火力发电厂循环水排污水回用预处理工艺分析.pdf

第 2 5 卷第 2期 2 0 1 0年 6月 电 力 科 学 与 技 术 学 报 J OURNAL OF EL ECTRI C P OW ER S CI ENC E AND T ECHNOLOGY Vo 1 ． 2 5 NO ． 2 J u n ． 2 0 1 0 火力发电厂循环水排污水回用预处理工艺分析 孙心利 ，王 平 ，李路江 河北省电力研究 院， 河北 石家庄0 5 0 0 2 1 摘 要 针对火力发电厂循环水排污水回用预处理中存在的问题， 设计有机磷阻垢剂对混凝效果影响程度的系列 试验 ， 结合试验结果分析循环水阻垢剂对混凝效果的影响 ， 阐述软化处理对混凝处理 的作用 ， 从循 环水处理工艺 着 手 ， 解决 了循环水排污水回用关键 技术 问题． 关 键 词 循环水排污水； 混凝； 阻垢剂； 软化 中图分 类号 T M 6 2 1 ． 8 文献标识 码 A 文章 编号 1 6 7 3 9 1 4 0 2 0 1 0 0 2 0 0 8 9 0 5 Pr e t r e a t m e n t t e c h n i qu e s a n a l y s i s f o r c i r c u l a t i ng d r a i na g e wa t e r r e c o v e r y i n t he r m a l p o we r p l a n t S UN Xi n l i ，WANG P i n g，LI Lu - j i a n g He b e i E l e c t r i c P o we r Re s e a e h I n s t i u t e ， S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 2 1 ，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r e t r e a t me n t p r o b l e ms o f c i r c u l a t i n g d r a i n a g e wa t e r r e c o v e r y i n t h e r ma l p owe r p l a nt ，A s e r i e s of t e s t s a r e de s i gn e d t o e v a l ua t e t h e c o a gu l a t i o n i nf l u e n c e wi t h or g a n op ho s ph or u s s c a l e i nhi bi t or s i n t hi s p a p e r ． The t e s t r e s u l t s a r e a n a l y z e d， t h e pr e t r e a t me n t f u nc t i o n wi t h s o f t e n i ng t r e a t me n t i s de s e r i be d ． Th e ke y t e c hni c a l pr o bl e ms f o r c i r c u l a t i n g dr a i n a g e wa t e r r e c o ve r y a r e s o l ve d wi t h t he wa t e r pr e t r e a t me n t t e c hni qu e s ． Ke y wo r d s c i r c ul a t i ng dr a i na g e wa t e r ；c o a g ul a t i on；s c a l e i nhi bi t or ；s o f t e ni n g 为了进一步降低火力发电厂生产废水 的排 放 量 ， 同时解决电厂生产用水的来源问题， 北方缺水地 区新建机组普遍将循环水排污水作为化学除盐的补 充水源， 其系统设计工艺 主体为[ 1 ] 循 环水排污 水一澄清器一过滤器一超滤 或微滤 一反渗透一离 子交换 器． 循环水处理方式与工艺是影响后续处理手段的 重要 因素． 