王 云

（陜西渭河發(fā)電有限公司，陜西 咸陽(yáng) 712085）

我國(guó)是一個(gè)水資源貧乏、分布極不均衡的國(guó)家，水資源的高效利用與水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與整個(gè)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展水平緊密相關(guān)[1]。為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水污染的控制，確保我國(guó)水資源安全，有關(guān)部門在大量研究后，提出進(jìn)行水污染專項(xiàng)整治工作，明確要求在全社會(huì)推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)的同時(shí)，將提高水環(huán)境質(zhì)量作為重點(diǎn)，堅(jiān)持“系統(tǒng)治理、多方發(fā)力”的原則，堅(jiān)持“安全、健康”的工作方針，加強(qiáng)對(duì)水源從源頭的治理，推進(jìn)水污染防治工作[2]。

循環(huán)冷卻水是電力領(lǐng)域、石油領(lǐng)域、化工生產(chǎn)領(lǐng)域以及冶金領(lǐng)域的用水大項(xiàng)，在深入市場(chǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，工業(yè)用水占市場(chǎng)總用水的六成以上，而循環(huán)冷卻水的排水與用水占工業(yè)用水的七成至九成。盡管現(xiàn)階段市場(chǎng)內(nèi)的循環(huán)冷卻水處理技術(shù)呈逐年優(yōu)化的趨勢(shì)，與之相關(guān)的化學(xué)水處理藥劑不斷升級(jí)、更新，對(duì)應(yīng)的凝汽管材也在持續(xù)升級(jí)，但根據(jù)大量的市場(chǎng)調(diào)研可知，循環(huán)冷卻水的排污量仍相對(duì)較大。針對(duì)該方面問題，下文將對(duì)此進(jìn)行研究。

1 去除水中污染物

電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水的實(shí)質(zhì)是減少系統(tǒng)排污水量，因此需要在明確無污染去除機(jī)理的基礎(chǔ)上，除去水中的Fe、Mn、Al、Mg 等污染物。在水樣中，鐵通常是以離子狀態(tài)存在的，這是因?yàn)闅溲趸F不能溶于水，而三價(jià)鐵離子會(huì)與水中微量氫氧根發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生氫氧化鐵，并以沉淀的形式析出[3]。在常溫狀態(tài)下，水溶液中的二價(jià)鐵和水中的少量溶解氧反應(yīng)生成三價(jià)鐵，該過程的反應(yīng)式如公式（1）所示。

水溶液的酸堿度超過7 時(shí)，水溶液為堿性環(huán)境，二價(jià)鐵發(fā)生氧化和沉淀反應(yīng)，其反應(yīng)式如公式（2）所示。

結(jié)合溶度積推算得出氫氧化亞鐵的飽和溶液酸堿度為9.5，溫度為18℃，說明當(dāng)酸堿度升高到9.5 時(shí)，氫氧化亞鐵開始逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，并出現(xiàn)沉淀析出。

根據(jù)上述邏輯，其他污染物也可以通過上述方式實(shí)現(xiàn)沉淀析出[4]。錳一般是二價(jià)的，要從水樣中除去二價(jià)的錳，可添加堿來增加水溶液的pH 值，從而使二價(jià)的氫氧化錳沉淀出來，該過程的反應(yīng)式如公式（3）所示。

氫氧化的溶度積值是4×104，由該溶度積值可推斷出氫氧化錳的飽和溶液的酸堿度是9.63（18℃），也即在酸堿度達(dá)到9.63 后，氫氧化錳就會(huì)出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，從而形成沉淀物。此時(shí)二價(jià)離子的濃度為0.0215mmol/L（1.183mmol/L）[5]。當(dāng)pH 值為10.0 時(shí)，二價(jià)離子濃度為0.004mmol/L（0.108mg/L），此時(shí)溶液pH 值為10.0。

氫氧化鋁是一種兩性的氫氧化物，既能與酸堿作用，又能使它的離子水解成2 個(gè)方向，一個(gè)是酸水解，另一個(gè)是堿水解[6]。在堿性環(huán)境中，氧化鋁的溶解度是4.0×10-13（20°C）。由溶度積推算，氧化酸性電離時(shí)，飽和溶液的酸堿度為9.47（20℃）。

