探討燃氣電廠循環冷卻水排污水處理技術

摘 要：循環冷卻水系統是煤氣電廠的重要部分，由于水質中的Cl-、Ca2+、SO42-等離子會導致設備出現腐蝕、結垢等問題，為此要重點探討燃氣電廠循環冷卻水排污水的處理技術，采用超高石灰鋁法，采用添加Ca（OH）2和NaAlO2與水中陰離子反應的方式，生成類水滑石型物質（LDH），有效去除溶液中的Ca2+、SO42-，確保燃氣電廠出水水質滿足循環冷卻水補給水的要求，并使之回用于冷卻水系統。

關鍵詞：燃氣電廠;循環冷卻水排污水處理;技術

循環冷卻水是電廠用水量的重要組成部分，也是最具有節水潛力的系統，由于傳統的燃煤電廠會產生灰、渣、SO2等有害物質，相較于燃氣電廠而言污染較大，燃氣電廠采用“燃氣-蒸汽聯合循環”工藝和技術，并采用燃氣蒸汽聯合循環機組，較好地提高發電效率。然而燃氣電廠的排污水只能外排，對周邊環境造成一定的影響，也極大地浪費了水資源。為此，本文重點探討燃氣電廠循環冷卻水排污水處理問題，通過增加循環冷卻水的循環倍率的方式，減少或消除開放式循環水系統的排污。

1 燃氣電廠循環冷卻水存在的問題及處理技術分析

1.1 循環冷卻水系統中的問題

（1）水質結垢。由于循環冷卻水在冷卻塔中的蒸發損失和循環倍率的提高，導致冷卻水中含鹽量增大，形成CaCO3、CaSO4、Ca3（PO4）2及鎂鹽沉淀，極大地影響循環冷卻水的流速和管壁的熱傳導效果，造成管壁鼓包的現象。（2）設備腐蝕。由于存在管材材質不合格、管材應力、循環水中腐蝕性陰離子超標、循環水處理工藝不完善等問題，導致循環冷卻水系統中設備的腐蝕問題。（3）微生物滋生。循環冷卻水在換熱器內沉積有粘泥、微生物、污垢等，會造成水質惡化的現象，也會引發不銹鋼設備的腐蝕問題。

1.2 循環冷卻水系統處理技術

主要包括有：（1）旁路處理技術。在循環冷卻水傳統回路上添加旁路，使部分循環冷卻水或排污水流入旁路處理并回至主路，實現系統中有害離子及物質的有效去除。包括有納濾工藝、石灰處理工藝和離子交換工藝等。循環冷卻水處理工藝要添加酸、緩蝕劑、阻垢劑和殺菌劑，調節循環冷卻水的PH值，并實現系統自動補水、自動排污、自動加藥、自動加酸，能夠實時檢測緩蝕、阻垢分散、微生物狀態，進行系統全方位的在線遠程控制。（2）Ca2+脫除技術。可以采用石灰軟化法、離子交換樹脂、膜處理法、電化學處理法，進行循環冷卻水中Ca2+的有效脫除處理，較好地降低循環冷卻水的硬度。（3）Cl-脫除技術。主要采用沉淀法、離子交換法、電滲析法等技術，進行循環冷卻水中Cl-的有效脫除處理[1]。

