電吸附技術在火電廠循環(huán)冷卻水處理中的應用可行性研究

沈叔云，馮向東，施國忠

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310003）

電吸附技術在火電廠循環(huán)冷卻水處理中的應用可行性研究

沈叔云，馮向東，施國忠

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310003）

火電廠循環(huán)水排污水含鹽量高、水量大、回用比較困難，對電吸附技術在發(fā)電廠循環(huán)水排污水回用方面進行可行性研究。試驗結果表明電吸附技術有穩(wěn)定的除鹽效果，可有效降低和去除水中65%以上的硬度與氯離子，同時對COD亦有較好的去除效果，除鹽效率高，合計1 t水處理成本約0.5元。試驗設備運行穩(wěn)定，處理效果好且連續(xù)可調，設備耐受性好，可以用于循環(huán)水初級脫鹽處理。

循環(huán)水；電吸附除鹽；電耗

火力發(fā)電廠循環(huán)水排污水含鹽量高、水量大，如能實施回用，將大大減少取水量并降低發(fā)電單位耗水率。通過連續(xù)運行電吸附除鹽試驗裝置，分析處理前后水中硬度、氯化物、COD（化學需氧量）的變化，比較不同進水條件下的電耗水平，綜合考察電吸附技術在循環(huán)水回用領域應用的可行性，并為后續(xù)的零排放工作做準備。

1 試驗流程與方法

表1 循環(huán)水排污水水質

1.1 電吸附技術原理

用水采用浙江浙能長興發(fā)電有限公司1號機組循環(huán)水排污水，水質如表1所示。

電吸附技術基本原理是基于電化學中的雙電層理論，利用帶電電極表面的電化學特性來實現(xiàn)水中帶電粒子的去除、有機物的分解等目的。在電場的作用下，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，在電極表面富集濃縮后，實現(xiàn)與水的分離，獲得凈化/淡化的出水，工作原理如圖1所示。

1.2 試驗設備與流程

試驗設備主要有EMK600電吸附模塊1套，處理能力0.5 m3/h，整流電源柜1套，石英砂過濾器1套，揚程 14 m，流量 1 m3/h水泵 3臺，500 L水箱4個。試驗流程如圖2所示。考慮到電吸附除鹽的脫鹽效率，試驗分兩段進行：原水通過砂濾后進入原水箱，經(jīng)過電吸附一段模塊分離出可回用產(chǎn)水，濃水進入一段濃水箱，一段濃水作為電吸附二段模塊的進水進行進一步脫鹽；電吸附二段產(chǎn)水回到原水箱，二段濃水作為最終濃水外排進行后續(xù)工藝處理。再生過程產(chǎn)水進入中水箱可作為下一次再生過程的沖洗水，再生出水濃度較高時外排。

圖1 電吸附工作過程示意

圖2 電吸附工藝流程

2 試驗結果及分析

電吸附試驗共分2個階段進行，第一階段主要考察電吸附設備對循環(huán)水中硬度、氯離子、COD的去除效果，試驗期間定期取樣化驗水質，分析方法按《火力發(fā)電廠水汽分析方法》進行；第二階段穩(wěn)定運行電吸附設備，主要考察電吸附設備的脫鹽效率及電耗情況。

2.1 電吸附除鹽效果分析

在第一階段運行中，系統(tǒng)累積運行約180個周期，每周期21 min，進水pH值在7.86～8.28，產(chǎn)水pH值在6.28～7.14范圍內(nèi)，產(chǎn)水pH值的降低可能是由于反洗過程中少量加酸造成。試驗中，進水電導在924～1238 μs/cm（均值1 048 μs/ cm），產(chǎn)水電導基本穩(wěn)定在197～442 μs/cm（均值331 μs/cm），平均去除率67.4%，除鹽效果穩(wěn)定，如圖3所示。

2.2 總硬度降低效果

第一階段中電吸附設備對降低硬度的效果如圖4所示。取樣分析結果表明，進水總硬度為3.85～3.35 mmol/L，均值3.58 mmol/L；產(chǎn)水硬度為1.00～0.55 mmol/L，均值0.77 mmol/L，進出水硬度均比較穩(wěn)定，總硬度降低率在72%～85%之間。由此可以得出，在進水穩(wěn)定的條件下，電吸附可以穩(wěn)定地降低70%以上的硬度。總硬度的穩(wěn)定降低，可減輕循環(huán)水的回用過程中后續(xù)處理的負擔。

圖3 電吸附除鹽效果

圖4 總硬度下降效果

2.3 氯離子去除效果

第一階段試驗中電吸附設備對氯離子的去除效果如圖5所示。取樣分析結果表明，進水氯離子為192 mg/L，150 mg/L（平均為167 mg/L）；產(chǎn)水氯離子在46～74 mg/L（均值56 mg/L），氯離子的去除率因進水氯離子的波動而產(chǎn)生波動，去除率53.2%～78.1%，平均約65.7%。在進水氯離子有一定波動性情況下，產(chǎn)水中氯離子濃度仍然能保持在一個相對比較穩(wěn)定的水平。

2.4 COD去除效果

試驗中電吸附設備對COD的去除效果如圖6所示。進水COD約在14～25 mg/L，產(chǎn)水COD在2～11 mg/L，平均去除率62.3%，電吸附是通過電荷的吸引將水中帶電離子吸走的過程。COD作為有機物本應屬于電中性物質，設備對COD有一定去除效果可能是由于COD中含有部分帶電有機小分子，或者部分帶電離子吸附于有機分子上。