通常鎂在水溶液中以二價(jià)離子的形態(tài)存在，是影響水硬度的主要因素之一。鑒于氫氧化鎂為不溶于水的電解質(zhì)，該文項(xiàng)目擬利用該特性，采用添加堿來提高水溶液pH 值的方法，將二價(jià)Mg 以氫氧化鎂的形態(tài)沉淀出來。通過溶度積推算得出，當(dāng)水樣的酸堿度值升高到10.46 時(shí)，氫氧化鎂達(dá)到過飽和狀態(tài)，生成沉淀析出[7]。

2 疏干水處理工藝路線設(shè)計(jì)

結(jié)合上述水樣中污染物的去除機(jī)理，該文提出疏干化水處理工藝。根據(jù)電廠的實(shí)際用水需要，在該工藝流程中引入了曝氣中堿、除重金屬單元、軟化單元和出水調(diào)節(jié)單元，得到如圖1所示的疏干水處理工藝路線。

圖1 疏干水處理工藝路線

在除重金屬環(huán)節(jié)中，投入氫氧化鈣和曝氣，使酸堿度達(dá)到9.4，然后經(jīng)過混凝澄清，提取上清液，并繼續(xù)后續(xù)處理。將該環(huán)節(jié)產(chǎn)生的沉淀輸送到污泥脫水系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步處理。將重金屬去除裝置的水送往軟化裝置，在該裝置中添加氫氧化鈉和碳酸鈉，使溶液的酸堿度進(jìn)一步提高到10.2，達(dá)到降低硬度的目的，去除水中可能殘留的金屬離子。再經(jīng)過絮凝澄清，提取上清液，并在下一個(gè)單元對(duì)其進(jìn)行處理。

3 電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)石灰處理

為了滿足電廠循環(huán)冷卻水處理用綠色化環(huán)保型高效阻垢劑、不銹鋼緩蝕劑的要求，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行石灰處理。含有阻垢緩蝕劑的水樣經(jīng)過加熱處理后會(huì)產(chǎn)生如公式（4）所示的反應(yīng)。

由于持續(xù)不斷的蒸發(fā)，水中各類離子的濃度不斷增加，水中熱分解產(chǎn)生的二氧化碳和補(bǔ)水帶入的二氧化碳會(huì)隨填料表面的散熱逐漸逸出，此時(shí)循環(huán)水的酸堿度開始升高，鈣離子濃度不斷增加。當(dāng)水中游離的鈣離子與碳酸根離子濃度達(dá)到碳酸鈣的析出濃度時(shí)，將以碳酸鈣的形式從水中析出。當(dāng)水中總析出的碳酸鈣超過其在水中溶度積的干倍，并越過介質(zhì)穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，會(huì)形成不能溶于水中的碳酸鈣結(jié)晶體。此時(shí)碳酸根離子、鈣離子的濃度會(huì)快速下降，達(dá)到工藝流程終點(diǎn)時(shí)的堿度即為極限堿度。

為了確保電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的安全運(yùn)行，循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行控制指標(biāo)參考如公式（5）所示的控制要求。

式中：Y運(yùn)代表電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行中的指標(biāo)控制范圍；Y極代表實(shí)際運(yùn)行中獲得的指標(biāo)數(shù)值；0.8～0.9 代表大量現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得到的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值為0.8～0.9。

在進(jìn)行電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)石灰處理過程中，應(yīng)根據(jù)規(guī)定控制指標(biāo)范圍要求完成上述操作，實(shí)現(xiàn)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)水與零排放。

4 零排放技術(shù)路線與應(yīng)用效果

在全球范圍內(nèi)，水資源短缺已成為限制國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一。電廠作為工業(yè)用水的主要來源，其耗水量、排水量均非常大。隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)問題的日益突出，對(duì)電廠的環(huán)境審查標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，一些重點(diǎn)區(qū)域已經(jīng)提出對(duì)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的“零排放”要求，新建的電廠則不再設(shè)置專門排污口。隨著水污染專項(xiàng)整治文件的正式出臺(tái)，各地將更嚴(yán)格地限制電力行業(yè)的取水與排水量，污水的綜合利用將更突出，因此節(jié)約能源、減少能源消耗、實(shí)現(xiàn)能源“零排放”是當(dāng)務(wù)之急。

