電廠廢水軟化處理技術對比研究

＊付清敏

（廣東粵電云河發電有限公司 廣東 527000）

火電廠是用水大戶，做好廢水處理和回用，是火電廠降低發電成本、提高水資源利用率、促進環境保護、實現可持續發展的一個重要課題。火電廠廢水水質硬度普遍較高，廢水軟化處理效果的好壞直接影響到后續膜濃縮處理系統與末端固化系統的運行效果和使用壽命。目前除硬工藝主要有：石灰軟化澄清+過濾、結晶造粒軟化+固液分離、一體式改良型誘晶軟化。

1.石灰軟化澄清+過濾

(1)軟化原理

目前常用的主流軟化工藝主要有石灰-純堿軟化工藝、雙堿法軟化工藝，通過石灰-純堿、堿液-純堿作為化學反應藥劑，將水中鈣、鎂離子生成不溶物，并通過沉淀將其去除。主要化學反應如下：

①石灰去除水中暫時硬度：

②純堿去除水中永久硬度：

(2)特性分析

石灰價格低廉，除硬過程可帶入大量鈣離子，當離子沉淀時如碳酸氫根+碳酸根濃度不足時，需加投純堿；而由于液堿價格高昂，除硬過程雖不帶入鈣離子，但碳酸氫根+碳酸根濃度過高時，在后續pH回調時耗酸量增加。

對于一般的水質（通常碳酸氫根+碳酸根濃度會略高于鈣離子濃度），選擇石灰+液堿作為反應藥劑，除硬效果會比較理想，無需加投價格昂貴的純堿，而且可以在除去鈣硬度的同時，最大限度地消耗水中的碳酸氫根+碳酸根離子，減少后續pH回調時的耗酸量，并能改善RO產水的電導率。

對于一些異常的水質（極低或極高的堿度成分），則根據實際情況來選擇合適的藥劑。對于極高硬度、極低堿度的水源，最佳加藥方式則是只投加液堿與純堿，而不適合用石灰；對于極高堿度的水源，此時即便全部的氫氧根都來自石灰，也不至于將水中的碳酸氫根+碳酸根消耗完畢，這種情況下投加液堿已無意義。

2.結晶造粒軟化+固液分離

(1)軟化原理

化學結晶流化床造粒軟化法，如圖1所示，待處理的水源從罐體進水口進入，向罐體內加入晶體，并通過加藥口加入氫氧化鈉和碳酸鈉，與水中的鈣離子反應，形成碳酸鈣，并不斷附著在晶體表面，形成大顆粒，最后經過沉降后排出。

圖1 軟化結晶造粒原理示意圖

(2)結晶造粒軟化工藝特點

①鈣離子去除率高。通過結晶造粒軟化，水中鈣離子去除率可達80%～95%。②副產物可回收利用。通過結晶造粒軟化，只產生一種副產物---碳酸鈣晶體顆粒，這種晶體顆粒的碳酸鈣含量可達85%以上，并可回收利用于電廠的脫硫系統。③流量大，占地少。通過調節碳酸鈣結晶顆粒粒徑，可增加上升流速（一般可達60～100m/h），有效提升出力，同時該工藝附屬設備少，占地較少。

(3)工程應用

結晶軟化工藝目前在河北某電廠循環水軟化工程（1200m3/h）、河北某熱電廠循環水軟化工程（800m3/h）中已經應用。工程應用效果明顯，鈣離子去除率保持在60%～90%之間，無廢水廢物產生，節水效果明顯，為電廠零排放提供了基礎。

(4)固液分離處理

①技術原理

是通過改變絮體顆粒隨機生長模式，增大絮體顆粒粒徑，使其密度基本處于恒定狀態，從而形成致密性絮凝體。通過合理控制混凝化學條件、流體動力學條件，并增設顆粒循環系統，保證工藝系統能持續、高效、穩定運行。

