电厂循环水排污水回用混凝处理实验研究

耿晓杰1，凌小凤2，孙慧1，李会鹏1，许振华1，李皞1

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄050021；2.北京中寰工程项目管理有限公司武汉分公司，武汉430070)

摘要：根据电厂循环水排污水低碱度高硬度的水质特点，采用聚合硫酸铁作为混凝剂，聚丙烯酰胺作为助凝剂，CaO、Na2CO3、NaOH分别作为软化剂，对电厂循环水进行混凝实验，结果表明，NaOH处理比CaO处理、Na2CO3处理、CaO+Na2CO3处理具有明显的优势。

关键词：循环水排污水；回用；混凝；CaO；Na2CO3；NaOH

收稿日期：2014-11-10

作者简介：耿晓杰(1987-)，男，工程师，主要从事电厂化学研究工作。

中图分类号：TM621.8；X703

文献标志码：B

文章编号：1001-9898(2015)01-0028-02

Abstract:According to the power plant circulating waste water of low alkalinity and high hardness water quality characteristics, using of PFS as a coagulant, polyacrylamide as coagulant aid, lime, sodium hydroxide and sodium carbonate were used as the softener in coagulation tests. The results showe that from the treatment effect, operating costs and investment costs, for such a low alkalinity high hardness circulating waste water, sodium hydroxide had more advantages than lime, sodium carbonate, and lime + sodium carbonate.

Experimental Research on Coagulation of Circulating Waste Water in Power Plant

Geng Xiaojie1，Ling Xiaofeng2,Sun Hui1,Li Huipeng1,Xu Zhenhua1,Li Hao1

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021，China;2.Beijing Zhonghuan Engineering & Project Management Co. Ltd. Wuhan Branch，Wuhan 430070)

Key words:circulating waste water; reuse; coagulation;CaO；Na2CO3；NaOH

火电厂作为用水耗水大户，其循环水排水量占总水耗的70%～80%[1]，对循环水排污水进行回收利用，不仅能够降低排污对环境的影响，还对节约水资源，提高企业经济效益有重要意义。河北某电厂二期工程为2台300 MW亚临界燃煤机组，其循环水补水采用一期循环水排污水经弱酸处理后的出水，处理流程为：一期循环水溢、排水(水库水)→弱酸生水池→生水泵→纤维球过滤器→双流弱酸床→二期循环水池。二期机组循环水浓缩倍率约为3.8，其循环水排污水直接排放。为实现厂内废水资源的最大利用，拟对二期循环水排污水进行回收利用，开展混凝处理实验研究。

1实验用水分析

实验用水为河北某电厂二期工程机组循环水系统排污水，水质指标见表1。

从表1中可以看出，该循环水排污水含盐量、碱度、COD、SiO2及浊度等各项指标均比地表水有成倍的增加，并含有用于循环水处理的表面活性剂，水质污染严重。其碱度为7 mmol/L，硬度为35 mmol/L，两者相差20 mmol/L以上，属于典型的低碱度高硬度废水，要处理好这种水，需要通过实验确定合理的工艺。

表1循环水排污水水质指标

项目结果项目结果/(mg·L-1)外观透明阳离子pH值8.55K+18.58溶解固形物/(mg·L-1)1740.0Na+308.10耗氧量/(mg·L-1)102.0Ca2+460.92全硅/(mg·L-1)276.00Mg2+147.00活性硅/(mg·L-1)98.00NH+40.00电导率/(μS·cm-1)3555阴离子浊度/FTU1.13Cl-402.00全硬度/(mmol·L-1)35.10SO2-41387.00永久硬度/(mmol·L-1)28.10HCO-3427.14暂时硬度/(mmol·L-1)7.00CO2-30.00全碱度/(mmol·L-1)7.00NO-3135.70全酸度/(mmol·L-1)0.00F-3.13酚酞碱度/(mmol·L-1)0.00H2PO-42.10

