電廠循環(huán)水排污水回用混凝處理實(shí)驗(yàn)研究

耿曉杰1，凌小鳳2，孫慧1，李會(huì)鵬1，許振華1，李皞1

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊050021；2.北京中寰工程項(xiàng)目管理有限公司武漢分公司，武漢430070)

摘要：根據(jù)電廠循環(huán)水排污水低堿度高硬度的水質(zhì)特點(diǎn)，采用聚合硫酸鐵作為混凝劑，聚丙烯酰胺作為助凝劑，CaO、Na2CO3、NaOH分別作為軟化劑，對(duì)電廠循環(huán)水進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，NaOH處理比CaO處理、Na2CO3處理、CaO+Na2CO3處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水排污水；回用；混凝；CaO；Na2CO3；NaOH

收稿日期：2014-11-10

作者簡(jiǎn)介：耿曉杰(1987-)，男，工程師，主要從事電廠化學(xué)研究工作。

中圖分類號(hào)：TM621.8；X703

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9898(2015)01-0028-02

Abstract:According to the power plant circulating waste water of low alkalinity and high hardness water quality characteristics, using of PFS as a coagulant, polyacrylamide as coagulant aid, lime, sodium hydroxide and sodium carbonate were used as the softener in coagulation tests. The results showe that from the treatment effect, operating costs and investment costs, for such a low alkalinity high hardness circulating waste water, sodium hydroxide had more advantages than lime, sodium carbonate, and lime + sodium carbonate.

Experimental Research on Coagulation of Circulating Waste Water in Power Plant

Geng Xiaojie1，Ling Xiaofeng2,Sun Hui1,Li Huipeng1,Xu Zhenhua1,Li Hao1

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China;2.Beijing Zhonghuan Engineering & Project Management Co. Ltd. Wuhan Branch，Wuhan 430070)

Key words:circulating waste water; reuse; coagulation;CaO；Na2CO3；NaOH

火電廠作為用水耗水大戶，其循環(huán)水排水量占總水耗的70%～80%[1]，對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行回收利用，不僅能夠降低排污對(duì)環(huán)境的影響，還對(duì)節(jié)約水資源，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。河北某電廠二期工程為2臺(tái)300 MW亞臨界燃煤機(jī)組，其循環(huán)水補(bǔ)水采用一期循環(huán)水排污水經(jīng)弱酸處理后的出水，處理流程為：一期循環(huán)水溢、排水(水庫水)→弱酸生水池→生水泵→纖維球過濾器→雙流弱酸床→二期循環(huán)水池。二期機(jī)組循環(huán)水濃縮倍率約為3.8，其循環(huán)水排污水直接排放。為實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)廢水資源的最大利用，擬對(duì)二期循環(huán)水排污水進(jìn)行回收利用，開展混凝處理實(shí)驗(yàn)研究。

1實(shí)驗(yàn)用水分析

實(shí)驗(yàn)用水為河北某電廠二期工程機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)排污水，水質(zhì)指標(biāo)見表1。

從表1中可以看出，該循環(huán)水排污水含鹽量、堿度、COD、SiO2及濁度等各項(xiàng)指標(biāo)均比地表水有成倍的增加，并含有用于循環(huán)水處理的表面活性劑，水質(zhì)污染嚴(yán)重。其堿度為7 mmol/L，硬度為35 mmol/L，兩者相差20 mmol/L以上，屬于典型的低堿度高硬度廢水，要處理好這種水，需要通過實(shí)驗(yàn)確定合理的工藝。

表1循環(huán)水排污水水質(zhì)指標(biāo)

項(xiàng)目結(jié)果項(xiàng)目結(jié)果/(mg·L-1)外觀透明陽離子pH值8.55K+18.58溶解固形物/(mg·L-1)1740.0Na+308.10耗氧量/(mg·L-1)102.0Ca2+460.92全硅/(mg·L-1)276.00Mg2+147.00活性硅/(mg·L-1)98.00NH+40.00電導(dǎo)率/(μS·cm-1)3555陰離子濁度/FTU1.13Cl-402.00全硬度/(mmol·L-1)35.10SO2-41387.00永久硬度/(mmol·L-1)28.10HCO-3427.14暫時(shí)硬度/(mmol·L-1)7.00CO2-30.00全堿度/(mmol·L-1)7.00NO-3135.70全酸度/(mmol·L-1)0.00F-3.13酚酞堿度/(mmol·L-1)0.00H2PO-42.10