圖5 氯離子去除效果

圖6 COD去除效果

圖7 電吸附一段脫鹽率、得水率及噸水電耗

圖8 電吸附二段脫鹽率、得水率及噸水電耗

2.5 電吸附脫鹽效率分析

電吸附一段共進行試驗約150周期，累積處理水約14.3 t，產(chǎn)水11.7 t；進水電導在1 178～1 383 μs/cm（均值1 290 μs/cm），該進水條件下，電吸附除鹽率約為66.4%，產(chǎn)水電導在398～495 μs/cm（均值434 μs/cm），通過計算每天進水量與產(chǎn)水量得出電吸附一段得水率，約在82.4%左右（79.8%～83.6%），得水率穩(wěn)定，設備可穩(wěn)定脫鹽，期間未遇到強烈波動情況；通過模塊電流電壓積分求得電吸附一段噸水電耗情況，平均約為0.63 kWh/t（0.57～0.69 kWh/t，以進水計）。一段脫鹽率、得水率及噸水電耗狀況如圖7所示。

電吸附二段共進行試驗約50周期，累積進水約4.3 t，產(chǎn)水約3.1 t。電吸附二段進水為一段濃水，平均電導在4 100 μs/cm左右，產(chǎn)水電導約為1 770 μs/cm，濃水電導達到約8 000 μs/cm。平均除鹽率56.4%，平均產(chǎn)水率66.2%。除鹽率和產(chǎn)水率均低于一段，這主要和電吸附二段原水含鹽量較高有關，在保持兩端電壓和水的流速都不變的情況下，電極兩端無法吸附更多的帶電離子，從而降低了除鹽率與得水率。同樣計算耗得到電吸附二段噸水電耗平均約為2.34 kWh/t（2.20～2.55 kWh/t，以進水計）。二段脫鹽率、得水率及噸水電耗狀況如圖8所示。

2.6 運行經(jīng)濟性分析

電吸附一段試驗中，進水電導約1 300 μs/cm，除鹽率65%左右，得水率達到80%條件下，電耗約為0.63 kWh/t，與同等條件下的反滲透相比，能耗約能節(jié)省30%左右；在電吸附二段試驗中，濃水電導濃縮至約8 000 μs/cm，除鹽率在55%以上，得水率65%以上，電耗約為2.34 kWh/t，電耗高于反滲透。若采用兩段組合工藝處理，計算可得綜合電耗約為1.18 kWh/t，以含稅上網(wǎng)電價計0.42元/kWh計算，處理成本約0.5元/t。同時電吸附設備耐受性較好，壽命長，幾乎無需加藥，相比反滲透也不會出現(xiàn)膜堵塞的情況，運行操作簡單，且無多余污染物產(chǎn)生。所以在處理成本相當甚至更有優(yōu)的條件下，電吸附工藝可以用于發(fā)電廠循環(huán)水的初級脫鹽處理。

3 結論

試驗結果表明，電吸附工藝有穩(wěn)定的除鹽效果，對硬度、氯離子有穩(wěn)定的降低和去除效果，同時還能有效去除部分COD，脫鹽率與得水率可根據(jù)需求靈活調整。試驗中電滲析一段處理電耗約0.63 kWh/t，能耗比反滲透低約30%，二段電耗約2.34 kWh/t，能耗高于反滲透；一、二段綜合處理電耗約為1.18 kWh/t，合計處理成本約0.5元/t，實際運行中發(fā)電廠可根據(jù)自身回用需求選擇一段或多段方式進行電吸附脫鹽處理。考慮到電吸附工藝設備耐受性好，加藥少，運行操作簡單，在發(fā)電廠循環(huán)水排污水的初級脫鹽處理中具有明顯的優(yōu)勢。

[1]陳兆林，宋存義，孫曉慰，等.電吸附除鹽技術的研究與應用進展[J].工業(yè)水處理，2011，31（4）∶11-14.

[2]劉江，謝龍鳳，張鵬.電吸附技術在電廠廢水處理中的試驗研究[J].工業(yè)水處理，2015，35（4）∶68-71.

[3]徐永清，周北海，張鴻濤，等.電吸附工藝用于焦化廢水深度處理的中試[J].環(huán)境科學研究，2014，27（6）∶663-669.

[4]張旭，提蕓，趙波.電吸附技術處理電廠反滲透濃水試驗研究[J].給水排水，2013（39）∶366-368.

（本文編輯：陸 瑩）

Feasibility Study on Application of Electroadsorption Technique in Circulating Cooling Water Treatment in Thermal Power Plant

SHEN Shuyun，F(xiàn)ENG Xiangdong，SHI Guozhong
（Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The waste water of circulating water system is hard to reuse because of its high salinity and large quantity.This paper conducts feasibility study on the application of electroadsorption technique in circulating cooling water treatment in power plants.The test result shows that this technique is stable in desalination and can reduce salinity and chloride ion in water by 65%or more；besides，the technique can better remove COD.The technique is characterized by its high desalination rate，meaning treatment of 1 ton of water costs 0.5Yuan.The test equipment operates in stability and its treatment efficiency is favorable，constant and adjustable；it is tolerant and can be used for preliminary desalination of circulating water in power plant.

circulating water；electroadsorption desalination；electricity consumption

TM621.8

B

1007-1881（2015）11-0089-03

2015-09-17

沈叔云（1989），男，碩士，從事發(fā)電廠化學專業(yè)工作。