結(jié)晶軟化處理技術(shù)用于電廠循環(huán)水補(bǔ)充水處理的試驗(yàn)研究

(河北冀研能源科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，石家莊 050000)

0 引 言

因政策要求，河北某電廠計(jì)劃對(duì)全廠廢水進(jìn)行綜合治理，實(shí)施全廠廢水“零排放”技改工程。有鑒于此，針對(duì)該電廠的某臺(tái)機(jī)組循環(huán)水補(bǔ)水即中水，開展了結(jié)晶軟化處理試驗(yàn)及軟化出水的動(dòng)態(tài)阻垢試驗(yàn)研究，以期通過前端對(duì)循環(huán)水補(bǔ)充水進(jìn)行軟化處理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水高倍率運(yùn)行，減輕后續(xù)廢水“零排放”的處理負(fù)擔(dān)，提升廢水“零排放”的經(jīng)濟(jì)性。

1 結(jié)晶軟化處理技術(shù)簡(jiǎn)介

結(jié)晶軟化處理技術(shù)全名叫化學(xué)結(jié)晶循環(huán)造粒流化床軟化處理技術(shù)，其采用的設(shè)備稱為化學(xué)結(jié)晶循環(huán)造粒流化床。其技術(shù)原理為水中投入晶種和堿性藥劑(氫氧化鈉、碳酸鈉)，使水中的鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣晶體，附著在晶種表面，隨著碳酸鈣的不斷附著，晶體慢慢長大，最終形成大顆粒的沉淀沉在水底排出。結(jié)晶軟化處理設(shè)備的原理是水從罐體下部進(jìn)入，使晶種以懸浮態(tài)存在于水中，通過加入氫氧化鈉和碳酸鈉，使水中的鈣離子形成碳酸鈣包裹在晶種外部，慢慢形成大的結(jié)晶顆粒，形成到足夠大時(shí)，沉淀在罐體底部排出。

電廠采用氫氧化鈉/碳酸鈉進(jìn)行各類水體的軟化處理比較常見，但一般采用的處理方法除加入氫氧化鈉/碳酸鈉外，還需要加入絮凝劑(如聚合鐵)、助凝劑(如聚丙烯酰胺)等輔助藥劑，同時(shí)設(shè)備占地較大，產(chǎn)生的污泥沉淀等副產(chǎn)物無法回用，只能外運(yùn)。與常規(guī)軟化處理技術(shù)相比，結(jié)晶軟化處理具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)鈣去除率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定。通過化學(xué)結(jié)晶循環(huán)水造粒流化床處理，能夠?qū)⑺?0%以上的鈣離子去除，且不會(huì)造成出水濁度升高，對(duì)濁度較高的水體還有一定的除濁作用。

(2)藥劑單一，副產(chǎn)物可回收?；瘜W(xué)結(jié)晶循環(huán)水造粒流化床以晶種為核心使碳酸鈣更易聚合成大的沉淀，因此只需要加入氫氧化鈉，對(duì)永硬較高的水輔加碳酸鈉等藥劑，不需要加入絮凝劑和助凝劑，產(chǎn)生的沉淀為包裹了晶種的碳酸鈣晶體，顆粒粒徑2～3 mm，顆粒中碳酸鈣含量在85%以上，可以直接回用于電廠脫硫系統(tǒng)，除此之外不產(chǎn)生任何副產(chǎn)物。

(3)高負(fù)荷，大流量，占地小。結(jié)晶軟化過程完全在化學(xué)結(jié)晶循環(huán)水造粒流化床中完成，由于晶種顆粒密度較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，通過控制結(jié)晶碳酸鈣顆粒大小，可以使上升流速達(dá)到60～100 m/h，與常規(guī)軟化處理設(shè)備相比，出力明顯更大，能夠有效節(jié)省占地。

(4)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量較小，維護(hù)方便，系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化程度高，人為干預(yù)較少，能有效節(jié)省運(yùn)行和維護(hù)人員工作量。

2 中水處理試驗(yàn)研究

2.1 水質(zhì)分析

該電廠某臺(tái)機(jī)組中水來水水質(zhì)全分析結(jié)果見表1。

表1 中水來水水質(zhì)全分析結(jié)果

從表1中可以看出，中水來水堿度略高于鈣離子含量，該中水采用結(jié)晶軟化處理時(shí)，單純采用氫氧化鈉進(jìn)行處理即可去除水中大部分的鈣離子。

2.2 結(jié)晶軟化處理中試試驗(yàn)研究

本次開展的是中水原水結(jié)晶軟化處理現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置出力為30～60 t/h，采用藥劑為電廠現(xiàn)用的30%液堿、鹽酸和固體碳酸鈉，在整個(gè)結(jié)晶軟化處理中試試驗(yàn)過程中，未排出任何廢液和廢棄物，流化床系統(tǒng)中的晶種已經(jīng)由初始的紅褐色變?yōu)榛野咨?，即晶種外表面已經(jīng)被包裹了碳酸鈣，但尚未達(dá)到2～3 mm的最大顆粒形態(tài)。

