APP下载

中水中氨氮含量对电厂循环冷却水系统的影响研究

2014-11-21袁凤玲

河北电力技术 2014年6期
关键词:碱度耐蚀性硝化

袁凤玲,颜 琨

(1.同方环境股份有限公司,北京 100081;2.河北西柏坡发电有限责任公司,石家庄 050400)

1 概述

河北某热电厂循环水补水设计采用经深度处理后的中水,经该污水厂处理后中水中氨氮的质量浓度在0 ~135 mg/L 之间,其中大部分时间位于30 ~80 mg/L 之间,已远远超出了二级排放标准要求,而电厂石灰处理对中水中的氨氮没有去除效果,因此循环水补水中氨氮的质量浓度长期在30 ~80 mg/L之间。

氨氮也称氨态氮,包括游离氨态氮NH3-N 和铵盐态氮-N,其在亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌作用下,在循环水中发生硝化反应[1-2]和反硝化反应。循环水中溶氧含量较高,因此循环水系统中以硝化反应为主,而水塔下部淤泥虽然为厌氧的反硝化菌提供了生存场所[3-4],但较硝化反应、反硝化反应在循环水系统中并非主要反应。硝化反应会产生H+,消耗重碳酸盐碱度即HCO3-,随着H+的不断生成,循环水pH 值逐渐下降,当硝化反应产生的H+摩尔含量大于循环水中的HCO3-时,循环水pH值<7.0,同时硝化反应也使循环水中的NO3-含量大幅升高。

2 氨氮在循环水系统中的变化规律

鉴于氨氮在循环水系统中的反应,对电厂循环水系统中氨氮的情况进行了跟踪监测,发现了氨氮在循环水系统中的变化规律。

2.1 电厂循环水中氨氮及硝酸根含量分析

2009年5月20日电厂循环水补水和循环水氨氮及硝酸根情况见表1,2010年3月2日电厂循环水补水和循环水氨氮及硝酸根情况见表2。

表1 2009年5月20日循环水水质情况 mg/L

表2 2010年3月2日循环水水质情况 mg/L

从表1和表2中可以看出:

a.氨氮在循环水中发生硝化反应造成了循环水中的氨氮含量与浓缩倍率不成比例,同时循环水中的氨氮并未完全反应,仍保有一定的含量,甚至在冬季循环水温低时发生了一定的浓缩,但倍率远小于循环水浓缩倍率。

b.氨氮在循环水中发生硝化反应造成了循环水pH 值明显偏低。

c.由于硝化反应造成循环水中硝酸根大量富集,而亚硝酸根基本都转化为硝酸根,其浓度没有大幅增加。

2.2 氨氮在循环水中的变化规律

选取了几个有代表性的月份对该热电厂的循环水pH 值和碱度情况进行了分析,这几个月份分别是5月、8月、10月和11月。其中全年循环水补水的pH 值大多都在8.3 ~9.0,循环水浓缩倍率在2.5~3.0 之间运行。循环水pH 值情况见图1和图2,循环水碱度情况见图3和图4。

图1 循环水中pH 值最大值数据统计

图2 循环水中pH 值最小值数据统计

图3 循环水中碱度最大值数据统计

图4 循环水中碱度最小值数据统计

从图1-4中可以看出:

a.4 个月份相比,5月和10月的循环水pH 值和碱度明显低于8月和11月,说明在循环水水温较高和较低时,硝化细菌生长较其他月份缓慢,氨氮发生硝化反应的速率低,pH 值和碱度下降缓慢;

b.5月循环水pH 值基本在8.0 以下运行,在5月下旬时,pH 值低至7.5 以下,最小值在7.0 左右;

c.10月循环水pH 值基本在8.0 以下运行,在10月上旬和下旬,pH 值都低至7.5 以下,最小值在7.0 左右;

d.8月和11月的循环水pH 值大都维持在8.0~8.5 之间,最小值基本在7.5 以上。

纵观全年数据可以发现,在3月下旬至7月底和9月至10月期间,循环水的pH 值和碱度都偏低,因氨氮硝化反应造成循环水碱度大量消耗,pH值大幅下降情况明显。

综上所述,氨氮在循环水中的存在形式随季节变化而发生变化。在春秋季时,氨氮硝化反应明显,氨氮大部分转化为硝酸根存在于循环水中;在夏季和冬季时,氨氮硝化反应较春秋季趋缓,氨氮与硝酸根并存于循环水中,且氨氮也发生了浓缩,但浓缩倍率远低于氯根的浓缩倍率。氨氮在循环水中发生硝化反应,消耗了大量碱度,造成循环水pH 值偏低,如不进行调整,pH 值将长期处于6.5 ~7.5 之间。

3 氨氮对循环水系统的影响

由于氨氮在循环水系统中发生了浓缩,也发生了硝化反应,造成循环水pH 值偏低,硝酸根富集,考虑到电厂循环水系统使用的材质均为317L 不锈钢,因此对氨氮对317L 的影响进行了电化学腐蚀试验研究。

