探討燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水處理技術(shù)

摘 要：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是煤氣電廠的重要部分，由于水質(zhì)中的Cl-、Ca2+、SO42-等離子會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢等問題，為此要重點(diǎn)探討燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水的處理技術(shù)，采用超高石灰鋁法，采用添加Ca（OH）2和NaAlO2與水中陰離子反應(yīng)的方式，生成類水滑石型物質(zhì)（LDH），有效去除溶液中的Ca2+、SO42-，確保燃?xì)怆姀S出水水質(zhì)滿足循環(huán)冷卻水補(bǔ)給水的要求，并使之回用于冷卻水系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)怆姀S;循環(huán)冷卻水排污水處理;技術(shù)

循環(huán)冷卻水是電廠用水量的重要組成部分，也是最具有節(jié)水潛力的系統(tǒng)，由于傳統(tǒng)的燃煤電廠會(huì)產(chǎn)生灰、渣、SO2等有害物質(zhì)，相較于燃?xì)怆姀S而言污染較大，燃?xì)怆姀S采用“燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)”工藝和技術(shù)，并采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，較好地提高發(fā)電效率。然而燃?xì)怆姀S的排污水只能外排，對(duì)周邊環(huán)境造成一定的影響，也極大地浪費(fèi)了水資源。為此，本文重點(diǎn)探討燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水處理問題，通過增加循環(huán)冷卻水的循環(huán)倍率的方式，減少或消除開放式循環(huán)水系統(tǒng)的排污。

1 燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水存在的問題及處理技術(shù)分析

1.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的問題

（1）水質(zhì)結(jié)垢。由于循環(huán)冷卻水在冷卻塔中的蒸發(fā)損失和循環(huán)倍率的提高，導(dǎo)致冷卻水中含鹽量增大，形成CaCO3、CaSO4、Ca3（PO4）2及鎂鹽沉淀，極大地影響循環(huán)冷卻水的流速和管壁的熱傳導(dǎo)效果，造成管壁鼓包的現(xiàn)象。（2）設(shè)備腐蝕。由于存在管材材質(zhì)不合格、管材應(yīng)力、循環(huán)水中腐蝕性陰離子超標(biāo)、循環(huán)水處理工藝不完善等問題，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中設(shè)備的腐蝕問題。（3）微生物滋生。循環(huán)冷卻水在換熱器內(nèi)沉積有粘泥、微生物、污垢等，會(huì)造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象，也會(huì)引發(fā)不銹鋼設(shè)備的腐蝕問題。

1.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)處理技術(shù)

主要包括有：（1）旁路處理技術(shù)。在循環(huán)冷卻水傳統(tǒng)回路上添加旁路，使部分循環(huán)冷卻水或排污水流入旁路處理并回至主路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中有害離子及物質(zhì)的有效去除。包括有納濾工藝、石灰處理工藝和離子交換工藝等。循環(huán)冷卻水處理工藝要添加酸、緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑，調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水的PH值，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水、自動(dòng)排污、自動(dòng)加藥、自動(dòng)加酸，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)緩蝕、阻垢分散、微生物狀態(tài)，進(jìn)行系統(tǒng)全方位的在線遠(yuǎn)程控制。（2）Ca2+脫除技術(shù)?？梢圆捎檬臆浕ā㈦x子交換樹脂、膜處理法、電化學(xué)處理法，進(jìn)行循環(huán)冷卻水中Ca2+的有效脫除處理，較好地降低循環(huán)冷卻水的硬度。（3）Cl-脫除技術(shù)。主要采用沉淀法、離子交換法、電滲析法等技術(shù)，進(jìn)行循環(huán)冷卻水中Cl-的有效脫除處理[1]。

2 超高石灰鋁法實(shí)驗(yàn)分析

2.1 僅含Cl-和Ca2+的循環(huán)冷卻水處理實(shí)驗(yàn)

（1）獲取各因素的影響水平及最佳處理?xiàng)l件。可以采用四因素三水平正交試驗(yàn)，重點(diǎn)探討鈣氯比、鋁氯比、時(shí)間及溫度等四個(gè)因素，設(shè)計(jì)溫度為20℃、30℃、40℃。通過試驗(yàn)結(jié)果可知，應(yīng)當(dāng)選取鈣氯比5∶1為因素最佳水平。當(dāng)鋁氯比為4∶1時(shí)，Ca2+的去除率較高。然而考慮工業(yè)應(yīng)用成本，選擇鋁氯比為3∶1為因素最佳水平。

