除鹽率約為66.4%，產(chǎn)水電導(dǎo)在398～495 μs/cm（均值434 μs/cm），通過(guò)計(jì)算每天進(jìn)水量與產(chǎn)水量得出電吸附一段得水率，約在82.4%左右（79.8%～83.6%），得水率穩(wěn)定，設(shè)備可穩(wěn)定脫鹽，期間未遇到強(qiáng)烈波動(dòng)情況；通過(guò)模塊電流電壓積分求得電吸附一段噸水電耗情況，平均約為0.63 kWh/t（0.57～0.69 kWh/t，以進(jìn)水計(jì)）。一段脫鹽率、得水率及噸水電耗狀況如圖7所示。

電吸附二段共進(jìn)行試驗(yàn)約50周期，累積進(jìn)水約4.3 t，產(chǎn)水約3.1 t。電吸附二段進(jìn)水為一段濃水，平均電導(dǎo)在4 100 μs/cm左右，產(chǎn)水電導(dǎo)約為1 770 μs/cm，濃水電導(dǎo)達(dá)到約8 000 μs/cm。平均除鹽率56.4%，平均產(chǎn)水率66.2%。除鹽率和產(chǎn)水率均低于一段，這主要和電吸附二段原水含鹽量較高有關(guān)，在保持兩端電壓和水的流速都不變的情況下，電極兩端無(wú)法吸附更多的帶電離子，從而降低了除鹽率與得水率。同樣計(jì)算耗得到電吸附二段噸水電耗平均約為2.34 kWh/t（2.20～2.55 kWh/t，以進(jìn)水計(jì)）。二段脫鹽率、得水率及噸水電耗狀況如圖8所示。

2.6 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

電吸附一段試驗(yàn)中，進(jìn)水電導(dǎo)約1 300 μs/cm，除鹽率65%左右，得水率達(dá)到80%條件下，電耗約為0.63 kWh/t，與同等條件下的反滲透相比，能耗約能節(jié)省30%左右；在電吸附二段試驗(yàn)中，濃水電導(dǎo)濃縮至約8 000 μs/cm，除鹽率在55%以上，得水率65%以上，電耗約為2.34 kWh/t，電耗高于反滲透。若采用兩段組合工藝處理，計(jì)算可得綜合電耗約為1.18 kWh/t，以含稅上網(wǎng)電價(jià)計(jì)0.42元/kWh計(jì)算，處理成本約0.5元/t。同時(shí)電吸附設(shè)備耐受性較好，壽命長(zhǎng)，幾乎無(wú)需加藥，相比反滲透也不會(huì)出現(xiàn)膜堵塞的情況，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，且無(wú)多余污染物產(chǎn)生。所以在處理成本相當(dāng)甚至更有優(yōu)的條件下，電吸附工藝可以用于發(fā)電廠循環(huán)水的初級(jí)脫鹽處理。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，電吸附工藝有穩(wěn)定的除鹽效果，對(duì)硬度、氯離子有穩(wěn)定的降低和去除效果，同時(shí)還能有效去除部分COD，脫鹽率與得水率可根據(jù)需求靈活調(diào)整。試驗(yàn)中電滲析一段處理電耗約0.63 kWh/t，能耗比反滲透低約30%，二段電耗約2.34 kWh/t，能耗高于反滲透；一、二段綜合處理電耗約為1.18 kWh/t，合計(jì)處理成本約0.5元/t，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)電廠可根據(jù)自身回用需求選擇一段或多段方式進(jìn)行電吸附脫鹽處理?？紤]到電吸附工藝設(shè)備耐受性好，加藥少，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，在發(fā)電廠循環(huán)水排污水的初級(jí)脫鹽處理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

[1]陳兆林，宋存義，孫曉慰，等.電吸附除鹽技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2011，31（4）∶11-14.

[2]劉江，謝龍鳳，張鵬.電吸附技術(shù)在電廠廢水處理中的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)水處理，2015，35（4）∶68-71.

[3]徐永清，周北海，張鴻濤，等.電吸附工藝用于焦化廢水深度處理的中試[J].環(huán)境科學(xué)研究，2014，27（6）∶663-669.

[4]張旭，提蕓，趙波.電吸附技術(shù)處理電廠反滲透濃水試驗(yàn)研究[J].給水排水，2013（39）∶366-368.

（本文編輯：陸 瑩）

Feasibility Study on Application of Electroadsorption Technique in Circulating Cooling Water Treatment in Thermal Power Plant

SHEN Shuyun，F(xiàn)ENG Xiangdong，SHI Guozhong
（Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The waste water of circulating water system is hard to reuse because of its high salinity and large quantity.This paper conducts feasibility study on the application of electroadsorption technique in circulating cooling water treatment in power plants.The test result shows that this technique is stable in desalination and can reduce salinity and chloride ion in water by 65%or more；besides，the technique can better remove COD.The technique is characterized by its high desalination rate，meaning treatment of 1 ton of water costs 0.5Yuan.The test equipment operates in stability and its treatment efficiency is favorable，constant and adjustable；it is tolerant and can be used for preliminary desalination of circulating water in power plant.

circulating water；electroadsorption desalination；electricity consumption

TM621.8

B

1007-1881（2015）11-0089-03

2015-09-17

沈叔云（1989），男，碩士，從事發(fā)電廠化學(xué)專業(yè)工作。