②技術優勢

A.工藝流程短，效率高

循環造粒流化床將混凝沉淀集于一體，大大縮短了反應時間，且通過合理控制反應所需條件，形成致密的絮凝體，固液分離所需時間短，效率高，上升負荷可達到20～60m/h。

B.污泥含水率低，循環造粒流化床排放污泥含水率可達85%～95%，非常便于后續的污泥脫水處理。

C.水質適用范圍廣，抗沖擊能力強

循環造粒流化床對高濁度水質（最高可達20000 NTU）及低溫低濁水質（最低可達3NTU）都有很好的處理效果，且水質抗沖擊能力強。

D.去除率高、出水穩定，循環造粒流化床對膠體態、懸浮態以及部分溶解態的污染物有很高的去除效率，出水濁度可降到5NTU以下，且出水效果穩定。

E.占地少，附屬設備少，可實現自動化操控，維護運營管理簡單。

③工程應用

循環造粒流化床固液分離技術已經成功應用于河北某電廠、西安某水廠反沖洗廢水處理項目、天津某水廠廢水處理項目、西安某水廠排泥水處理項目等十幾個廢水處理工程，進水濁度50～2000NTU，出水濁度低于10NTU，處理效果明顯，效益顯著。

3.一體式改良型誘晶軟化

(1)工藝簡介

改良型誘晶軟化技術是在傳統結晶軟化工藝基礎上，結合沉淀物析出及固液分離基本理論，通過軟化藥劑成分及水力條件優化，實現了水中鈣、鎂、硅、懸浮物的同步去除，實現了結晶軟化、固液分離功能的有機融合，顯著提升了凈水材料的利用效率、拓展了技術適用性，實現了生產過程廢水的“零排放”。此外，由于去除的污染物主要以結晶顆粒的形態從水中分離出來，并可實現不同用途的資源化利用，規避了復雜的污泥處理程序及后續處置需求。

(2)工藝優點

在實際應用中的結果表明該技術具有以下典型優點：

①布置緊湊、占地面積小。采用一體式結晶軟化裝置，處理出水渾濁度可直接控制在3～5NTU，省掉了固液分離裝置、污泥脫水裝置，顯著減少了占地面積，裝置占地面積可控制在30～50m2/（400m3/h），含配套設施、加藥系統可控制在60～70m2左右。

圖2 誘晶原理圖

②軟化程度高，可直接滿足處理目標要求。通過系統優化，藥劑利用率和反應徹底程度顯著提升，可以在較小的藥劑投加量條件下實現高硬度去除效率，總硬度可降低至50mg/L以內。

③實現自成核，晶核補充顯著減少。軟化過程中，通過水力條件優化，實現了裝置內部晶核的自發成長、自發補充過程，針對懸浮物含量較高的原水可將懸浮物轉化為新的晶核，顯著減少了晶核的補充量，并規避了泥處理環節。

④工藝流程端，不需污泥濃縮和脫水工序。系統里將顆粒物與部分鈣鎂融和結晶成球形顆粒，不需要額外進行濃縮和脫水。

⑤軟化藥劑利用率高。氫氧化鈉加藥量較結晶造粒軟化工藝低10%左右。

⑥固液分離過程不需要額外添加PAC和PAM，減少了產品水中的藥劑殘留，可以有效規避后續膜處理過程的膜污染問題。

(3)工程應用

濟南某山水廠于2018年6月采用改良型誘晶軟化+過濾保障的組合處理工藝，自2019年1月開始正式通水，連續運行至今。被列入國家科技重大專項的“標志性成果”和山東省供排水優秀工程案例。其典型運行工況，藥劑投加量控制在80～100mg/L，總硬度由480～520mg/L降低為240～260mg/L，其中鈣硬度從350～400mg/L降低為150～200mg/L。

4.總結分析

對上述三個工藝，從多個方面進行比較，詳見表1。對比研究表明：

表1 技術對比表

工藝一采用石灰軟化澄清+過濾的主要優勢在于它技術成熟可靠，出水穩定；但系統組成復雜，占地面積龐大；反應沉淀池的運行流速低，池體龐大，由于系統復雜導致運行維護困難。

工藝二采用結晶造粒+固液分離工藝的主要優勢在于水質適用范圍廣、抗沖擊力強，藥劑投加量小、系統組成設備少，操作運行簡單，占地面積小，自動化程度高。

工藝三采用一體式改良型誘晶軟化工藝裝備，具有對水質適應性強、設備一體式設置、占地面積小、藥劑利用率高、無需設置污泥脫水裝置、無需投加PAM等高分子粘性藥劑、運行維護管理簡單等優點。