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火電廠循環(huán)水排污水全資源化回用新技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2024-5-29 15:31:03  中國(guó)污水處理工程網(wǎng)

火力發(fā)電廠或類似工業(yè)企業(yè)日常生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)水資源的消耗量巨大,特別是工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水約占企業(yè)水耗的80%,其排污水的除硬軟化難度大,水質(zhì)濁度高,回用難度大,系統(tǒng)排污量大,排污水無(wú)法有效利用,排污水處理成本高,無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源化回用,工業(yè)水利用率低。國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司開(kāi)封發(fā)電分公司,有在運(yùn)2x630MW超臨界高效燃煤供熱機(jī)組。為進(jìn)一步提高水資源的利用率,減少工業(yè)廢水排放量,積極開(kāi)展節(jié)水減排新技術(shù)的研究應(yīng)用工作,開(kāi)展循環(huán)水排污水全資源化回用技術(shù)應(yīng)用探索,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)展理論研究,主要利用丸;Y(jié)晶造粒除鈣新技術(shù)對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行深度處理,該類似高效結(jié)晶除硬技術(shù)在高鹽廢水處理方面有應(yīng)用研究,取得較好的除硬軟化效果,預(yù)期可降低50%~70%鈣離子濃度,同時(shí)采用新型過(guò)濾技術(shù),使處理后的濁度和微生物接近“零”。

1、水質(zhì)分析

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從以上循環(huán)水指標(biāo)分析,該循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率較低,總硬度偏高,鈣鎂離子偏高,鈣硬占總硬約65%,鎂硬占總硬約35%,暫硬較低,永硬較高,同時(shí)堿度相對(duì)較低,該水質(zhì)可以采用丸;曹浕に囘M(jìn)行除硬軟化處理,永硬較高,需要采用氫氧化鈉和碳酸鈉聯(lián)合除硬處理。

2、方案與研究

2.1 試驗(yàn)條件及準(zhǔn)備

2.1.1 試驗(yàn)設(shè)備

中試設(shè)備組成:撬裝一體化除硬軟化中試試驗(yàn)設(shè)備一套、加藥裝置兩套、晶種投加裝置一套,管路及電氣控制箱一套、陶瓷膜過(guò)濾試驗(yàn)設(shè)備一套等。

2.1.2 試驗(yàn)儀器

中試試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo):總硬度及鈣離子的檢測(cè)采用EDTA滴定法;堿度采用酸堿滴定法;pH的檢測(cè)采用在線工業(yè)pH計(jì)1臺(tái)和手持便攜式希瑪PH838pH計(jì)1臺(tái);濁度的測(cè)定采用WGZ-1B手持式濁度儀1臺(tái)。

2.2 試驗(yàn)方法及步驟

試驗(yàn)方法:本次試驗(yàn)研究主要是以1#涼水塔循環(huán)水作為本次試驗(yàn)研究的水源,開(kāi)展反應(yīng)效率和最佳反應(yīng)條件及相應(yīng)的運(yùn)行成本測(cè)算等,同時(shí)試驗(yàn)高效除硬軟化后的出水在新型過(guò)濾單元的過(guò)濾效果等。

(1)不同流速下高效除硬系統(tǒng)的脫鈣效率試驗(yàn)。以濃度8%的氫氧化鈉溶液為反應(yīng)藥劑,分別選定丸粒化結(jié)晶造粒反應(yīng)器進(jìn)水流速在50m/h、60m/h、70m/h80m/h四個(gè)條件下,分別測(cè)定反應(yīng)pH值與脫鈣率及總硬脫除率的數(shù)據(jù)。

(2)相同流速下不同試驗(yàn)時(shí)期的脫鈣效率試驗(yàn)。在最佳流速70m/h條件下,分別在試驗(yàn)初期、試驗(yàn)中期和試驗(yàn)?zāi)┢,投加氫氧化鈉溶液,分別測(cè)定反應(yīng)pH值與脫鈣率及總硬脫除率的數(shù)據(jù)。

(3)添加碳酸鈉及氫氧化鈉特定流速下的脫鈣效率試驗(yàn)。在最佳流速70m/h條件下,單獨(dú)添加10%碳酸鈉溶液和聯(lián)合添加8%的氫氧化鈉溶液情況,分別測(cè)定反應(yīng)pH值與脫鈣率及總硬脫除率的數(shù)據(jù)。