（2）采用單因素實(shí)驗(yàn)。在確定最佳藥劑投加比和反應(yīng)條件之后，選取任一個(gè)因素作為單一變量，其他因素保持不變，分析單因素對(duì)Ca2+和Cl-去除率的影響。①鈣氯比對(duì)去除效果的影響。當(dāng)鈣氯比升高時(shí)，對(duì)Cl-的去除率呈明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)鈣氯比為6∶1時(shí)，對(duì)Cl-的去除率達(dá)到最大值72.16%，這主要是由于鈣鹽和鋁鹽的加入形成有層狀結(jié)構(gòu)的LDH型物質(zhì)，當(dāng)LDH趨于飽和時(shí)，物質(zhì)間層吸收的Cl-也趨于飽和，對(duì)Cl-的去除率逐漸下降，當(dāng)鈣鋁氯比為5∶3∶1時(shí)，Cl-的去除率最高達(dá)到72.84%，出水Cl-濃度為129mg/L。同時(shí)，隨著鈣氯比的增加，Ca2+的去除率有所下降，當(dāng)鈣氯比為5：1時(shí)，Ca2+的出水濃度為56mg/L。②鋁氯比對(duì)去除效果的影響。當(dāng)鋁氯比增加時(shí)，對(duì)Cl-的去除率呈現(xiàn)出升高趨勢(shì)，并當(dāng)鋁氯比為3：1時(shí)，對(duì)Cl-的去除率最高可以達(dá)到72.92%，對(duì)Ca2+的去除率最高達(dá)到87.88%。③反應(yīng)溫度對(duì)去除效果的影響。當(dāng)溫度升高時(shí)，對(duì)Ca2+、Cl-的去除率明顯提升，當(dāng)溫度升高至25℃時(shí)，對(duì)Ca2+、Cl-的去除率分別提升至73.11%、72.08%，反映溫度適當(dāng)上升有益于反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的正向生成。④反應(yīng)時(shí)間對(duì)去除效果的影響。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，對(duì)兩種離子的去除率也相應(yīng)上升，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間上升至2h時(shí)，對(duì)Ca2+、Cl-的去除率分別提升至70.83%、74.17%。⑤初始溶液PH對(duì)去除效果的影響。初始溶液PH對(duì)Ca2+、Cl-的去除率基本沒有影響，當(dāng)PH為6時(shí)，對(duì)Cl-的去除率最高達(dá)到71.07%;當(dāng)PH為7-8時(shí)，對(duì)Ca2+的去除率最高達(dá)到75.76%。⑥初始Cl-濃度對(duì)去除效果的影響。由于循環(huán)冷卻水排污水的Cl-大多低于1000mg/L，因而要分析初始Cl-濃度對(duì)去除效果的影響，當(dāng)初始Cl-濃度降低時(shí)，對(duì)兩種離子的去除率也相應(yīng)降低，當(dāng)初始Cl-濃度為500mg/L時(shí)，對(duì)Cl-的去除率最高達(dá)到74.17%，對(duì)Ca2+的去除率最高達(dá)到73.67%。

2.2 添加SO42-后的循環(huán)冷卻水處理實(shí)驗(yàn)

（1）不同初始SO42-濃度對(duì)兩種離子去除率的影響。SO42-會(huì)對(duì)Cl-的去除產(chǎn)生較大的抑制作用，當(dāng)SO42-濃度升高時(shí)，Cl-的去除率明顯下降。當(dāng)SO42-濃度為100mg/L時(shí)，對(duì)Cl-的去除率為53.12%;當(dāng)SO42-濃度為700mg/L時(shí)，對(duì)Cl-的去除率僅為19.11%，表明SO42-等陰離子與Cl-競(jìng)爭(zhēng)層間位置，而SO42-的競(jìng)爭(zhēng)能力相對(duì)較強(qiáng)，使Cl-被重新置換到水中，降低其去除率。然而，當(dāng)SO42-濃度提高時(shí)，卻并沒有對(duì)Ca2+的去除率產(chǎn)生較大的抑制，反而使Ca2+的去除率有所升高，當(dāng)SO42-濃度為700mg/L時(shí)，對(duì)Ca2+的去除率達(dá)到85.29%，這主要是由于SO42-具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，能夠促使反應(yīng)正向進(jìn)行，生成較多的Ca6Al2（SO4）3（OH）12，提高對(duì)Ca2+的去除率。

