化学结晶造粒流化床软化技术在中水深度处理中的应用

2021-12-15麻璐

化工设计通讯 2021年11期

关键词：晶种产水造粒

麻璐

（陕西榆林能源集团杨伙盘煤电有限公司生产准备部，陕西神木 719316）

1 技术原理

化学结晶造粒流化床软化法是向水中投加一定比例晶种，后投入碱性药剂（如氢氧化钠、碳酸钠）与水混合均匀，并与水中碱发生反应，利用设备及水力作用完成结晶造粒的过程，从而达到软化出水的效果。

2 系统的工艺和设备的构成

化学结晶造粒软化技术工艺通常由化学结晶造粒软化系统、固液分离流化床系统、晶体投加系统、晶体回收系统、混凝剂和助凝济投加系统、酸碱加药系统、污泥浓缩脱水系统组成。化学结晶造粒软化是在结晶反应器内进行的，而最典型的反应器是上向流反应器，其设备原理如图1所示。

图1 化学结晶造粒流化床设备原理图

工艺流程：水从结晶软化床下部进水管进入，投加晶体，使晶种悬浮在水中，同时在设备内精确投加NaOH和Na2CO3，生成的CaCO3直接附着在晶种表面生长，最终形成大的CaCO3结晶颗粒，沉淀在结晶软化床底部排走，清水从反应器上部排出进入固液分离流化床，投加凝聚剂和混凝剂，对悬浮物进行分离沉淀，污泥从流化床底部排走进入污泥浓缩和脱水系统进行处理，如图2所示。

图2 中水深度处理工艺流程图

3 化学结晶造粒流化床软化技术对比

3.1 石灰石软化法

原理：在原水中加入定量石灰石，石灰石与水中的钙、镁离子反应生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，最终达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暂时硬度，无法除去水中的永久硬度和负硬度。一般石灰软化法用于处理硬度高、碱度高的水，石灰-纯碱软化法用于处理硬度高、碱度低的水，石灰-石膏处理法用于处理硬度低、碱度高水。其反应过程化学方程式如下所示。

此方法的优点是：石灰石价格低，处理成本相对较低；缺点是：工艺流程长，操作管理流程复杂，初投资较高，药剂投加量较大，投加量不易控制。

3.2 离子交换法

原理：将原水通过阳离子软化床，原水中的钙镁离子与软化床中离子交换树脂的活性基团钠离子、氢离子进行离子交换反应，钠离子、氢离子被原水水中的钙镁离子取代，从而达到软化水质的效果，此方法需要消耗再生剂，成本比较高，树脂失效后需要进行再生，从而造成水资源浪费且产生二次污染。

3.3 膜软化法

原理：以高分子半透膜作为介质利用外部施加的推动力，使溶液中的某种成分过滤出来，以此达到分离的目的。常用的膜软化法包括电渗析法、反渗透法、纳滤法和超滤法。

此方法优点是产水不易产生有毒附着物，能量损失小，适用范围广，操作简单，处理效率高和占地面积小；缺点是造价高、产生液水难处理。

3.4 总结

通过与石灰软化法、离子交换法和膜处理法的对比，化学结晶造粒流化床软化法有成本低、效率高、投资省和无副产物产生等优势。

4 化学结晶造粒流化技术在火电厂循环水处理中的应用

现以某电厂循环水系统中的补水为实验对象，通过中试实验验证其软化效果，晶种选用0.24mm。

4.1 原水水质

该中试实验选用水源为山西省某城镇污水厂的中水，用作电厂冷却塔补充水，其水质指标，如表1所示。

表1 中水水质指标

4.2 中试实验流程

将处理后的原水从流化床底部进入，同时加入碱性药剂，原水与药剂快速混合并反应形成CaCO3晶体，CaCO3晶体附着在晶种表面形成结晶颗粒物，经软化后的水从流化床上部流出，并与酸混合后加入循环水补水池。

4.3 实验结果分析

4.3.1 流化床产水PH的影响

流化床的软化效果和产水pH有很大的关系：将原水pH从8.8提高至10.73时，总硬度去除率可达到76%，Ca2+去除率可达到89%，将原水pH提高至11.58时，总硬度的去除率达到89%，Ca2+去除率可达到95%。

NaOH产生的OH-消耗掉水中的HCO3-生成CO32-，CO32-和Ca2+反应生成CaCO3，中试实验中当pH大于10.79时，Ca2+去除率降低后保持不变，此时Ca2+去除率较高，流化床产水水质良好。因此将pH=10.79作为该实验的控制点，如图3所示。

图3 不同pH下水质指标情况

4.3.2 流化床上升流速的影响

流化床的软化效果和上升流速有很大的关系：①流化床上升流速低时，流化床晶种床层膨胀度低，软化药剂无法均匀分布在整个膨胀床层中，软化效果不佳；②从流化床上升流速过高时，一些小粒径的晶种被水流冲走，软化效果不佳。该实验将流化床出水pH控制在10.8左右，在不同流速下测定产水指标，结果如图4所示。

图4 不同上升流速下水质指标情况

从图4看出：初始随着上升流速的增加，硬度和Ca2+出现明显的下降，但随着流速增加，硬度和Ca2+又开始上升，表明该中试实验在80m/h的上升流速下，软化效果最佳，Ca2+去除效率最大。

4.3.3 连续稳定运行效果

如图5所示，初始流化床产水Ca2+含量是35mg/L，连续稳定运行12h后，产水Ca2+含量是18mg/L。由于初始晶种表面没有CaCO3，所以诱导结晶能力弱，随着运行时间加长，晶种表面CaCO3含量增加，诱导能力加强，流化床的软化效果随着运行时间的延长而变好。且进出水碱度相近，所以经过软化处理后的水质影响不大。