(4)最佳運(yùn)行條件不同脫鈣效率下除硬軟化運(yùn)行成本測(cè)算試驗(yàn)。在最佳流速70m/h條件下,投加氫氧化鈉溶液,分別控制脫鈣率在50%、60%、70%下,測(cè)定反應(yīng)器對(duì)應(yīng)的運(yùn)行成本。

(5)高效除硬軟化后高濁度水質(zhì)的過(guò)濾研究試驗(yàn)。在最佳流速70m/h條件下,投加氫氧化鈉溶液,分別測(cè)定反應(yīng)出水靜置15分鐘前后的脫鈣率及濁度數(shù)據(jù)?刂聘pH值條件下,采集高濁度水樣,采用超級(jí)碳化硅過(guò)濾膜過(guò)濾處理,檢測(cè)過(guò)濾效果和通量變化等。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.3.1 不同流速下高效除硬系統(tǒng)的脫鈣效率試驗(yàn)

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通過(guò)圖1可知,pH9.3以內(nèi)時(shí),脫鈣率較低或0,基本沒(méi)有脫鈣效率,pH值升高到9.6以后,脫鈣率開(kāi)始逐步提升,80米流速下,脫鈣率提升較為緩慢,其他三個(gè)流速下脫鈣率提升非常明顯,pH值在10條件下,50米流速、60米流速、70米流速下脫鈣率均只能達(dá)到30%,在pH值超過(guò)10以后,70米流速下,脫鈣率快速上升,50米流速下脫鈣率其次,80米流速下脫鈣率最差,在pH值超過(guò)10.8后,四個(gè)流速下脫鈣率均能超過(guò)50%,仍然是70米流速下脫鈣率最佳,之后隨著pH值的升高,幾種流速下脫鈣率上升幅度接近,且差距縮小。

2.3.2 相同流速下不同試驗(yàn)時(shí)期的脫鈣效率試驗(yàn)

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通過(guò)圖2可知,選擇同在70米流速下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析,可以看出,試驗(yàn)初期脫鈣率較低,斜率較小,脫鈣所需的pH值條件更高,脫鈣難度較大,隨著試驗(yàn)的推進(jìn),在試驗(yàn)中期,脫鈣率略微上升,且上升幅度與試驗(yàn)初期基本接近,在試驗(yàn)后期,脫鈣率快速提升,曲線斜率加大,反應(yīng)所需的pH值大幅降低,對(duì)應(yīng)的脫鈣率也快速上升。

2.3.3 添加碳酸鈉及聯(lián)合輔助氫氧化鈉特定流速下的脫鈣效率試驗(yàn)

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通過(guò)圖3曲線看,在原水pH8.5情況下,添加少量的碳酸鈉,pH值提升緩慢,脫鈣率提升也較少,在pH9.4以內(nèi)時(shí),脫鈣率低于10%,總硬度脫除率更低;隨后繼續(xù)調(diào)大碳酸鈉加藥泵,逐步升高pH值超過(guò)9.4以后,脫鈣率明顯上升,酚酞堿度2.6mmol/L,之后隨著碳酸鈉的加藥量的提高,脫鈣率快速提升,pH值達(dá)到9.7后,脫鈣率接近60%,之后再調(diào)大碳酸鈉加藥量,pH值提升緩慢,脫鈣率也提升緩慢,最后碳酸鈉調(diào)至加藥泵最大加藥量,反應(yīng)的pH值也只能達(dá)到10.2,脫鈣率最高只有67%。