目前 ， 火力发电厂循环水处理一般采用 的 处理工艺 为 ①循环水补充水加硫 酸调 p H 值 复合水质稳定剂处理 ； ②循环水补充水石灰处理 复合水质稳定剂处理 ； ③循环水补充水弱酸离子交 换处理复合水质稳定剂处理． 采用上述处理方式 的循环水浓缩倍率一般控制在 3 ． O ～4 ． 5 根据水质 情况 ， 循环水 的 p H值控制在 8 ． 0 ～9 ． 0 ， 水质含盐 收稿 日期 2 O 1 0 0 3 0 1 基金项 目 湖南省 自然科学基金 o 9 J J 6 O 6 7 通讯作者 孙 心利 1 9 6 3 一 ， 男 ， 高级工程师 。 主要从事 电厂化学技术研究和管理工作 ； E - ma i l h b d y y s x l 1 6 3 ． c o rn 9 0 电 力 科’ 学 与 技 术 学 报 2 0 1 0年 6月 量在 1 0 0 0 mg ／ L 以上 部 分 地 区 水 质 较 差 在 3 0 0 0 mg ／ L以上 ， 水中有机物含量较高， 细菌种类 复杂 具有一定的抗药性 ． 从已投产设备 的运行情况及试验研究结果看 ， 澄清器运行效果不佳和反渗透进水 S D I 污染指数 超标及反渗透污堵问题是循环水排污水回用中存在 的普遍问题． 从系统的工艺流程和运行经验分析 ， 澄 清器运行效果不佳是导致反渗透进水 S D I 超标和 膜 污堵 的主要原 因 ， 因此 ， 混凝 澄清工艺方 案 的设计 是循环水排污水成功回用的关键． 1 试验研究 1 ． 1 有机 阻垢 剂对 混凝效 果的影 响试 验 对循 环水 排污 水进 行 混凝 试 验发 现 ， 加 混凝 剂 后形成 的矾 花细小 且 质量 轻难 以沉 淀 ， 进 一 步加 聚 丙烯酰胺协同处理后效果有所改善， 但仍很难达到 澄清器运行的要求． 分析原因 ①循环水排污水的有 机物含量较高对混凝处理产生不 良影响； ②循环水 浓缩后含盐量升高密度增大会给矾花沉淀产生负面 效应 ； ③循环水排污水浊度较低 给混凝处理带来不 利 影响 ； ④ 循 环 水 阻垢 剂 可 能 对 混 凝 处 理 产 生 影 响 引． 为 了验证有 机 阻垢 剂 对 混凝 效 果 的影 响 ， 进行 了有机 阻垢剂对 混凝 效果 的影 响试 验． 试 验药剂 有 机 膦 系列有 羟基 乙叉 二 膦 酸 HE D P 、 氨基 三 亚 甲 基膦 酸 A TMP 和 乙二胺 四亚 甲基 膦 酸 E D T MP ； 无机 磷 系 列 有水 解 聚 马来 酸 酐 HP MA 、 聚 天门冬氨酸 P AS P 、 聚环 氧琥 珀酸 P E S A 、 丙烯 酸丙烯酸脂共聚物、 聚丙烯酸 P AA 和丙烯酸 2丙 烯 酰 胺 2 甲 基 丙 烷 磺 化 共 聚 物 AA／ AMP S ． 试验 用水 为 河北 省 西 大 洋 水库 水 河北 国 华定 洲发 电厂循 环水补 充水 ， 水 质分 析 结果 如表 1 所示 ． 表 1试验用水水质分析报告 Tab l e 1 An a l y s i s r e po r t of wa t e r q ua l i t y i n e x pe r i m e n t 第 2 5 卷第 2期 孙心利 ， 等 火力发电厂循 环水排污水 回用预处理工艺分析 91 试验中使用的混凝剂为聚合铁 ， 助凝剂为聚丙 烯酰胺 ， 试验在 1 ． 0 L的量筒中进行． 通过观察矾花 的形成情况、 沉淀所需时间、 上清液的颜色和存留颗 粒的多少及相同时间内沉积物的厚度等来判断混凝 效果． 试验中以不加任何阻垢 剂的水质混凝效果作 为参考值 ． 试 验结果 表 明 1 HE D P， A TMP， E D TMP皆对 混凝具 有负 面 作 用 ， 其 表现形式 是混 凝 时形 成 的矾 花 细小 难 以 沉 淀 ， 上 清液混浊且 颜色偏 红 ， 随着 阻垢 剂加 药量 的上 升， 混凝效果呈恶化趋势． 对 3种药剂进行配对混合 试 验 ， 效果 同上． 2 水解 聚 马 来 酸 酐 HP MA 、 聚 天 门冬 氨 酸 P AS P 、 聚 环 氧 琥 珀 酸 P E S A 、 丙 烯 酸 丙 烯 酸脂共 聚物 、 聚丙 烯 酸 P AA 、 丙 烯 酸 2丙 烯 酰胺 2 甲基 丙烷 磺 化 共 聚 物 AA／ AMP S 混 凝 试 验 结果表 明 ， 6种药剂 对混凝 效果 均元 不 良反应 ， 随 着 阻垢剂加药量的增加结果亦然． 