化學(xué)結(jié)晶造粒流化床軟化技術(shù)在中水深度處理中的應(yīng)用

麻 璐

（陜西榆林能源集團(tuán)楊伙盤煤電有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部，陜西神木 719316）

1 技術(shù)原理

化學(xué)結(jié)晶造粒流化床軟化法是向水中投加一定比例晶種，后投入堿性藥劑（如氫氧化鈉、碳酸鈉）與水混合均勻，并與水中堿發(fā)生反應(yīng)，利用設(shè)備及水力作用完成結(jié)晶造粒的過程，從而達(dá)到軟化出水的效果。

2 系統(tǒng)的工藝和設(shè)備的構(gòu)成

化學(xué)結(jié)晶造粒軟化技術(shù)工藝通常由化學(xué)結(jié)晶造粒軟化系統(tǒng)、固液分離流化床系統(tǒng)、晶體投加系統(tǒng)、晶體回收系統(tǒng)、混凝劑和助凝濟(jì)投加系統(tǒng)、酸堿加藥系統(tǒng)、污泥濃縮脫水系統(tǒng)組成?；瘜W(xué)結(jié)晶造粒軟化是在結(jié)晶反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的，而最典型的反應(yīng)器是上向流反應(yīng)器，其設(shè)備原理如圖1所示。

圖1 化學(xué)結(jié)晶造粒流化床設(shè)備原理圖

工藝流程：水從結(jié)晶軟化床下部進(jìn)水管進(jìn)入，投加晶體，使晶種懸浮在水中，同時(shí)在設(shè)備內(nèi)精確投加NaOH和Na2CO3，生成的CaCO3直接附著在晶種表面生長，最終形成大的CaCO3結(jié)晶顆粒，沉淀在結(jié)晶軟化床底部排走，清水從反應(yīng)器上部排出進(jìn)入固液分離流化床，投加凝聚劑和混凝劑，對懸浮物進(jìn)行分離沉淀，污泥從流化床底部排走進(jìn)入污泥濃縮和脫水系統(tǒng)進(jìn)行處理，如圖2所示。

圖2 中水深度處理工藝流程圖

3 化學(xué)結(jié)晶造粒流化床軟化技術(shù)對比

3.1 石灰石軟化法

原理：在原水中加入定量石灰石，石灰石與水中的鈣、鎂離子反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，最終達(dá)到降低原水硬度的目的。石灰石可以除掉水中的二氧化碳和暫時(shí)硬度，無法除去水中的永久硬度和負(fù)硬度。一般石灰軟化法用于處理硬度高、堿度高的水，石灰-純堿軟化法用于處理硬度高、堿度低的水，石灰-石膏處理法用于處理硬度低、堿度高水。其反應(yīng)過程化學(xué)方程式如下所示。

此方法的優(yōu)點(diǎn)是：石灰石價(jià)格低，處理成本相對較低；缺點(diǎn)是：工藝流程長，操作管理流程復(fù)雜，初投資較高，藥劑投加量較大，投加量不易控制。

3.2 離子交換法

原理：將原水通過陽離子軟化床，原水中的鈣鎂離子與軟化床中離子交換樹脂的活性基團(tuán)鈉離子、氫離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)，鈉離子、氫離子被原水水中的鈣鎂離子取代，從而達(dá)到軟化水質(zhì)的效果，此方法需要消耗再生劑，成本比較高，樹脂失效后需要進(jìn)行再生，從而造成水資源浪費(fèi)且產(chǎn)生二次污染。

3.3 膜軟化法

原理：以高分子半透膜作為介質(zhì)利用外部施加的推動(dòng)力，使溶液中的某種成分過濾出來，以此達(dá)到分離的目的。常用的膜軟化法包括電滲析法、反滲透法、納濾法和超濾法。

此方法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)水不易產(chǎn)生有毒附著物，能量損失小，適用范圍廣，操作簡單，處理效率高和占地面積??；缺點(diǎn)是造價(jià)高、產(chǎn)生液水難處理。

3.4 總結(jié)

通過與石灰軟化法、離子交換法和膜處理法的對比，化學(xué)結(jié)晶造粒流化床軟化法有成本低、效率高、投資省和無副產(chǎn)物產(chǎn)生等優(yōu)勢。