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通過(guò)圖4可知,先添加一定濃度的碳酸鈉溶液,將pH值調(diào)整到9.6左右,此刻再開(kāi)始添加氫氧化鈉,緩慢提高反應(yīng)的pH值,通過(guò)曲線可以看出,在pH9.6以內(nèi)時(shí),脫鈣率較低,之后添加氫氧化鈉后,pH值快速上升,脫鈣率急劇上升,pH值超過(guò)9.8后,脫鈣率超過(guò)50%,之后繼續(xù)提高pH值,脫鈣率上升緩慢,pH值超過(guò)10.8以后,脫鈣率再次快速上升,pH11時(shí),脫鈣率達(dá)到70%,這種情況跟單獨(dú)添加氫氧化鈉試驗(yàn)期間基本一致,說(shuō)明碳酸鈉的同步加入無(wú)法有效提高脫鈣率,同時(shí)整個(gè)試驗(yàn)期間,總硬度的脫除比較緩慢,只有在pH值超過(guò)11后,隨著鎂離子形成氫氧化鎂,總硬度脫除率開(kāi)始較快上升,可見(jiàn)在低pH值階段,同樣存在對(duì)鎂離子的脫除效果不佳。

2.3.4 最佳運(yùn)行條件不同脫鈣效率下除硬軟化藥品投加量及運(yùn)行成本測(cè)算試驗(yàn)

在最佳流速70m/h條件下,投加氫氧化鈉溶液,逐步提高反應(yīng)的pH值,分別控制脫鈣率在50%、60%70%下,測(cè)定反應(yīng)器對(duì)應(yīng)的加藥量。

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由表2可知,通過(guò)試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的藥劑消耗量,略微超過(guò)該條件下的理論藥劑投加量,主要是實(shí)際工況下反應(yīng)條件是在非理想條件進(jìn)行的,同時(shí)試驗(yàn)過(guò)程中,不可避免有一定的誤差造成數(shù)據(jù)升高。

2.4 運(yùn)行成本分析

本研究脫硬后副產(chǎn)物主要為粒徑在1~2mm的高純度碳酸鈣顆粒,碳酸鈣純度在92%以上,脫硬副產(chǎn)物的資源化回收,可以抵消部分運(yùn)行成本。根據(jù)相關(guān)研究表明:爐內(nèi)干法脫硫效率約在85%~90%,尾部煙氣濕法脫硫效率約在95%以上,這樣可以把脫硬產(chǎn)生的碳酸鈣折算成尾部煙氣濕法脫硫原料來(lái)測(cè)算副產(chǎn)品產(chǎn)出價(jià)值。三個(gè)不同脫鈣率條件下的綜合運(yùn)行成本,綜合測(cè)算下來(lái),54%的脫鈣率對(duì)應(yīng)的綜合成本約0.579/m3,63%的脫鈣率對(duì)應(yīng)的綜合成本約0.918/m3,72%的脫鈣率對(duì)應(yīng)的綜合成本約1.255/m3。

2.5 高效除硬軟化后高濁度水質(zhì)的過(guò)濾研究試驗(yàn)

主要對(duì)除硬后出水靜置15分鐘,分別對(duì)靜置前后的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析比對(duì),給未來(lái)除硬軟化出水過(guò)濾工藝的選擇提供參考。具體見(jiàn)圖5所示。

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通過(guò)試驗(yàn)可知,在pH10.6之前,由于水中原有堿度較高,加入的氫氧化鈉全部參與原水堿度的反應(yīng),沒(méi)有富余的氫氧根,因而氫氧化鎂形成較少,出水濁度沒(méi)有明顯提升,因而除硬系統(tǒng)出水靜置前后,濁度沒(méi)有明顯的降低,同時(shí)總硬度的脫除率也沒(méi)有明顯提高。在出水pH值超過(guò)10.6的條件下,出水經(jīng)過(guò)靜置15分鐘后,水中形成的氫氧化鎂沉淀物能快速沉降,靜置后的水樣總硬度大幅降低,總硬度脫除效率顯著升高,脫鈣率基本保持不變,再次證明對(duì)于鎂硬高的循環(huán)水排污水深度處理系統(tǒng),需要在脫鈣的同時(shí),保持特定的pH(略微過(guò)量的氫氧根)來(lái)進(jìn)行鎂硬的脫除,進(jìn)而可以提高對(duì)總硬度的脫除效率。

2.6 過(guò)濾實(shí)驗(yàn)室同步做高濁度水碳化硅過(guò)濾試驗(yàn)

