循環(huán)冷卻水是電廠用水量的重要組成部分,也是最具有節(jié)水潛力的系統(tǒng),由于傳統(tǒng)的燃煤電廠會產(chǎn)生灰、渣、SO2等有害物質(zhì),相較于燃?xì)怆姀S而言污染較大,燃?xì)怆姀S采用“燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)”工藝和技術(shù),并采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組,較好地提高發(fā)電效率。然而燃?xì)怆姀S的排污水只能外排,對周邊環(huán)境造成一定的影響,也極大地浪費(fèi)了水資源。為此,本文重點探討燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水處理問題,通過增加循環(huán)冷卻水的循環(huán)倍率的方式,減少或消除開放式循環(huán)水系統(tǒng)的排污。
一、燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水存在的問題及處理技術(shù)分析
1.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的問題
(1)水質(zhì)結(jié)垢。由于循環(huán)冷卻水在冷卻塔中的蒸發(fā)損失和循環(huán)倍率的提高,導(dǎo)致冷卻水中含鹽量增大,形成CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2及鎂鹽沉淀,極大地影響循環(huán)冷卻水的流速和管壁的熱傳導(dǎo)效果,造成管壁鼓包的現(xiàn)象。
(2)設(shè)備腐蝕。由于存在管材材質(zhì)不合格、管材應(yīng)力、循環(huán)水中腐蝕性陰離子超標(biāo)、循環(huán)水處理工藝不完善等問題,導(dǎo)致循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中設(shè)備的腐蝕問題。
(3)微生物滋生。循環(huán)冷卻水在換熱器內(nèi)沉積有粘泥、微生物、污垢等,會造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象,也會引發(fā)不銹鋼設(shè)備的腐蝕問題。
1.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)處理技術(shù)
主要包括有:
(1)旁路處理技術(shù)。
在循環(huán)冷卻水傳統(tǒng)回路上添加旁路,使部分循環(huán)冷卻水或排污水流入旁路處理并回至主路,實現(xiàn)系統(tǒng)中有害離子及物質(zhì)的有效去除。包括有納濾工藝、石灰處理工藝和離子交換工藝等。循環(huán)冷卻水處理工藝要添加酸、緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑,調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水的PH值,并實現(xiàn)系統(tǒng)自動補(bǔ)水、自動排污、自動加藥、自動加酸,能夠?qū)崟r檢測緩蝕、阻垢分散、微生物狀態(tài),進(jìn)行系統(tǒng)全方位的在線遠(yuǎn)程控制。
(2)Ca2+脫除技術(shù)。
可以采用石灰軟化法、離子交換樹脂、膜處理法、電化學(xué)處理法,進(jìn)行循環(huán)冷卻水中Ca2+的有效脫除處理,較好地降低循環(huán)冷卻水的硬度。
(3)Cl-脫除技術(shù)。
主要采用沉淀法、離子交換法、電滲析法等技術(shù),進(jìn)行循環(huán)冷卻水中Cl-的有效脫除處理。
二、超高石灰鋁法實驗分析
2.1 僅含Cl-和Ca2+的循環(huán)冷卻水處理實驗
(1)獲取各因素的影響水平及最佳處理條件。可以采用四因素三水平正交試驗,重點探討鈣氯比、鋁氯比、時間及溫度等四個因素,設(shè)計溫度為20℃、30℃、40℃。通過試驗結(jié)果可知,應(yīng)當(dāng)選取鈣氯比5∶1為因素最佳水平。當(dāng)鋁氯比為4∶1時,Ca2+的去除率較高。然而考慮工業(yè)應(yīng)用成本,選擇鋁氯比為3∶1為因素最佳水平。
(2)采用單因素實驗。在確定最佳藥劑投加比和反應(yīng)條件之后,選取任一個因素作為單一變量,其他因素保持不變,分析單因素對Ca2+和Cl-去除率的影響。
?、兮}氯比對去除效果的影響。
當(dāng)鈣氯比升高時,對Cl-的去除率呈明顯上升趨勢,當(dāng)鈣氯比為6∶1時,對Cl-的去除率達(dá)到最大值72.16%,這主要是由于鈣鹽和鋁鹽的加入形成有層狀結(jié)構(gòu)的LDH型物質(zhì),當(dāng)LDH趨于飽和時,物質(zhì)間層吸收的Cl-也趨于飽和,對Cl-的去除率逐漸下降,當(dāng)鈣鋁氯比為5∶3∶1時,Cl-的去除率最高達(dá)到72.84%,出水Cl-濃度為129mg/L。同時,隨著鈣氯比的增加,Ca2+的去除率有所下降,當(dāng)鈣氯比為5:1時,Ca2+的出水濃度為56mg/L。
②鋁氯比對去除效果的影響。
當(dāng)鋁氯比增加時,對Cl-的去除率呈現(xiàn)出升高趨勢,并當(dāng)鋁氯比為3:1時,對Cl-的去除率最高可以達(dá)到72.92%,對Ca2+的去除率最高達(dá)到87.88%。
③反應(yīng)溫度對去除效果的影響。