（2）鈣鋁投加比對(duì)不同離子去除率的影響。當(dāng)n（Al）∶n（SO42-+Cl-）為2∶1時(shí)，對(duì)鈣離子、氯離子的去除率相對(duì)較低，Ca2+去除率為零，Cl-去除率僅為16%，這主要是由于鋁鹽投加量不足導(dǎo)致整體生成物質(zhì)量較少，無法進(jìn)行鈣鹽水解后的反應(yīng)，導(dǎo)致Ca2+濃度偏高，降低了Ca2+的去除率。通過實(shí)驗(yàn)分析可知，n（Al）∶n（SO42-+Cl-）為5∶3∶1時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)，Ca2+去除率可以達(dá)到80%左右，Cl-去除率最高可以達(dá)到45.56%。

（3）提高Cl-去除率的方法。主要包括以下處理方法：①二次處理。在一次實(shí)驗(yàn)處理之后，可以使SO42-的去除率達(dá)到85%以上，其濃度降至100mg/L以下，然而Cl-的濃度仍舊偏高，對(duì)此可以采用二次處理的方法，將二次去除時(shí)的藥劑投加比設(shè)定為5∶3∶1，提高Ca2+、SO42-的去除率，使Cl-的總?cè)コ蔬_(dá)到75.05%，對(duì)Ca2+的去除率達(dá)到91.67%，對(duì)SO42-的去除率達(dá)到93.12%，使出水Cl-濃度達(dá)到121mg/L，較好地解決SO42-抑制Cl-去除率的問題。②增大投加量?？梢酝ㄟ^微過量添加Ca（OH）2和NaAlO2的方式，提高對(duì)Ca2+、Cl-的去除率，降低兩種離子的濃度。尤其是處理后的水質(zhì)中的Cl-濃度為134mg/L，去除率達(dá)到72.76%[2]。

2.3 實(shí)際循環(huán)冷卻水排污水處理實(shí)驗(yàn)

對(duì)燃?xì)怆姀S實(shí)際循環(huán)冷卻水排污水采用超高石灰鋁法進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)并分析離子的出水濃度、PH、電導(dǎo)率和溫度等指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程為：進(jìn)行水樣過濾處理并測(cè)定三種離子的出水濃度、PH、溫度、總堿度、電導(dǎo)率及總?cè)芙夤腆w量，將500mL水樣置于錐形瓶，依照一定比例添加Ca（OH）2和Al（OH）3，溫度為25℃，震蕩并過濾，測(cè)定并計(jì)算水樣的鈣硬度、飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、結(jié)垢指數(shù)?？紤]到反應(yīng)中溶液的PH值較高，可以投加HNO3并曝氣24h，以降低溶液的PH值，并使酸化處理后的離子濃度指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定[3]。

3 小結(jié)

綜上所述，燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水處理采用超高石灰鋁法進(jìn)行水質(zhì)處理，通過僅含Cl-和Ca2+的循環(huán)冷卻水處理實(shí)驗(yàn)、添加SO42-后的循環(huán)冷卻水處理實(shí)驗(yàn)和實(shí)際循環(huán)冷卻水排污水處理實(shí)驗(yàn)，能夠有效降低Cl-、SO42-和Ca2+的濃度，分析各因素對(duì)Cl-、SO42-和Ca2+去除率的影響。后續(xù)還要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)出水中PH值較高、電導(dǎo)率偏高的研究，深入分析過濾工藝和固廢處理工藝在燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維華.常減壓蒸餾裝置常頂換熱器的腐蝕分析與防護(hù)建議[J].廣東化工，2016（20）.

[2]張志國(guó)，蘭夢(mèng).火電廠循環(huán)冷卻水全自動(dòng)化處理方案[J].華電技術(shù)，2016（02）.

[3]鄭建偉，于波，余于仿.某電廠循環(huán)水排污水深度處理及回用實(shí)例[J].通用機(jī)械，2015（08）.

作者簡(jiǎn)介：高俊國(guó)（1981-），男，漢族，山東德州人，本科，工程師，目前從事電廠、化工廠水處理工作。