定州電廠含煤廢水電子絮凝處理技術(shù)應(yīng)用研究

定州電廠含煤廢水電子絮凝處理技術(shù)應(yīng)用研究

王天偉¹，孫薊光¹，趙文寧¹，歐群飛²，黃勇²，徐建洪²

（1.國(guó)家能源集團(tuán)神華國(guó)華定州發(fā)電有限責(zé)任公司，河北定州，073000；2.成都飛創(chuàng)科技有限公司，四川成都，610000）

摘要：河北國(guó)華定州發(fā)電有限責(zé)任公司將二期化學(xué)系統(tǒng)的樹(shù)脂廢液匯入含煤廢水沉淀池，大量處理化學(xué)樹(shù)脂廢液，導(dǎo)致原有的含煤廢水加藥處理系統(tǒng)淤堵，制水效率下降，增加運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，并且經(jīng)常出現(xiàn)由于出水不及時(shí)導(dǎo)致沉淀池溢水等現(xiàn)象。為了有效解決這個(gè)難題，河北國(guó)華定州電廠現(xiàn)采用電子絮凝技術(shù)對(duì)含有廢舊樹(shù)脂殘液的含煤廢水進(jìn)行處理，有效解決了含煤廢水系統(tǒng)於堵的問(wèn)題，提高了回水利用率，全自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)化水平高，無(wú)需加藥，運(yùn)行成本低，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)電子絮凝技術(shù)在處理樹(shù)脂殘液方面的空白，其成功經(jīng)驗(yàn)可以在國(guó)內(nèi)外類似含有樹(shù)脂殘液的污水處理系統(tǒng)中進(jìn)行推廣。

關(guān)鍵詞：含煤廢水；樹(shù)脂殘液；電子絮凝；處理工藝。

河北國(guó)華定州發(fā)電有限責(zé)任公司原有的兩套加藥絮凝、斜板集聚、砂濾過(guò)濾的含煤廢水處理系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行13年。長(zhǎng)期循環(huán)加藥，導(dǎo)致設(shè)備老化，藥劑的絮凝效率下降，水質(zhì)波動(dòng)較大。自2009年二期設(shè)備投運(yùn)后，又將二期化學(xué)系統(tǒng)的樹(shù)脂廢液匯入含煤廢水沉淀池，導(dǎo)致進(jìn)入系統(tǒng)的總量大于輸煤系統(tǒng)的消耗，尤其是樹(shù)脂殘液易導(dǎo)致過(guò)濾砂箱淤堵，造成系統(tǒng)反沖洗頻次增加、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)；在含煤廢水循環(huán)運(yùn)行條件下，大量消耗的助凝劑、混凝劑長(zhǎng)期累積影響，會(huì)使得水質(zhì)pH值升高，增加管道銹蝕、泄漏的幾率；同時(shí)大量處理化學(xué)樹(shù)脂廢液，導(dǎo)致原有的系統(tǒng)淤堵，制水效率下降，不僅會(huì)增加運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，也會(huì)誘發(fā)由于出水不及時(shí)導(dǎo)致的沉淀池溢水。為消除由此導(dǎo)致的隱患，現(xiàn)采用電子絮凝技術(shù)對(duì)含有廢舊樹(shù)脂殘液的含煤廢水進(jìn)行處理。

1含煤廢水處理系統(tǒng)概況

河北國(guó)華定州發(fā)電有限責(zé)任公司的含煤廢水處理水量為30m³/h,含煤廢水處理后要求達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)電廠的實(shí)際情況與含有廢舊樹(shù)脂殘液的含煤廢水進(jìn)出水指標(biāo)，整個(gè)處理工藝采用“電絮凝-離心沉淀-過(guò)濾預(yù)處理-介質(zhì)過(guò)濾”的方式進(jìn)行處理，具體工藝流程如下：