2混凝实验研究

该混凝实验采用聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺与不同的软化剂(CaO、Na2CO3、NaOH)进行配比实验，其中聚合硫酸铁加药量根据经验暂时固定为40 mg/L，PAM加药量暂时固定为1 mg/L。实验通过调整软化剂加药量，考察其对循环水排污水硬度及碱度的去除效果。

2.1　CaO混凝实验

通过计算，CaO的理论加药量为7.2 mmol/L，以下采用纯度为50%的CaO，则其加药量为403.2 mg/L。CaO混凝实验结果见表2。

表2循环水排污水CaO混凝实验结果

项 目CaO加药量400mg/L500mg/L600mg/L700mg/L800mg/LpH值9.549.789.9510.3810.6815min后浊度/NTU41.126.723.330.218.2硬度/(mmol·L-1)35.228.829.62831.2钙硬/(mg·L-1)336.67320.64324.6368.74352.66碱度/(mmol·L-1)1.6/3.81.8/4.01.6/3.01.8/2.81.6/2.4沉降效果矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降

从表2可以看出，高硬度低碱度循环水排污水水质，石灰处理对硬度的去除率较低，硬度的最高去除率仅为22%；石灰加药量至少应达到500 mg/L及以上才对硬度去除有明显效果；从沉降情况看，石灰混凝形成的矾花较小，沉降效果不佳。

2.2　Na 2CO 3混凝实验

Na2CO3的理论加药量应相当于永硬中钙的摩尔量，经计算为16.0 mmol/L，以下采用纯度为100%的Na2CO3，则其加药量为864.0 mg/L，Na2CO3混凝实验结果见表3。

表3循环水排污水Na2CO3混凝实验结果

项 目Na2CO3加药量400mg/L600mg/L800mg/L1100mg/L1500mg/LpH值8.989.009.219.549.9615min后浊度/NTU24.669.237.93220.2硬度/(mmol·L-1)3025.22218.416.4钙硬/(mg·L-1)320.64216.43164.5396.1936.07碱度/(mmol·L-1)2.4/9.81.4/8.82.4/9.63.0/10.05.8/14.0沉降效果矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花略大矾花大沉降明显

从表3可以看出，Na2CO3主要去除水中的钙硬，对Mg2+几乎没有去除作用；随着Na2CO3加药量的提高，水中的硬度逐渐下降，碱度逐渐上升，矾花逐渐变大，即Na2CO3加药量越大，循环水硬度越低，碱度越高，混凝沉降效果越好；当Na2CO3加药量达到600 mg/L及以上时，对降低水中硬度有明显效果，硬度去除率能达到28%，此时碱度升至8.8 mmol/L，当Na2CO3加药量达到1 500 mg/L时，硬度去除率能达到52%，去除的几乎全为钙硬且混凝澄清效果明显，此时碱度升至14 mmol/L。

2.3　NaOH混凝实验

NaOH的理论加药量为镁盐的摩尔量，即12.1 mmol/L，以下采用纯度为100%的NaOH，则其加药量为242 mg/L。NaOH混凝实验结果见表4。

表4循环水排污水NaOH混凝实验结果

项 目NaOH的加药量100mg/L200mg/L300mg/L400mg/L500mg/LpH值9.469.7210.210.8411.2515min后浊度/NTU26.623.644.253.449.6硬度/(mmol·L-1)33.42722.820.817.6钙硬/(mg·L-1)376.75264.52184.37176.35160.32碱度/(mmol·L-1)2.4/8.41.8/5.22.0/3.82.2/3.62.2/3.0沉降效果矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花略大

从表4可以看出，NaOH既可以去除水中的钙硬，也可以去除水中的镁硬；随着NaOH加药量的增加，水中的硬度逐渐下降，碱度也逐渐下降，pH值逐渐上升，沉降效果逐渐变好；当NaOH加药量达到300 mg/L及以上时，对降低水中硬度和碱度具有明显效果，硬度去除率能达到34%，碱度由8.4 mmol/L降至3.8 mmol/L，当NaOH加药量达到500 mg/L时，硬度去除率即能达到50%以上，碱度降至3.0 mmol/L；考虑到运行成本，优选NaOH加药量300 mg/L。

