化學結晶造粒流化床軟化技術在中水深度處理中的應用

麻 璐

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司生產準備部，陜西神木 719316）

1 技術原理

化學結晶造粒流化床軟化法是向水中投加一定比例晶種，后投入堿性藥劑（如氫氧化鈉、碳酸鈉）與水混合均勻，并與水中堿發生反應，利用設備及水力作用完成結晶造粒的過程，從而達到軟化出水的效果。

2 系統的工藝和設備的構成

化學結晶造粒軟化技術工藝通常由化學結晶造粒軟化系統、固液分離流化床系統、晶體投加系統、晶體回收系統、混凝劑和助凝濟投加系統、酸堿加藥系統、污泥濃縮脫水系統組成?；瘜W結晶造粒軟化是在結晶反應器內進行的，而最典型的反應器是上向流反應器，其設備原理如圖1所示。

圖1 化學結晶造粒流化床設備原理圖

工藝流程：水從結晶軟化床下部進水管進入，投加晶體，使晶種懸浮在水中，同時在設備內精確投加NaOH和Na2CO3，生成的CaCO3直接附著在晶種表面生長，最終形成大的CaCO3結晶顆粒，沉淀在結晶軟化床底部排走，清水從反應器上部排出進入固液分離流化床，投加凝聚劑和混凝劑，對懸浮物進行分離沉淀，污泥從流化床底部排走進入污泥濃縮和脫水系統進行處理，如圖2所示。

圖2 中水深度處理工藝流程圖

3 化學結晶造粒流化床軟化技術對比

3.1 石灰石軟化法

原理：在原水中加入定量石灰石，石灰石與水中的鈣、鎂離子反應生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，最終達到降低原水硬度的目的。石灰石可以除掉水中的二氧化碳和暫時硬度，無法除去水中的永久硬度和負硬度。一般石灰軟化法用于處理硬度高、堿度高的水，石灰-純堿軟化法用于處理硬度高、堿度低的水，石灰-石膏處理法用于處理硬度低、堿度高水。其反應過程化學方程式如下所示。

此方法的優點是：石灰石價格低，處理成本相對較低；缺點是：工藝流程長，操作管理流程復雜，初投資較高，藥劑投加量較大，投加量不易控制。

3.2 離子交換法

原理：將原水通過陽離子軟化床，原水中的鈣鎂離子與軟化床中離子交換樹脂的活性基團鈉離子、氫離子進行離子交換反應，鈉離子、氫離子被原水水中的鈣鎂離子取代，從而達到軟化水質的效果，此方法需要消耗再生劑，成本比較高，樹脂失效后需要進行再生，從而造成水資源浪費且產生二次污染。

3.3 膜軟化法

原理：以高分子半透膜作為介質利用外部施加的推動力，使溶液中的某種成分過濾出來，以此達到分離的目的。常用的膜軟化法包括電滲析法、反滲透法、納濾法和超濾法。

此方法優點是產水不易產生有毒附著物，能量損失小，適用范圍廣，操作簡單，處理效率高和占地面積??；缺點是造價高、產生液水難處理。

3.4 總結

通過與石灰軟化法、離子交換法和膜處理法的對比，化學結晶造粒流化床軟化法有成本低、效率高、投資省和無副產物產生等優勢。

4 化學結晶造粒流化技術在火電廠循環水處理中的應用

現以某電廠循環水系統中的補水為實驗對象，通過中試實驗驗證其軟化效果，晶種選用0.24mm。

4.1 原水水質

該中試實驗選用水源為山西省某城鎮污水廠的中水，用作電廠冷卻塔補充水，其水質指標，如表1所示。

表1 中水水質指標

4.2 中試實驗流程

將處理后的原水從流化床底部進入，同時加入堿性藥劑，原水與藥劑快速混合并反應形成CaCO3晶體，CaCO3晶體附著在晶種表面形成結晶顆粒物，經軟化后的水從流化床上部流出，并與酸混合后加入循環水補水池。

4.3 實驗結果分析

4.3.1 流化床產水PH的影響

流化床的軟化效果和產水pH有很大的關系：將原水pH從8.8提高至10.73時，總硬度去除率可達到76%，Ca2+去除率可達到89%，將原水pH提高至11.58時，總硬度的去除率達到89%，Ca2+去除率可達到95%。

NaOH產生的OH-消耗掉水中的HCO3-生成CO32-，CO32-和Ca2+反應生成CaCO3，中試實驗中當pH大于10.79時，Ca2+去除率降低后保持不變，此時Ca2+去除率較高，流化床產水水質良好。因此將pH=10.79作為該實驗的控制點，如圖3所示。

圖3 不同pH下水質指標情況

4.3.2 流化床上升流速的影響

流化床的軟化效果和上升流速有很大的關系：①流化床上升流速低時，流化床晶種床層膨脹度低，軟化藥劑無法均勻分布在整個膨脹床層中，軟化效果不佳；②從流化床上升流速過高時，一些小粒徑的晶種被水流沖走，軟化效果不佳。該實驗將流化床出水pH控制在10.8左右，在不同流速下測定產水指標，結果如圖4所示。

圖4 不同上升流速下水質指標情況

從圖4看出：初始隨著上升流速的增加，硬度和Ca2+出現明顯的下降，但隨著流速增加，硬度和Ca2+又開始上升，表明該中試實驗在80m/h的上升流速下，軟化效果最佳，Ca2+去除效率最大。

4.3.3 連續穩定運行效果

如圖5所示，初始流化床產水Ca2+含量是35mg/L，連續穩定運行12h后，產水Ca2+含量是18mg/L。由于初始晶種表面沒有CaCO3，所以誘導結晶能力弱，隨著運行時間加長，晶種表面CaCO3含量增加，誘導能力加強，流化床的軟化效果隨著運行時間的延長而變好。且進出水堿度相近，所以經過軟化處理后的水質影響不大。

圖5 連續運行12h原水水質變化情況

5 結束語

化學結晶造粒流化床軟化處理降低循環水硬度效率高，且不會對水質產生明顯影響。同時，流化床上升流度和產水pH均對硬度去除率有較大影響，且隨著運行時間加長，流化床去除效果逐漸增強。化學結晶軟化技術能夠有效降低電廠循環水補水量，具有廣闊的應用前景。