4.1 循環(huán)水系統(tǒng)零排放工藝路線、工況與設(shè)計(jì)要求

為確保相關(guān)工作在實(shí)施中達(dá)到預(yù)期效果，該文建立如圖2所示的循環(huán)水系統(tǒng)零排放工藝路線。

圖2 循環(huán)水系統(tǒng)零排放工藝路線

在該基礎(chǔ)上，以A 電廠為例，對(duì)其工況與系統(tǒng)零排放設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析。根據(jù)相關(guān)工作的實(shí)施進(jìn)展可知，該電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理能力為400m3/h，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)循環(huán)水污染具有硬度高、含鹽量大和堿度高等特點(diǎn)，水質(zhì)基本情況見表1。

從表1 可以看出，水系統(tǒng)中的原水水質(zhì)較差，雜質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)含量較多。

表1 水質(zhì)基本情況

4.2 工藝分析與應(yīng)用效果分析

電廠循環(huán)水具有強(qiáng)堿、強(qiáng)硬等特性，因此有必要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。為了達(dá)到這個(gè)目的，該文設(shè)計(jì)了如圖3所示的零排放工藝流程。

圖3 零排放工藝流程

從圖3 可以看出，在零排放工藝流程中，反滲透貫穿整個(gè)處理過程，是實(shí)現(xiàn)廢水零排放的關(guān)鍵，反滲透原理如圖4所示。

圖4 反滲透原理

在處理過程中使用兩級(jí)軟化，分別是石灰軟化和堿液軟化。通過加入石灰乳來調(diào)整水體pH 值，除去水中的臨時(shí)硬度和鎂離子，通過加入碳酸鈉除去水中的鈣離子。在軟化過程中，通過混凝澄清、過濾，除去懸浮物質(zhì)。并在該基礎(chǔ)上，添加次氯酸鈉、二氧化氯，去除水中的有機(jī)物質(zhì)。預(yù)處理單元出水統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 預(yù)處理單元出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過預(yù)處理后，水體含鹽量未發(fā)生顯著變化，此時(shí)出水進(jìn)入下一處理單元，出水統(tǒng)計(jì)見表3。經(jīng)過上述處理后，廢水量約達(dá)到100m3/h，此時(shí)無論是淡水還是濃水，水中溶解的雜質(zhì)/有機(jī)物質(zhì)均相對(duì)較高，說明水體中仍存在較多的雜質(zhì)與有機(jī)物質(zhì)有待處理。在該條件下，出水進(jìn)入二級(jí)濃縮單元，此時(shí)的出水統(tǒng)計(jì)見表4。

表3 “一級(jí)反滲透+超濾”處理后的出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表4 二級(jí)反滲透處理后的出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過處理后，淡水被匯入回收水池，濃水繼續(xù)進(jìn)入濃縮循環(huán)單元進(jìn)行處理。按照上述方式即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水系統(tǒng)的“零排放”。

5 結(jié)語(yǔ)

通過上述研究，該文得出如下結(jié)論：1）通過上述設(shè)計(jì)的水處理工藝流程，可以去除疏干水中大部分污染物，包括重金屬、硬度等，使水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到電廠用水水平。2）根據(jù)表2 預(yù)處理單元出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，經(jīng)過預(yù)處理單元后，循環(huán)水在中的大部分有機(jī)物質(zhì)被去除。3）根據(jù)表3“一級(jí)反滲透+超濾”處理后的出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，超濾后，水體的懸浮物質(zhì)被有效處理，淤泥密度指數(shù)＜3，說明水質(zhì)得到了極大程度的優(yōu)化。4）根據(jù)表4 二級(jí)反滲透處理后的出水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，經(jīng)過一級(jí)、二級(jí)濃縮處理后，系統(tǒng)進(jìn)水中溶解的雜質(zhì)/有機(jī)物質(zhì)被完全溶解，極大程度上提高了淡水回收率。循環(huán)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中有機(jī)物質(zhì)與雜質(zhì)的完全處理，從而滿足電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的“零排放”設(shè)計(jì)需求。