利用結(jié)晶循環(huán)造粒流化床裝置先后開展了該電廠中水來水中鈣離子去除率20%、40%、50%、60%、80%、85%、90%的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 結(jié)晶軟化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表2中可以看出：

(1)針對(duì)該電廠使用的中水來水采用結(jié)晶軟化技術(shù)，單純利用液堿(30%的氫氧化鈉)即可去除85%的鈣離子，要去除90%以上的鈣離子需要輔加碳酸鈉；

(2)針對(duì)該電廠中水來水，從處理成本考慮，建議選擇處理達(dá)到40%至80%的去除率即可。

同時(shí)對(duì)中水原水和80%鈣離子去除率中水進(jìn)行了對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

(1)采用氫氧化鈉進(jìn)行結(jié)晶軟化處理能夠有效降低原水堿度；

(2)經(jīng)過結(jié)晶軟化處理后，中水中的磷幾乎被全部脫除；

(3)經(jīng)過結(jié)晶軟化處理后，中水中COD的去除率在10%左右；

(4)結(jié)晶軟化處理對(duì)中水濁度幾乎沒有影響，沒有渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.3 循環(huán)水動(dòng)態(tài)阻垢試驗(yàn)研究

根據(jù)結(jié)晶軟化處理試驗(yàn)結(jié)果，選取了80%左右去除率的出水用硫酸調(diào)節(jié)pH后開展了循環(huán)水動(dòng)態(tài)阻垢試驗(yàn)。

2.3.1 試驗(yàn)裝置及方法

本次動(dòng)態(tài)阻垢試驗(yàn)采用的試驗(yàn)裝置為阻垢測(cè)試儀，采用的試驗(yàn)方法參考化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法》(HG/T 2160-2008)。

2.3.2 試驗(yàn)用藥劑及過程控制

試驗(yàn)用循環(huán)水阻垢緩蝕劑為該電廠某臺(tái)機(jī)組現(xiàn)用阻垢緩蝕劑。試驗(yàn)過程中的加藥量按照該電廠現(xiàn)用加藥量10 mg/L，并加硫酸控制循環(huán)水全堿度9.0 mmol/L以下進(jìn)行控制。

2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果

采用該電廠中水來水經(jīng)結(jié)晶軟化處理后的出水控制加藥量10 mg/L直接濃縮，加硫酸控制循環(huán)水全堿度9.0 mmol/L以下，其濃縮倍率達(dá)到8倍仍未結(jié)垢，試驗(yàn)結(jié)果表明，利用結(jié)晶軟化處理去除循環(huán)水補(bǔ)充水中的鈣離子對(duì)提高循環(huán)水濃縮倍率具有明顯效果。

3 結(jié)束語

(1)在整個(gè)結(jié)晶軟化處理中試試驗(yàn)過程中，未排出任何廢液和廢棄物，流化床系統(tǒng)中的晶種已經(jīng)由紅褐色變?yōu)榛野咨淳ХN外表面已經(jīng)被包裹了碳酸鈣，但尚未達(dá)到2～3 mm的最大顆粒形態(tài)。

(2)針對(duì)電廠使用的中水采用結(jié)晶造粒軟化技術(shù)，單純利用液堿(30%的氫氧化鈉)最高可去除85%的鈣離子，要去除90%以上的鈣離子需要輔加碳酸鈉，從處理成本考慮，建議選擇處理達(dá)到40%至80%的去除率即可。

(3)結(jié)晶造粒軟化處理能夠脫除中水中絕大部分的磷，對(duì)COD的去除率在10%左右，對(duì)濁度沒有影響，沒有渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)。

(4)經(jīng)過結(jié)晶造粒軟化處理去除80%鈣離子后的中水，其循環(huán)水濃縮倍率能夠達(dá)到8倍以上，說明利用結(jié)晶造粒軟化處理去除循環(huán)水補(bǔ)充水中的鈣離子對(duì)提高循環(huán)水濃縮倍率具有明顯效果。