6种药剂混合加入 后 对混凝 效果仍无 不 良影响 ， 所 形成 的矾 花大 、 沉 淀 速度快 ， 效果 与不 加阻垢 剂相 同． 1 ． 2有机膦 系阻垢剂 对混凝 效果 影响 的原 因分 析 有机 膦系 阻垢 剂对 混凝效 果 的影 响 可 以通 过 2 个 方面来 分析． 1 部 分有机 膦 系阻 垢剂 可 以与 F e 。 的络 合反 应对聚合铁的混凝产生负面影响． 为 了验证上述分 析 ， 进行试验 将 目前市场常用的 3 种有机膦系阻垢 剂 分别 叫做 A， B， C， 实验 中采 用邻 菲 罗啉 分光 光度 法测 F e 抖 ， 分别测 定加或 不加 药剂 时 被测 离子 工作 液 的吸光度 ， 从加药 前 、 后 吸光 度 的变 化看药 剂对被 测离子的络合影响 ， 试验工作液中 F e 。 的质量浓度 为2 4 0 1 0 ～mg ／ L， 实验室温度 1 0℃． 实验结果如 表 2 所 示． 表 2 有机膦 系阻垢剂对 F e ” 的络合影响 T a b l e 2 F e c o m p l e x i n flu e n e e b y o r ga n 0ph 0 sp h 0r u s s c a l e i n hi bi t or s 实验结果表明， 部分有机膦系阻垢剂对 F e 抖具 有较强的络合作用 ， 考虑到电厂所用药剂为复合药 剂 普遍 含有 膦 系阻垢 剂 ， 因此 ， 阻垢 剂通 过对 F e 。 的络合作用 干扰聚合铁的混凝 反应是客观存 在 的． 2 有机膦系阻垢 剂对混凝效果负面影 响的另 一 个原因可能是 其与水 中悬浮颗粒的化学作用有 关 ． 有机膦酸在水 中能离解 出 H ， 自身成带负 电 荷 的阴离子 ， 如 图 1所示． 图 1 有 机 膦 酸 水 解 过 程 F i g u r e 1 Hy d r o l y s i s p r o c e s s o f o r g a n i c p h o s p h o n i c a c i d 这 些 负离 子 能 与 C a 抖 ， Mg 等 离 子 形 成 稳 定 络合物 ， 从而提 高 了 C a C O。 晶粒析 出时的过饱 和 度 ， 也 就 是 说 增 加 了 C a C O。 在 水 中的溶 解 度． 有 人 通过实 验 测 出 ， 水 中加 入 1 ～ 2 mg ／ L HE D P后 ， 可 使 C a C O。 析出的临界 p H值提高 1 ． 1 左右． 另外， 由 于有机膦酸能吸附在 C a C O。 晶粒 活性增长点上 ， 使 其畸 变 ， 即相对 于不 加药 剂 的水 平来说 ， 形成 的 晶粒 要细小 的 多． 从 颗粒 分散 度对 溶解度 的影响看 ， 晶粒 细小也就意 味着 C a C O。 溶解度 变大， 因此 提高 了 C a C 0。 析 出时的过 饱 和度 ] ． 试 验 已经表 明 ， 部分有 机膦 系 阻垢 剂对 F e 件 也 有 络合作 用 ， 从有 机 膦系 阻垢剂 的化学性 质看 ， 其对 A1 。 具有 络合作 用 是 必然 的． 由于 水 中 的悬 浮物 质 主要 由硅 盐 、 铝盐 和 部分铁 、 钙 、 镁 等盐类 物质 组成 ， 有机膦系阻垢剂对上述高价金属离子的络合作用将 不 利于矾 花 的形成 ， 最 终导 致混凝 效果不佳 ． HE D P， E D TMP， ATMP 3种 膦 系 阻 垢 剂 在 不 同加药量 时原 水浊 度 的变化 规律 曲线如 图 2所示 ． 昌 弓 魁 蔼 阻垢剂 加入量 ／ m L 图 2 不 同剂量有机膦 阻垢剂对浊度的影响 Fi g u r e 2 Tu r b i d i t y i n flu e n c e b y o r g a n o p h o s p h o r u s s c a l e i nh i b i t o r s a t di f f e r e nt d os a ge 旷 。 一 ～ 一 一 叭 一 H ～ 一 9 2 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2 0 1 0年 6月 从图 2中可以看 到， 不加任何药剂时的浊度最 污水中硬度的方案主要是加 Na OH和 Na C O。 