2混凝實(shí)驗(yàn)研究

該混凝實(shí)驗(yàn)采用聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺與不同的軟化劑(CaO、Na2CO3、NaOH)進(jìn)行配比實(shí)驗(yàn)，其中聚合硫酸鐵加藥量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)暫時(shí)固定為40 mg/L，PAM加藥量暫時(shí)固定為1 mg/L。實(shí)驗(yàn)通過調(diào)整軟化劑加藥量，考察其對(duì)循環(huán)水排污水硬度及堿度的去除效果。

2.1　CaO混凝實(shí)驗(yàn)

通過計(jì)算，CaO的理論加藥量為7.2 mmol/L，以下采用純度為50%的CaO，則其加藥量為403.2 mg/L。CaO混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2循環(huán)水排污水CaO混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng) 目CaO加藥量400mg/L500mg/L600mg/L700mg/L800mg/LpH值9.549.789.9510.3810.6815min后濁度/NTU41.126.723.330.218.2硬度/(mmol·L-1)35.228.829.62831.2鈣硬/(mg·L-1)336.67320.64324.6368.74352.66堿度/(mmol·L-1)1.6/3.81.8/4.01.6/3.01.8/2.81.6/2.4沉降效果礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降

從表2可以看出，高硬度低堿度循環(huán)水排污水水質(zhì)，石灰處理對(duì)硬度的去除率較低，硬度的最高去除率僅為22%；石灰加藥量至少應(yīng)達(dá)到500 mg/L及以上才對(duì)硬度去除有明顯效果；從沉降情況看，石灰混凝形成的礬花較小，沉降效果不佳。

2.2　Na 2CO 3混凝實(shí)驗(yàn)

Na2CO3的理論加藥量應(yīng)相當(dāng)于永硬中鈣的摩爾量，經(jīng)計(jì)算為16.0 mmol/L，以下采用純度為100%的Na2CO3，則其加藥量為864.0 mg/L，Na2CO3混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3循環(huán)水排污水Na2CO3混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng) 目Na2CO3加藥量400mg/L600mg/L800mg/L1100mg/L1500mg/LpH值8.989.009.219.549.9615min后濁度/NTU24.669.237.93220.2硬度/(mmol·L-1)3025.22218.416.4鈣硬/(mg·L-1)320.64216.43164.5396.1936.07堿度/(mmol·L-1)2.4/9.81.4/8.82.4/9.63.0/10.05.8/14.0沉降效果礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花略大礬花大沉降明顯

從表3可以看出，Na2CO3主要去除水中的鈣硬，對(duì)Mg2+幾乎沒有去除作用；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；當(dāng)Na2CO3加藥量達(dá)到600 mg/L及以上時(shí)，對(duì)降低水中硬度有明顯效果，硬度去除率能達(dá)到28%，此時(shí)堿度升至8.8 mmol/L，當(dāng)Na2CO3加藥量達(dá)到1 500 mg/L時(shí)，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(shí)堿度升至14 mmol/L。

2.3　NaOH混凝實(shí)驗(yàn)

NaOH的理論加藥量為鎂鹽的摩爾量，即12.1 mmol/L，以下采用純度為100%的NaOH，則其加藥量為242 mg/L。NaOH混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4循環(huán)水排污水NaOH混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng) 目NaOH的加藥量100mg/L200mg/L300mg/L400mg/L500mg/LpH值9.469.7210.210.8411.2515min后濁度/NTU26.623.644.253.449.6硬度/(mmol·L-1)33.42722.820.817.6鈣硬/(mg·L-1)376.75264.52184.37176.35160.32堿度/(mmol·L-1)2.4/8.41.8/5.22.0/3.82.2/3.62.2/3.0沉降效果礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花略大

從表4可以看出，NaOH既可以去除水中的鈣硬，也可以去除水中的鎂硬；隨著NaOH加藥量的增加，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；當(dāng)NaOH加藥量達(dá)到300 mg/L及以上時(shí)，對(duì)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8.4 mmol/L降至3.8 mmol/L，當(dāng)NaOH加藥量達(dá)到500 mg/L時(shí)，硬度去除率即能達(dá)到50%以上，堿度降至3.0 mmol/L；考慮到運(yùn)行成本，優(yōu)選NaOH加藥量300 mg/L。

