＊付清敏

（廣東粵電云河發(fā)電有限公司 廣東 527000）

火電廠是用水大戶，做好廢水處理和回用，是火電廠降低發(fā)電成本、提高水資源利用率、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要課題?；痣姀S廢水水質(zhì)硬度普遍較高，廢水軟化處理效果的好壞直接影響到后續(xù)膜濃縮處理系統(tǒng)與末端固化系統(tǒng)的運(yùn)行效果和使用壽命。目前除硬工藝主要有：石灰軟化澄清+過濾、結(jié)晶造粒軟化+固液分離、一體式改良型誘晶軟化。

1.石灰軟化澄清+過濾

(1)軟化原理

目前常用的主流軟化工藝主要有石灰-純堿軟化工藝、雙堿法軟化工藝，通過石灰-純堿、堿液-純堿作為化學(xué)反應(yīng)藥劑，將水中鈣、鎂離子生成不溶物，并通過沉淀將其去除。主要化學(xué)反應(yīng)如下：

①石灰去除水中暫時(shí)硬度：

②純堿去除水中永久硬度：

(2)特性分析

石灰價(jià)格低廉，除硬過程可帶入大量鈣離子，當(dāng)離子沉淀時(shí)如碳酸氫根+碳酸根濃度不足時(shí)，需加投純堿；而由于液堿價(jià)格高昂，除硬過程雖不帶入鈣離子，但碳酸氫根+碳酸根濃度過高時(shí)，在后續(xù)pH回調(diào)時(shí)耗酸量增加。

對于一般的水質(zhì)（通常碳酸氫根+碳酸根濃度會(huì)略高于鈣離子濃度），選擇石灰+液堿作為反應(yīng)藥劑，除硬效果會(huì)比較理想，無需加投價(jià)格昂貴的純堿，而且可以在除去鈣硬度的同時(shí)，最大限度地消耗水中的碳酸氫根+碳酸根離子，減少后續(xù)pH回調(diào)時(shí)的耗酸量，并能改善RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率。

對于一些異常的水質(zhì)（極低或極高的堿度成分），則根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的藥劑。對于極高硬度、極低堿度的水源，最佳加藥方式則是只投加液堿與純堿，而不適合用石灰；對于極高堿度的水源，此時(shí)即便全部的氫氧根都來自石灰，也不至于將水中的碳酸氫根+碳酸根消耗完畢，這種情況下投加液堿已無意義。

2.結(jié)晶造粒軟化+固液分離

(1)軟化原理

化學(xué)結(jié)晶流化床造粒軟化法，如圖1所示，待處理的水源從罐體進(jìn)水口進(jìn)入，向罐體內(nèi)加入晶體，并通過加藥口加入氫氧化鈉和碳酸鈉，與水中的鈣離子反應(yīng)，形成碳酸鈣，并不斷附著在晶體表面，形成大顆粒，最后經(jīng)過沉降后排出。

圖1 軟化結(jié)晶造粒原理示意圖

(2)結(jié)晶造粒軟化工藝特點(diǎn)

①鈣離子去除率高。通過結(jié)晶造粒軟化，水中鈣離子去除率可達(dá)80%～95%。②副產(chǎn)物可回收利用。通過結(jié)晶造粒軟化，只產(chǎn)生一種副產(chǎn)物---碳酸鈣晶體顆粒，這種晶體顆粒的碳酸鈣含量可達(dá)85%以上，并可回收利用于電廠的脫硫系統(tǒng)。③流量大，占地少。通過調(diào)節(jié)碳酸鈣結(jié)晶顆粒粒徑，可增加上升流速（一般可達(dá)60～100m/h），有效提升出力，同時(shí)該工藝附屬設(shè)備少，占地較少。

(3)工程應(yīng)用

結(jié)晶軟化工藝目前在河北某電廠循環(huán)水軟化工程（1200m3/h）、河北某熱電廠循環(huán)水軟化工程（800m3/h）中已經(jīng)應(yīng)用。工程應(yīng)用效果明顯，鈣離子去除率保持在60%～90%之間，無廢水廢物產(chǎn)生，節(jié)水效果明顯，為電廠零排放提供了基礎(chǔ)。

(4)固液分離處理

①技術(shù)原理

是通過改變絮體顆粒隨機(jī)生長模式，增大絮體顆粒粒徑，使其密度基本處于恒定狀態(tài)，從而形成致密性絮凝體。通過合理控制混凝化學(xué)條件、流體動(dòng)力學(xué)條件，并增設(shè)顆粒循環(huán)系統(tǒng)，保證工藝系統(tǒng)能持續(xù)、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

②技術(shù)優(yōu)勢

A.工藝流程短，效率高

循環(huán)造粒流化床將混凝沉淀集于一體，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，且通過合理控制反應(yīng)所需條件，形成致密的絮凝體，固液分離所需時(shí)間短，效率高，上升負(fù)荷可達(dá)到20～60m/h。

B.污泥含水率低，循環(huán)造粒流化床排放污泥含水率可達(dá)85%～95%，非常便于后續(xù)的污泥脫水處理。

C.水質(zhì)適用范圍廣，抗沖擊能力強(qiáng)