開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究的過(guò)程中,在pH值較高情況下,出水濁度約35NTU,同步做高濁度水碳化硅過(guò)濾試驗(yàn),試驗(yàn)采用浸沒(méi)式負(fù)壓抽吸方式,試驗(yàn)進(jìn)展4個(gè)小時(shí),過(guò)濾膜通量沒(méi)有降低,出水濁度基本都在0.2NTU以內(nèi)。用碳化硅過(guò)濾膜進(jìn)行連續(xù)24小時(shí)不間斷過(guò)濾試驗(yàn),以檢測(cè)高pH值及高濁度情況下,對(duì)碳化硅過(guò)濾膜片的通量試驗(yàn)和過(guò)濾精度試驗(yàn),經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),過(guò)濾精度沒(méi)有下降,出水濁度仍然保持接近于“0”,過(guò)濾通量也沒(méi)有明顯降低。

3、結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果討論

3.1.1 反應(yīng)pH值對(duì)脫除率的影響

本次研究試驗(yàn)中,可知當(dāng)前試驗(yàn)用水,在pH9.5以下時(shí),總硬度脫除率和脫鈣率均不理想,脫鈣率勉強(qiáng)在10%左右,原因估計(jì)與緩釋阻垢劑有一定的影響,在pH值超過(guò)10的情況下,脫鈣率可以超過(guò)30%,在pH值達(dá)到10.4時(shí),脫鈣率在50%左右,在pH值達(dá)到10.8時(shí),脫鈣率接近60%,在pH值超過(guò)11后,脫鈣率增加緩慢,在70%左右,同時(shí)出水濁度開(kāi)始逐步升高,在pH值接近11.5情況下,脫鈣率接近80%,出水濁度也超過(guò)30NTU,出水半透明,能明顯看到白色絮狀物。根據(jù)當(dāng)前的循環(huán)水水質(zhì),控制結(jié)晶造粒反應(yīng)pH值在10.3~11.4,脫鈣效率較高。

3.1.2 進(jìn)水流速對(duì)脫除效率的影響

本次試驗(yàn)研究可知,在當(dāng)前的循環(huán)水水質(zhì)條件下,最佳反應(yīng)流速為70m/h,其次為50m/h60m/h,最差80m/h,同時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,在同等流速下,試驗(yàn)后期比試驗(yàn)中期和試驗(yàn)初期的脫鈣率會(huì)明顯上升,這主要跟晶種的活化程度和對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)能力有關(guān)。

3.1.3 循環(huán)水投加緩釋阻垢劑對(duì)丸;Y(jié)晶除硬的影響

通過(guò)本次試驗(yàn)驗(yàn)證,循環(huán)水阻垢劑副作用較大,對(duì)晶種吸附碳酸鈣微晶體并丸;L(zhǎng)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響,主要表現(xiàn)在低pH值條件下,脫鈣率不高,只有增加藥量,提高反應(yīng)pH值情況下,脫鈣率才會(huì)逐步提升。阻垢劑作用原理:阻垢劑功能團(tuán)通過(guò)物理或化學(xué)作用被吸附到碳酸鈣微晶及其他懸浮物離子表面,吸附了阻垢劑功能團(tuán)的小晶體和懸浮物表面形成了雙電層,改變了顆粒表面原來(lái)的電荷狀況,在靜電作用下,顆粒相互排斥,這樣避免了顆粒碰撞后長(zhǎng)大沉積,并將碳酸鈣微晶及懸浮物微粒分散在循環(huán)水中。當(dāng)然某些特定阻垢劑的分子鏈功能團(tuán)能阻止鈣離子和碳酸根結(jié)合,或是阻止碳酸鈣晶粒互相結(jié)合,也有可能是阻垢劑功能團(tuán)會(huì)在某種程度上改變碳酸鈣的結(jié)晶結(jié)構(gòu),造成晶格扭曲,阻止碳酸鈣微晶;ハ嗑o密結(jié)合,最終不容易形成致密的排列結(jié)構(gòu),而生成碳酸鈣微晶體的水渣類物質(zhì)。