2 超高石灰鋁法實驗分析

2.1 僅含Cl-和Ca2+的循環冷卻水處理實驗

（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，設計溫度為20℃、30℃、40℃。通過試驗結果可知，應當選取鈣氯比5∶1為因素最佳水平。當鋁氯比為4∶1時，Ca2+的去除率較高。然而考慮工業應用成本，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。①鈣氯比對去除效果的影響。當鈣氯比升高時，對Cl-的去除率呈明顯上升趨勢，當鈣氯比為6∶1時，對Cl-的去除率達到最大值72.16%，這主要是由于鈣鹽和鋁鹽的加入形成有層狀結構的LDH型物質，當LDH趨于飽和時，物質間層吸收的Cl-也趨于飽和，對Cl-的去除率逐漸下降，當鈣鋁氯比為5∶3∶1時，Cl-的去除率最高達到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。當鋁氯比增加時，對Cl-的去除率呈現出升高趨勢，并當鋁氯比為3：1時，對Cl-的去除率最高可以達到72.92%，對Ca2+的去除率最高達到87.88%。③反應溫度對去除效果的影響。當溫度升高時，對Ca2+、Cl-的去除率明顯提升，當溫度升高至25℃時，對Ca2+、Cl-的去除率分別提升至73.11%、72.08%，反映溫度適當上升有益于反應的進行，促進目標產物的正向生成。④反應時間對去除效果的影響。隨著反應時間的增加，對兩種離子的去除率也相應上升，當反應時間上升至2h時，對Ca2+、Cl-的去除率分別提升至70.83%、74.17%。⑤初始溶液PH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PH為6時，對Cl-的去除率最高達到71.07%;當PH為7-8時，對Ca2+的去除率最高達到75.76%。⑥初始Cl-濃度對去除效果的影響。由于循環冷卻水排污水的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，當初始Cl-濃度降低時，對兩種離子的去除率也相應降低，當初始Cl-濃度為500mg/L時，對Cl-的去除率最高達到74.17%，對Ca2+的去除率最高達到73.67%。

2.2 添加SO42-后的循環冷卻水處理實驗

（1）不同初始SO42-濃度對兩種離子去除率的影響。SO42-會對Cl-的去除產生較大的抑制作用，當SO42-濃度升高時，Cl-的去除率明顯下降。當SO42-濃度為100mg/L時，對Cl-的去除率為53.12%;當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，使Cl-被重新置換到水中，降低其去除率。然而，當SO42-濃度提高時，卻并沒有對Ca2+的去除率產生較大的抑制，反而使Ca2+的去除率有所升高，當SO42-濃度為700mg/L時，對Ca2+的去除率達到85.29%，這主要是由于SO42-具有較強的競爭能力，能夠促使反應正向進行，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致整體生成物質量較少，無法進行鈣鹽水解后的反應，導致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時達到最佳狀態，Ca2+去除率可以達到80%左右，Cl-去除率最高可以達到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定為5∶3∶1，提高Ca2+、SO42-的去除率，使Cl-的總去除率達到75.05%，對Ca2+的去除率達到91.67%，對SO42-的去除率達到93.12%，使出水Cl-濃度達到121mg/L，較好地解決SO42-抑制Cl-去除率的問題。②增大投加量。可以通過微過量添加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中的Cl-濃度為134mg/L，去除率達到72.76%[2]。

2.3 實際循環冷卻水排污水處理實驗

對燃氣電廠實際循環冷卻水排污水采用超高石灰鋁法進行處理，實驗檢測并分析離子的出水濃度、PH、電導率和溫度等指標。實驗過程為：進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、電導率及總溶解固體量，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、穩定指數、結垢指數。考慮到反應中溶液的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相對穩定[3]。

3 小結

綜上所述，燃氣電廠循環冷卻水排污水處理采用超高石灰鋁法進行水質處理，通過僅含Cl-和Ca2+的循環冷卻水處理實驗、添加SO42-后的循環冷卻水處理實驗和實際循環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。后續還要加強對實驗出水中PH值較高、電導率偏高的研究，深入分析過濾工藝和固廢處理工藝在燃氣電廠循環冷卻水排污水的應用。

參考文獻：

[1]王維華.常減壓蒸餾裝置常頂換熱器的腐蝕分析與防護建議[J].廣東化工，2016（20）.

[2]張志國，蘭夢.火電廠循環冷卻水全自動化處理方案[J].華電技術，2016（02）.

[3]鄭建偉，于波，余于仿.某電廠循環水排污水深度處理及回用實例[J].通用機械，2015（08）.

作者簡介：高俊國（1981-），男，漢族，山東德州人，本科，工程師，目前從事電廠、化工廠水處理工作。