也 大． 随着 3种膦系阻垢剂的加入 ， 由于阻垢剂的分散 有部分电厂加石灰 ． 作用 ， 浊度均有所下降， 但阻垢剂对原水浊度的影响 Na OH 可除重碳酸盐碱度和镁硬 ， 其反应机理 是显而易见的， 在循环水排污水 中， 水 的浊度较小， 2 Na OHC a HC O。 一 需外加提高浊度物质和增大澄清器回流比来增加水 C a C O。 Na 。 CO 。 2 H。 O 1 的浊度 ， 因此 ， 有机膦系阻垢剂对原水浊度的降低不4 Na OHMg HC O。 一 利于混凝澄清处理． Mg OH 2 2 Na C O。 2 H2 O 2 1 ． 3 混凝处理中加入软化剂 N a O H， N a C 0 3 的试 2 Na OH Mg S O 一Mg OH 2 4 ， Na 2 S O 3 验研究 2 Na OHMg C 1 2 一Mg OH 2 2 Na C 1 4 为了达到节水 目的， 电厂采用加阻垢剂等方式 N a 。 C O 。 可除去永硬部分的钙， 其反应机理 将循环水的浓缩倍率提高 到 C a C O。 接近结晶析出 Na C O。 C a C 1 。 C a C O。 2 Na C l 5 临界值 ， 这种情况下如果直接作为反渗透进水 ， 则反 C a S O Na C O。 C a C O。 Na 2 S O 6 渗透膜结垢是必然的， 因此 ， 通过预处理降低水中硬 加入 Na OH 和 Na C O。 后的混凝效果如表 3 ， 4 度 防止反渗 透膜结垢 是必要 的． 目前 ， 除去循 环水排 所 示． 表 3 加 Na OH 调 节 p H 值 后 的混 凝 效 果 T a b l e 3 C o a g u l a t i o n e f f e c t a f t e r a d j u s t e d p H wi t h Na OH 9 ． 5 4 0 9 9 0 9 9 0 9 9 0 9 ． 2 7 ． 7 0 ． 8 8 HEDP 1 0 ． 0 3 6 9 8 5 9 8 5 9 8 5 9 ． 6 1 5 ． 5 1 ． 7 6 1 0 ． 5 3 0 9 8 5 9 8 5 9 8 5 1 0 ． 3 4 1 ． 1 1 ．1 7 9 ． 5 4 4 9 9 0 9 9 0 9 9 0 9． 1 9 4 ． 9 0 ． 7 1 EDTM P 1 0 ． 0 5 0 9 8 5 9 8 5 9 8 5 9． 6 1 0 9 ． 0 1 ． I 1 1 O ． 5 3 0 9 9 0 9 9 0 9 9 0 1 0． 2 33 ． 6 2 ． 8 9 9 ． 5 3 7 9 9 2 9 9 2 9 9 2 9． 1 7 ． 2 1 ． 1 1 ATM P 1 0 ． 0 3 4 9 9 0 9 9 0 9 9 0 9． 7 1 8 ． 6 0 ． 9 4 1 0 ．5 3 O 9 9 0 9 9 0 9 9 0 1 O． 3 2 2 ． 0 1 ． 5 9 8 ． 4 1 3 ．6 3 8 ． 0 8 ． 0 1 2 ． 4 3 8 ． 0 8 ． 4 1 3 ． 4 4 7 ． 8 6 ． 8 4 ． 4 1 ． 6 4 ． 0 1 ． 4 2 ． 0 7 ． 8 4 ． 2 2 ． 2 1 2 ． 2 9 ． 6 5 ． 6 9 ． 2 6 ． 4 6 ． 6 1 2 ． 8 8 ． 8 6 ． 8 略显乳 白色 略显乳 白色 乳 白色 乳白色 乳白色 乳白色 路显乳白色 略显乳白色 略显乳白色 一 般 一 般 较差 较差 较差 较差 一 般 一 般 一 般 注 循环水排污水中加入 聚合铁 3 0 mg ／ L， 助凝剂 1 mg ／ L ． 第 2 5卷第 2期 孙心利 ， 等 火力发电厂循环水排污水 回用预处理工艺分 析 9 3 由表 3 ， 4可知 加 Na OH 的处理方式 效果最 好 ， 对水质的适应性最强． 欲达到较好的除去镁硬效 果 ， p H值应控制在 1 1 ． 0以上 ， 考虑运行成本 ， 实际 运行 中可将 p H值控制在 1 1 ． O ～1 1 ． 5 ． 当采用石灰 处理时 ， 若达到较好 的除镁硬效果 ， 必须加 Na OH 调 p H 至 1 1 ． 0以上． 