4 化學(xué)結(jié)晶造粒流化技術(shù)在火電廠循環(huán)水處理中的應(yīng)用

現(xiàn)以某電廠循環(huán)水系統(tǒng)中的補(bǔ)水為實(shí)驗(yàn)對象，通過中試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其軟化效果，晶種選用0.24mm。

4.1 原水水質(zhì)

該中試實(shí)驗(yàn)選用水源為山西省某城鎮(zhèn)污水廠的中水，用作電廠冷卻塔補(bǔ)充水，其水質(zhì)指標(biāo)，如表1所示。

表1 中水水質(zhì)指標(biāo)

4.2 中試實(shí)驗(yàn)流程

將處理后的原水從流化床底部進(jìn)入，同時(shí)加入堿性藥劑，原水與藥劑快速混合并反應(yīng)形成CaCO3晶體，CaCO3晶體附著在晶種表面形成結(jié)晶顆粒物，經(jīng)軟化后的水從流化床上部流出，并與酸混合后加入循環(huán)水補(bǔ)水池。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.3.1 流化床產(chǎn)水PH的影響

流化床的軟化效果和產(chǎn)水pH有很大的關(guān)系：將原水pH從8.8提高至10.73時(shí)，總硬度去除率可達(dá)到76%，Ca2+去除率可達(dá)到89%，將原水pH提高至11.58時(shí)，總硬度的去除率達(dá)到89%，Ca2+去除率可達(dá)到95%。

NaOH產(chǎn)生的OH-消耗掉水中的HCO3-生成CO32-，CO32-和Ca2+反應(yīng)生成CaCO3，中試實(shí)驗(yàn)中當(dāng)pH大于10.79時(shí)，Ca2+去除率降低后保持不變，此時(shí)Ca2+去除率較高，流化床產(chǎn)水水質(zhì)良好。因此將pH=10.79作為該實(shí)驗(yàn)的控制點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 不同pH下水質(zhì)指標(biāo)情況

4.3.2 流化床上升流速的影響

流化床的軟化效果和上升流速有很大的關(guān)系：①流化床上升流速低時(shí)，流化床晶種床層膨脹度低，軟化藥劑無法均勻分布在整個(gè)膨脹床層中，軟化效果不佳；②從流化床上升流速過高時(shí)，一些小粒徑的晶種被水流沖走，軟化效果不佳。該實(shí)驗(yàn)將流化床出水pH控制在10.8左右，在不同流速下測定產(chǎn)水指標(biāo)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同上升流速下水質(zhì)指標(biāo)情況

從圖4看出：初始隨著上升流速的增加，硬度和Ca2+出現(xiàn)明顯的下降，但隨著流速增加，硬度和Ca2+又開始上升，表明該中試實(shí)驗(yàn)在80m/h的上升流速下，軟化效果最佳，Ca2+去除效率最大。

4.3.3 連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行效果

如圖5所示，初始流化床產(chǎn)水Ca2+含量是35mg/L，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行12h后，產(chǎn)水Ca2+含量是18mg/L。由于初始晶種表面沒有CaCO3，所以誘導(dǎo)結(jié)晶能力弱，隨著運(yùn)行時(shí)間加長，晶種表面CaCO3含量增加，誘導(dǎo)能力加強(qiáng)，流化床的軟化效果隨著運(yùn)行時(shí)間的延長而變好。且進(jìn)出水堿度相近，所以經(jīng)過軟化處理后的水質(zhì)影響不大。

圖5 連續(xù)運(yùn)行12h原水水質(zhì)變化情況

5 結(jié)束語

化學(xué)結(jié)晶造粒流化床軟化處理降低循環(huán)水硬度效率高，且不會(huì)對水質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。同時(shí)，流化床上升流度和產(chǎn)水pH均對硬度去除率有較大影響，且隨著運(yùn)行時(shí)間加長，流化床去除效果逐漸增強(qiáng)?；瘜W(xué)結(jié)晶軟化技術(shù)能夠有效降低電廠循環(huán)水補(bǔ)水量，具有廣闊的應(yīng)用前景。