电化学测试采用Princeton Applied ResearchTM公司的电化学测试系统EG&GPARC M273 恒电位仪,试验控制及参数确定采用M352 软件系统。电化学测试采用三电极体系,辅助电极为铂电极,参比电极为双液接饱和甘汞电极(SCE),317L 不锈钢为工作电极。试验用水水质情况见表1、2,试验水温为常温。

3.1 高pH 值下不同氨氮含量对317L 不锈钢的影响

向试验用水中加入NH4HCO3和NaOH,通过电化学试验考察高pH 值下不同氨氮含量对材质的影响,获得的相关数据见表3。

从表3中可以看出,在试验用水中,当pH 值在9.0 左右时,随氨氮含量增加,317L 不锈钢的维钝电流和击破电位差别均不大,说明pH 值在9.0 左右时,高含量氨氮对317L 腐蚀性能的影响受到明显抑制,其对317L 腐蚀性能影响不大。

表3 高pH 值下不同氨氮含量对317L 不锈钢的影响数据

3.2 不同pH 值对317L 不锈钢的影响

将试验用水浓缩1.5 倍后,加入H2SO4或NaOH 调整pH 值,在氨氮为0 mg/L 的情况下,进行不同pH 值对材质的影响电化学腐蚀试验,相应数据情况见表4。

表4 不同pH 值对317L 不锈钢的影响数据

从表4中可以看出,在1.5 倍浓缩水中,pH 值7.80 与5.50、6.50、8.50 相比,317L 不锈钢的维钝电流相差不大,而击破电位出现较大下降,说明pH值7.80 与其他pH 值相比降低了317L 的耐蚀性。

3.3 不同硝酸根含量对317L 不锈钢的影响

向试验用水中加入硝酸铵,在pH 值均为8.2以上的情况下,进行不同硝酸根对材质的影响电化学腐蚀试验,相应数据情况见表5。

表5 不同硝酸根含量对317L 不锈钢的影响数据

从表5可以看出,在试验用水中,当pH 值在8.2 ~8.8 之间时,硝酸根的质量浓度88 mg/L 和155 mg/L 与硝酸根的质量浓度0 mg/L 相比,维钝电流变化不大,击破电位有明显提升,说明pH 值在8.2 ~8.8 时,硝酸根增强了317L 不锈钢的耐蚀性。

由以上数据可以得出如下结论:

a.循环水pH 值达到9.0 时可以有效抑制氨氮对317L 不锈钢的耐蚀性的影响;

b.循环水pH 值7.8 与5.5、6.5、8.5 相比降低了317L 的耐蚀性;

c.当pH 值在8.2 ~8.8 之间时,硝酸根增强了317L 不锈钢的耐蚀性。

因此,要降低氨氮对循环水系统材质腐蚀的影响,应尽量控制循环水pH 值在8.0 以上,发挥硝酸根的积极作用,当水中氨氮含量较高时,可以提高循环水pH 值至9.0 以抑制氨氮对317L 不锈钢的影响。

4 结论与建议

a.氨氮在循环水中的存在形式随季节变化而发生变化。在春秋季时,氨氮硝化反应明显,氨氮大部分转化为硝酸根存在于循环水中;在夏季和冬季时,氨氮硝化反应较春秋季趋缓,氨氮与硝酸根并存于循环水中。

b.氨氮在循环水中发生硝化反应,消耗了大量碱度,造成循环水pH 值偏低,如不进行调整,将长期处于6.5 ~7.5 之间。

c.循环水pH 值达到9.0 时可以有效抑制氨氮对317L 不锈钢的耐蚀性的影响,循环水pH 值7.8与5.5、6.5、8.5 相比降低了317L 的耐蚀性,当pH值在8.2 ~8.8 之间时,硝酸根增强了317L 不锈钢的耐蚀性。

d.要降低氨氮对循环水系统材质腐蚀的影响,应尽量控制循环水pH 值在8.0 以上,发挥硝酸根的积极作用,当水中氨氮含量较高时,可以提高循环水pH 值至9.0 以抑制氨氮对317L 不锈钢的影响。

[1]孙锦宜.含氮废水处理技术与应用[M].北京:化学工业出版社,2003.

[2]陈 芳.含氨循环水中二氧化氯的杀菌特点[J].工业水处理,2003,23(3):60-61.

[3]武红霞,刘裕明.氨氮对城市污水回用于循环冷却水系统的影响[J].工业水处理,2004,24(10):30-32.

[4]林根仙,何 蓉,郭俊文.氨氮对循环冷却水系统的危害与对策[J].工业水处理,2006,26(5):82-84.

猜你喜欢

碱度耐蚀性硝化
池塘水质调控不能忽略总碱度
水产养殖水体循环利用过程中碱度的变化及调控
MBBR中进水有机负荷对短程硝化反硝化的影响
脱氮菌Flavobacterium SP.FL211T的筛选与硝化特性研究
AZ31B镁合金复合镀镍层的制备及其耐蚀性研究
超级奥氏体不锈钢254SMo焊接接头耐蚀性能
厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳研究Ⅰ:
Ni-ZrO2纳米复合涂层的制备及其耐磨耐蚀性能研究
干平整对钢板表面耐蚀性的影响
海水反硝化和厌氧氨氧化速率同步测定的15N示踪法及其应用