3.1.4 晶種生長(zhǎng)情況分析

根據(jù)相關(guān)研究資料,本次試驗(yàn)選用的初始晶種為紅褐色微粒,粒徑約0.1~0.15mm。在中試期間從設(shè)備底部顆粒排放口取樣,與初始添加晶種進(jìn)行比對(duì)。隨著試驗(yàn)的推進(jìn),晶種顏色逐步變白,表明晶種表面已經(jīng)開(kāi)始吸附捕捉結(jié)垢物質(zhì),并隨著試驗(yàn)時(shí)間的加長(zhǎng),晶體能夠逐漸長(zhǎng)大,最后試驗(yàn)結(jié)束排出晶體顆粒粒徑約0.5~1mm,大小均勻,通體渾圓,質(zhì)地堅(jiān)硬,表明晶種在設(shè)備內(nèi)的流化狀態(tài)比較正常。在正式項(xiàng)目中,長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,晶體會(huì)逐漸長(zhǎng)大,達(dá)到2~3mm的成熟狀態(tài)。排放顆粒中碳酸鈣含量超過(guò)92%,可以作為鍋爐脫硫劑進(jìn)行回收利用,實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品的資源化。

3.2 排污水回用研究及論證

3.2.1 循環(huán)水排污水處理后回用研究

對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行深度處理,分級(jí)利用(分梯度利用),除硬軟化過(guò)濾后,水中鈣鎂硬度大幅降低,且濁度較低,可以根據(jù)后續(xù)工藝要求進(jìn)行回用,包括三個(gè)回用途徑:鍋爐補(bǔ)給水RO、循環(huán)水補(bǔ)水和廢水零排放RO單元等,回收率從75%~95%不等。

3.2.2 旁路循環(huán)模式研究(水平衡動(dòng)態(tài)模擬及濃縮倍率提升模型)

根據(jù)水平衡和鹽平衡的模型,對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)旁路軟化循環(huán)回用單元進(jìn)行模擬推算,根據(jù)動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)的旁路循環(huán)軟化系統(tǒng),在不同比例的旁路處理量情況下,設(shè)定70%的脫鈣率,控制堿度穩(wěn)定,可以推測(cè)鈣硬濃縮上限和預(yù)計(jì)濃縮倍數(shù)以及減排水量等。

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根據(jù)表3可以看出,若是選定旁路循環(huán)軟化處理比例在3%情況下,旁路軟化系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,整個(gè)系統(tǒng)平衡后,循環(huán)水中鈣硬在287mg/L,旁路軟化出水鈣硬約86mg/L,濃縮倍數(shù)預(yù)計(jì)可以從現(xiàn)有的2.8倍提升至6倍,節(jié)約的排污水量約624m/h

4、結(jié)語(yǔ)

(1)丸;Y(jié)晶造粒除硬軟化系統(tǒng)能夠處理當(dāng)前的循環(huán)水排污水,可以大幅降低鈣硬及部分鎂硬。初始運(yùn)行流速控制在50~60m/h,正式運(yùn)行流速控制在70~80m/h,pH值在10.3~11.4期間,脫鈣率在50%~70%,試驗(yàn)中最高脫鈣率超過(guò)80%,且反應(yīng)比較穩(wěn)定高效。

(2)開(kāi)展脫鎂試驗(yàn)除硬出水靜置前后鈣硬基本不變,總硬度相比靜置前下降約40%,濁度低于5NTU。用碳化硅膜過(guò)濾裝置高效過(guò)濾高濁度的水質(zhì),出水濁度接近“0NTU,出水總硬度顯著降低,鈣硬略微降低。

(3)新軟化工藝系統(tǒng),沒(méi)有污泥產(chǎn)生,只有副產(chǎn)品碳酸鈣顆粒,可以完全回用到脫硫單元,實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品的資源化回收。同時(shí)工藝簡(jiǎn)單,運(yùn)行維護(hù)工作量低,檢維修費(fèi)用大幅降低,綜合運(yùn)行成本更低。

(4)通過(guò)研究的三種用水模型可知,部分直接回用,其余可以新軟化技術(shù)進(jìn)行深度處理,并根據(jù)反應(yīng)條件,選擇適當(dāng)過(guò)濾工藝,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)排污水的多途徑回用,排污水回用率約95%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。(來(lái)源:國(guó)家電投集團(tuán)河南電力有限公司開(kāi)封發(fā)電分公司,艾特環(huán)境技術(shù)(天津)有限公司)

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