2.4　CaO和Na 2CO 3联合混凝实验

考虑到NaOH的运行成本偏高，而CaO和Na2CO3价格略低，根据循环水低碱度高硬度、CaO仅能去除暂硬、Na2CO3能够去除钙硬且能提高水中的暂硬比例的特点，实验采用CaO和Na2CO3对循环水进行联合处理。考虑到实验是以降低运行成本为目的，因此主要进行了Na2CO3低加药量实验，实验结果见表5。

从表5可以看出，加药量为CaO 600 mg/L+Na2CO3400 mg/L的联合处理时，对降低硬度效果明显，硬度去除率为33%，要明显优于单生石灰或单碳酸钠处理；考虑到运行成本，优选加药量为CaO 500 mg/L+Na2CO3400 mg/L的方案，此时硬度去除率为29%。

表5循环水排污水CaO和Na2CO3联合混凝实验结果

项 目加药方案CaO400mg/L+Na2CO3400mg/LCaO500mg/L+Na2CO3300mg/LCaO500mg/L+Na2CO3400mg/LCaO600mg/L+Na2CO3300mg/LCaO600mg/L+Na2CO3400mg/LpH值9.8310.269.8610.7211.0915min后浊度/NTU45.537.323.837.635.4硬度/(mmol·L-1)2525.224.424.223.2钙硬/(mg·L-1)220.44240.48232.46232.46220.44碱度/(mmol·L-1)2.0/5.42.0/4.22.0/5.42.4/3.62.2/3.8沉降效果矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降矾花小不易沉降

3经济性比较

CaO、NaOH、Na2CO3和CaO+Na2CO3混凝处理方式的比较见表6。

表64种混凝处理方式的比较

项 目CaO混凝处理NaOH混凝处理Na2CO3混凝处理CaO+Na2CO3混凝处理优选加药量700mg/L300mg/L600mg/LCaO500mg/L+Na2CO3400mg/L出水硬度/(mmol·L-1)28.022.825.224.4出水碱度/(mmol·L-1)1.8/2.82.0/3.81.4/8.82.0/5.4药剂成本/(元·t-1)0.280.751.000.92投资成本需要增加新设备无需增加新设备无需增加新设备需要增加新设备运行操作操作复杂,工作量大操作简单,工作量小操作简单,工作量小操作复杂,工作量大

注：运行成本计算时，40% NaOH按照1 000元/t，99% Na2CO3按照1 650元/ t，CaO按照400元/t计算。

从表6中可以看出，结合处理效果、运行成本和投资成本等综合考虑，该循环水排污水采用NaOH处理具有明显的优势。

4结论

a. 对于该电厂循环水排污水各种药剂除硬降碱效果排序为：NaOH>CaO+Na2CO3>Na2CO3>CaO。

b. CaO处理仅能去除暂硬，针对这种高硬度低碱度循环水，CaO处理效果较差，对硬度的去除率最高仅能达到22%。

c. Na2CO3主要去除循环水排污水中的钙硬，对Mg2+几乎没有去除作用，且随着Na2CO3加药量增加，循环水排污水碱度上升较快。

d. NaOH既可以去除循环水排污水中的钙硬，也可以去除水中的镁硬，对碱度也有明显去除效果。

e. 对该电厂循环水排污水，采用CaO+Na2CO3联合处理时对降低硬度效果明显，优于CaO处理和Na2CO3处理。

f. 综合考虑处理效果、运行成本和投资成本等，针对这种低碱度高硬度循环水排污水，NaOH处理具有明显的优势。

参考文献：

[1]宋荣杰,王月光.烟台发电厂循环冷却排污水的深度处理及其回用[J].工业水处理, 2006,26(8):70-72.

本文责任编辑：齐胜涛