2.4　CaO和Na 2CO 3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(jià)格略低，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(duì)循環(huán)水進(jìn)行聯(lián)合處理?？紤]到實(shí)驗(yàn)是以降低運(yùn)行成本為目的，因此主要進(jìn)行了Na2CO3低加藥量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表5可以看出，加藥量為CaO 600 mg/L+Na2CO3400 mg/L的聯(lián)合處理時(shí)，對(duì)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；考慮到運(yùn)行成本，優(yōu)選加藥量為CaO 500 mg/L+Na2CO3400 mg/L的方案，此時(shí)硬度去除率為29%。

表5循環(huán)水排污水CaO和Na2CO3聯(lián)合混凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng) 目加藥方案CaO400mg/L+Na2CO3400mg/LCaO500mg/L+Na2CO3300mg/LCaO500mg/L+Na2CO3400mg/LCaO600mg/L+Na2CO3300mg/LCaO600mg/L+Na2CO3400mg/LpH值9.8310.269.8610.7211.0915min后濁度/NTU45.537.323.837.635.4硬度/(mmol·L-1)2525.224.424.223.2鈣硬/(mg·L-1)220.44240.48232.46232.46220.44堿度/(mmol·L-1)2.0/5.42.0/4.22.0/5.42.4/3.62.2/3.8沉降效果礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降礬花小不易沉降

3經(jīng)濟(jì)性比較

CaO、NaOH、Na2CO3和CaO+Na2CO3混凝處理方式的比較見表6。

表64種混凝處理方式的比較

項(xiàng) 目CaO混凝處理NaOH混凝處理Na2CO3混凝處理CaO+Na2CO3混凝處理優(yōu)選加藥量700mg/L300mg/L600mg/LCaO500mg/L+Na2CO3400mg/L出水硬度/(mmol·L-1)28.022.825.224.4出水堿度/(mmol·L-1)1.8/2.82.0/3.81.4/8.82.0/5.4藥劑成本/(元·t-1)0.280.751.000.92投資成本需要增加新設(shè)備無需增加新設(shè)備無需增加新設(shè)備需要增加新設(shè)備運(yùn)行操作操作復(fù)雜,工作量大操作簡(jiǎn)單,工作量小操作簡(jiǎn)單,工作量小操作復(fù)雜,工作量大

注：運(yùn)行成本計(jì)算時(shí)，40% NaOH按照1 000元/t，99% Na2CO3按照1 650元/ t，CaO按照400元/t計(jì)算。

從表6中可以看出，結(jié)合處理效果、運(yùn)行成本和投資成本等綜合考慮，該循環(huán)水排污水采用NaOH處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)論

a. 對(duì)于該電廠循環(huán)水排污水各種藥劑除硬降堿效果排序?yàn)椋篘aOH>CaO+Na2CO3>Na2CO3>CaO。

b. CaO處理僅能去除暫硬，針對(duì)這種高硬度低堿度循環(huán)水，CaO處理效果較差，對(duì)硬度的去除率最高僅能達(dá)到22%。

c. Na2CO3主要去除循環(huán)水排污水中的鈣硬，對(duì)Mg2+幾乎沒有去除作用，且隨著Na2CO3加藥量增加，循環(huán)水排污水堿度上升較快。

d. NaOH既可以去除循環(huán)水排污水中的鈣硬，也可以去除水中的鎂硬，對(duì)堿度也有明顯去除效果。

e. 對(duì)該電廠循環(huán)水排污水，采用CaO+Na2CO3聯(lián)合處理時(shí)對(duì)降低硬度效果明顯，優(yōu)于CaO處理和Na2CO3處理。

f. 綜合考慮處理效果、運(yùn)行成本和投資成本等，針對(duì)這種低堿度高硬度循環(huán)水排污水，NaOH處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋榮杰,王月光.煙臺(tái)發(fā)電廠循環(huán)冷卻排污水的深度處理及其回用[J].工業(yè)水處理, 2006,26(8):70-72.

本文責(zé)任編輯：齊勝濤