當(dāng)溫度升高時,對Ca2+、Cl-的去除率明顯提升,當(dāng)溫度升高至25℃時,對Ca2+、Cl-的去除率分別提升至73.11%、72.08%,反映溫度適當(dāng)上升有益于反應(yīng)的進(jìn)行,促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的正向生成。
④反應(yīng)時間對去除效果的影響。
隨著反應(yīng)時間的增加,對兩種離子的去除率也相應(yīng)上升,當(dāng)反應(yīng)時間上升至2h時,對Ca2+、Cl-的去除率分別提升至70.83%、74.17%。
?、莩跏既芤篜H對去除效果的影響。
初始溶液PH對Ca2+、Cl-的去除率基本沒有影響,當(dāng)PH為6時,對Cl-的去除率最高達(dá)到71.07%;當(dāng)PH為7、8時,對Ca2+的去除率最高達(dá)到75.76%。
?、蕹跏糃l-濃度對去除效果的影響。
由于循環(huán)冷卻水排污水的Cl-大多低于1000mg/L,因而要分析初始Cl-濃度對去除效果的影響,當(dāng)初始Cl-濃度降低時,對兩種離子的去除率也相應(yīng)降低,當(dāng)初始Cl-濃度為500mg/L時,對Cl-的去除率最高達(dá)到74.17%,對Ca2+的去除率最高達(dá)到73.67%。
2.2 添加SO42-后的循環(huán)冷卻水處理實驗
(1)不同初始SO42-濃度對兩種離子去除率的影響。
SO42-會對Cl-的去除產(chǎn)生較大的抑制作用,當(dāng)SO42-濃度升高時,Cl-的去除率明顯下降。當(dāng)SO42-濃度為100mg/L時,對Cl-的去除率為53.12%;當(dāng)SO42-濃度為700mg/L時,對Cl-的去除率僅為19.11%,表明SO42-等陰離子與Cl-競爭層間位置,而SO42-的競爭能力相對較強(qiáng),使Cl-被重新置換到水中,降低其去除率。然而,當(dāng)SO42-濃度提高時,卻并沒有對Ca2+的去除率產(chǎn)生較大的抑制,反而使Ca2+的去除率有所升高,當(dāng)SO42-濃度為700mg/L時,對Ca2+的去除率達(dá)到85.29%,這主要是由于SO42-具有較強(qiáng)的競爭能力,能夠促使反應(yīng)正向進(jìn)行,生成較多的Ca6Al2(SO4)3(OH)12,提高對Ca2+的去除率。
(2)鈣鋁投加比對不同離子去除率的影響。
當(dāng)n(Al)∶n(SO42-+Cl-)為2∶1時,對鈣離子、氯離子的去除率相對較低,Ca2+去除率為零,Cl-去除率僅為16%,這主要是由于鋁鹽投加量不足導(dǎo)致整體生成物質(zhì)量較少,無法進(jìn)行鈣鹽水解后的反應(yīng),導(dǎo)致Ca2+濃度偏高,降低了Ca2+的去除率。通過實驗分析可知,n(Al)∶n(SO42-+Cl-)為5∶3∶1時達(dá)到最佳狀態(tài),Ca2+去除率可以達(dá)到80%左右,Cl-去除率最高可以達(dá)到45.56%。
(3)提高Cl-去除率的方法。
主要包括以下處理方法:
①二次處理。在一次實驗處理之后,可以使SO42-的去除率達(dá)到85%以上,其濃度降至100mg/L以下,然而Cl-的濃度仍舊偏高,對此可以采用二次處理的方法,將二次去除時的藥劑投加比設(shè)定為5∶3∶1,提高Ca2+、SO42-的去除率,使Cl-的總?cè)コ蔬_(dá)到75.05%,對Ca2+的去除率達(dá)到91.67%,對SO42-的去除率達(dá)到93.12%,使出水Cl-濃度達(dá)到121mg/L,較好地解決SO42-抑制Cl-去除率的問題。
?、谠龃笸都恿俊?梢酝ㄟ^微過量添加Ca(OH)2和NaAlO2的方式,提高對Ca2+、Cl-的去除率,降低兩種離子的濃度。尤其是處理后的水質(zhì)中的Cl-濃度為134mg/L,去除率達(dá)到72.76%。
2.3 實際循環(huán)冷卻水排污水處理實驗
對燃?xì)怆姀S實際循環(huán)冷卻水排污水采用超高石灰鋁法進(jìn)行處理,實驗檢測并分析離子的出水濃度、PH、電導(dǎo)率和溫度等指標(biāo)。實驗過程為:進(jìn)行水樣過濾處理并測定三種離子的出水濃度、PH、溫度、總堿度、電導(dǎo)率及總?cè)芙夤腆w量,將500mL水樣置于錐形瓶,依照一定比例添加Ca(OH)2和Al(OH)3,溫度為25℃,震蕩并過濾,測定并計算水樣的鈣硬度、飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、結(jié)垢指數(shù)??紤]到反應(yīng)中溶液的PH值較高,可以投加HNO3并曝氣24h,以降低溶液的PH值,并使酸化處理后的離子濃度指標(biāo)相對穩(wěn)定。
三、小結(jié)
綜上所述,燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水處理采用超高石灰鋁法進(jìn)行水質(zhì)處理,通過僅含Cl-和Ca2+的循環(huán)冷卻水處理實驗、添加SO42-后的循環(huán)冷卻水處理實驗和實際循環(huán)冷卻水排污水處理實驗,能夠有效降低Cl-、SO42-和Ca2+的濃度,分析各因素對Cl-、SO42-和Ca2+去除率的影響。后續(xù)還要加強(qiáng)對實驗出水中PH值較高、電導(dǎo)率偏高的研究,深入分析過濾工藝和固廢處理工藝在燃?xì)怆姀S循環(huán)冷卻水排污水的應(yīng)用。( >
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