循環(huán)造粒流化床對高濁度水質(zhì)（最高可達(dá)20000 NTU）及低溫低濁水質(zhì)（最低可達(dá)3NTU）都有很好的處理效果，且水質(zhì)抗沖擊能力強(qiáng)。

D.去除率高、出水穩(wěn)定，循環(huán)造粒流化床對膠體態(tài)、懸浮態(tài)以及部分溶解態(tài)的污染物有很高的去除效率，出水濁度可降到5NTU以下，且出水效果穩(wěn)定。

E.占地少，附屬設(shè)備少，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操控，維護(hù)運(yùn)營管理簡單。

③工程應(yīng)用

循環(huán)造粒流化床固液分離技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于河北某電廠、西安某水廠反沖洗廢水處理項(xiàng)目、天津某水廠廢水處理項(xiàng)目、西安某水廠排泥水處理項(xiàng)目等十幾個(gè)廢水處理工程，進(jìn)水濁度50～2000NTU，出水濁度低于10NTU，處理效果明顯，效益顯著。

3.一體式改良型誘晶軟化

(1)工藝簡介

改良型誘晶軟化技術(shù)是在傳統(tǒng)結(jié)晶軟化工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合沉淀物析出及固液分離基本理論，通過軟化藥劑成分及水力條件優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了水中鈣、鎂、硅、懸浮物的同步去除，實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶軟化、固液分離功能的有機(jī)融合，顯著提升了凈水材料的利用效率、拓展了技術(shù)適用性，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程廢水的“零排放”。此外，由于去除的污染物主要以結(jié)晶顆粒的形態(tài)從水中分離出來，并可實(shí)現(xiàn)不同用途的資源化利用，規(guī)避了復(fù)雜的污泥處理程序及后續(xù)處置需求。

(2)工藝優(yōu)點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中的結(jié)果表明該技術(shù)具有以下典型優(yōu)點(diǎn)：

①布置緊湊、占地面積小。采用一體式結(jié)晶軟化裝置，處理出水渾濁度可直接控制在3～5NTU，省掉了固液分離裝置、污泥脫水裝置，顯著減少了占地面積，裝置占地面積可控制在30～50m2/（400m3/h），含配套設(shè)施、加藥系統(tǒng)可控制在60～70m2左右。

圖2 誘晶原理圖

②軟化程度高，可直接滿足處理目標(biāo)要求。通過系統(tǒng)優(yōu)化，藥劑利用率和反應(yīng)徹底程度顯著提升，可以在較小的藥劑投加量條件下實(shí)現(xiàn)高硬度去除效率，總硬度可降低至50mg/L以內(nèi)。

③實(shí)現(xiàn)自成核，晶核補(bǔ)充顯著減少。軟化過程中，通過水力條件優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了裝置內(nèi)部晶核的自發(fā)成長、自發(fā)補(bǔ)充過程，針對懸浮物含量較高的原水可將懸浮物轉(zhuǎn)化為新的晶核，顯著減少了晶核的補(bǔ)充量，并規(guī)避了泥處理環(huán)節(jié)。

④工藝流程端，不需污泥濃縮和脫水工序。系統(tǒng)里將顆粒物與部分鈣鎂融和結(jié)晶成球形顆粒，不需要額外進(jìn)行濃縮和脫水。

⑤軟化藥劑利用率高。氫氧化鈉加藥量較結(jié)晶造粒軟化工藝低10%左右。

⑥固液分離過程不需要額外添加PAC和PAM，減少了產(chǎn)品水中的藥劑殘留，可以有效規(guī)避后續(xù)膜處理過程的膜污染問題。

(3)工程應(yīng)用

濟(jì)南某山水廠于2018年6月采用改良型誘晶軟化+過濾保障的組合處理工藝，自2019年1月開始正式通水，連續(xù)運(yùn)行至今。被列入國家科技重大專項(xiàng)的“標(biāo)志性成果”和山東省供排水優(yōu)秀工程案例。其典型運(yùn)行工況，藥劑投加量控制在80～100mg/L，總硬度由480～520mg/L降低為240～260mg/L，其中鈣硬度從350～400mg/L降低為150～200mg/L。

4.總結(jié)分析

對上述三個(gè)工藝，從多個(gè)方面進(jìn)行比較，詳見表1。對比研究表明：

表1 技術(shù)對比表

工藝一采用石灰軟化澄清+過濾的主要優(yōu)勢在于它技術(shù)成熟可靠，出水穩(wěn)定；但系統(tǒng)組成復(fù)雜，占地面積龐大；反應(yīng)沉淀池的運(yùn)行流速低，池體龐大，由于系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)困難。

工藝二采用結(jié)晶造粒+固液分離工藝的主要優(yōu)勢在于水質(zhì)適用范圍廣、抗沖擊力強(qiáng)，藥劑投加量小、系統(tǒng)組成設(shè)備少，操作運(yùn)行簡單，占地面積小，自動(dòng)化程度高。

工藝三采用一體式改良型誘晶軟化工藝裝備，具有對水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備一體式設(shè)置、占地面積小、藥劑利用率高、無需設(shè)置污泥脫水裝置、無需投加PAM等高分子粘性藥劑、運(yùn)行維護(hù)管理簡單等優(yōu)點(diǎn)。