由于 N a 。 C O。 为强 碱弱 酸盐 ， 它 的碱 性 没有 Na OH 强， 如 果 用 Na C O。 把 p H 值 调 到 与 加 Na OH时一样高， 则要消耗大量的 Na 。 C O。 ， 其效果 与加石灰基本相 同， 也适用于碱度比较高的水质 ， 若 达 到较好 的除镁 硬效 果 ， 也 必 须加 Na OH 调 p H 至 l 1 ． 0以 上 ． 对于循 环水 排污 水 回用 ， 加 入 软 化 剂 除 了 降低 水中硬度防止反渗透结垢作用外 ， 反应过程 中形成 的 C a C O 。 及 Mg OH 沉淀物还 能增加水质浊度 、 增进混凝剂的架桥作用 、 增加絮凝体 矾花 的重量 、 加速 矾 花 快 速 沉 降 和 提 高 水 质 混 凝 效 果 ， 其 中 Mg OH z 形 成 的团状 沉 淀物 本 身 就具 有 良好 的 网 捕作 用 ， 效果 十分 明显 ． 对 于碱 度 比较 大 的水 质 ， 石 灰处 理可 以增加 C a CO 。 的沉 淀量 ， 增 加 水 的 浊度 和 矾花 的 比重 ， 效果 也十分 明显 ， 但 对于 碱度 比较 小 的 水质 ， 用石灰 明显不 如用 Na OH 的处理 效果好 ． 2 结论 通过分析可知 ， 有机膦系阻垢剂对混凝处理具 有负 面作 用 ， 非有机 膦 系 阻垢 剂 对 混凝 处 理 无 不 良 影响 ， 软化处理不但是防止反渗透膜结垢污堵的需 要 ， 同时也 有利 于混 凝 处 理 ， 因此 ， 循 环 水 排 污 水 回 用 的 电厂应 采 取措施 1 循环 水处理 工艺宜 采用无 磷 有 机阻 垢 剂 ， 避 免 有机膦 系 阻垢 剂对 混凝处 理 的干扰． 此外 ， 采用无 磷 有机 阻垢 剂避 免 了因有机 膦系 阻垢 剂 与金属 离子 的络合反应导致凝汽器铜管的腐蚀 ， 减少环境污染． 2 根 据水 质 硬度 钙 硬 、 镁 硬 、 碱 度 含 量 以及 二者 比例 ， 选 用 不 同 的 软 化 剂 Na OH， Na C O。 ， 石 灰 ， 在 除去水质硬度 的同时 ， 利用反应 生成 的沉 淀物 进一步改善混凝效果． 软化剂的加入量应首先考虑反 渗透运行的需要 ， 在此基础上通过试验确定最佳加药 量， 在满足混凝处理的前提下尽量降低运行成本． 3 助凝剂难溶， 易在澄清器后面的系统中析出 沉积 ， 可能对系统中的膜元件产生污堵危险， 建议加 药量不大于 1 mg ／ L， 同时必须溶解成低浓度水溶液 后用加药泵均匀加入 ， 杜绝短时间大量加药 ， 不允许 将固体药剂直接撒人澄清器 中． 参考 文献 E 1 3杨宝红 ， 余耀宏．火电厂循 环水 排污水 回用处理 中超滤 膜污染过 程 分 析 [ J ] ． 电力 科学 与技 术 学 报 ， 2 0 0 7 ， 2 2 4 7 9 - 8 3 ． YANG B a o h o n g，YU Ya o - h o n g ．Ul t r a f d t r a t i o n m e m b r a n e f o u l i n g p r o c e s s a n a l y s i s f o r r e u s e t h e b l o wd o wn wa t e r i n t h e r ma l p o we r p l a n t [ J ] ． J o u r n a l o f E l e c t r i c P o we r S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， 2 0 0 7， 2 2 4 7 9 8 3 ． [ 2 ]赵荧．全膜法 水处 理工艺 在火力 发 电厂循环水 排污 水 回用方面 的应用[ J ] ． 电力设备 ， 2 0 0 6 ， 7 8 7 8 8 0 ． ZHA0 Yi n g ．Ap p l i c a t i o n o f c o mp l e t e m e m b r a n e me t h o d wa t e r t r e a t me n t t e c h n o l o g y i n t h e r 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