圖1含煤廢水處理工藝流程圖

工藝流程說(shuō)明：

含煤廢水與樹(shù)脂廢液來(lái)水在一級(jí)沉淀池匯集，水在一、二、三級(jí)沉淀池之間逐級(jí)沉淀，每級(jí)沉淀池通過(guò)溢流方式進(jìn)出，通過(guò)采用這種三級(jí)沉淀方式增加了含煤廢水的停留時(shí)間，并且調(diào)節(jié)緩沖不均勻來(lái)水。煤灰和水的密度相似，自然沉降只能去除較大煤粒和可沉降懸浮物，小顆粒煤灰表面帶電荷，在水中呈現(xiàn)布朗運(yùn)動(dòng)，很難自然沉降。

廢水經(jīng)三級(jí)沉淀后利用煤水提升泵將水提升進(jìn)電絮凝反應(yīng)器，電絮凝反應(yīng)器內(nèi)有鐵板、鋁板或鋁鐵混合極板組成的電極板，在電化學(xué)反應(yīng)的作用下，廢舊樹(shù)脂與含煤廢水的顆粒經(jīng)絮凝作用由小顆粒聚集成大的絮體，在水壓作用下與廢水一同進(jìn)入離心沉淀反應(yīng)器。

離心沉淀反應(yīng)器作為一種分離分級(jí)設(shè)備，其工作原理是離心沉降。當(dāng)待分離的兩相（或三相）混合液以一定壓力進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的三維橢圓型強(qiáng)旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)。由于粗顆粒（或重相）與細(xì)顆粒（或輕相）之間存在著粒度差（或密度差），其受到的離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用，大部分粗顆粒（或重相）經(jīng)離心沉淀反應(yīng)器底部排污口排出，而大部分細(xì)顆粒（或輕相）由溢流管排出進(jìn)入過(guò)濾預(yù)處理裝置，從而達(dá)到分離分級(jí)的目的。

廢水在過(guò)濾預(yù)處理裝置中進(jìn)行短暫的停留后經(jīng)中間水泵將廢水提升進(jìn)介質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)中進(jìn)行深度過(guò)濾，該過(guò)濾系統(tǒng)采用精選的無(wú)煙煤、火山礫和石英砂多層濾料，當(dāng)廢水經(jīng)過(guò)濾層時(shí)，懸浮物基本被攔截吸附，保證出水水質(zhì)。介質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)帶有手動(dòng)、壓差和時(shí)間控制反洗功能，并且在出水管裝有濁度儀，當(dāng)過(guò)濾系統(tǒng)的進(jìn)出口壓差或工作時(shí)間到達(dá)設(shè)定值，系統(tǒng)開(kāi)始反洗，反洗后再進(jìn)行正洗，保證濾料清潔高效。經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的水體濁度可小于10NTU，SS小于10mg/L，達(dá)到回用系統(tǒng)要求。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和無(wú)人值守運(yùn)行，在三級(jí)沉淀池和過(guò)濾預(yù)處理裝置處均設(shè)置有超聲波液位計(jì)，在離心沉淀反應(yīng)器下方設(shè)置有泥水界面儀。當(dāng)三級(jí)沉淀池液位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)煤水提升泵，啟動(dòng)電子絮凝器進(jìn)行絮凝處理；當(dāng)三級(jí)沉淀池液位低于設(shè)定低液位值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉煤水提升泵，關(guān)閉電子絮凝器供電。同理，中央控制系統(tǒng)根據(jù)過(guò)濾預(yù)處理裝置的液位對(duì)中間水泵進(jìn)行自動(dòng)啟停控制。控制系統(tǒng)還根據(jù)泥水界面儀的泥水高度來(lái)控制離心沉淀反應(yīng)器底部排污閥進(jìn)行自動(dòng)排污。

2主要設(shè)備特點(diǎn)

（1）電絮凝反應(yīng)器

本含煤廢水處理系統(tǒng)的電絮凝反應(yīng)器通過(guò)技術(shù)改良，相比傳統(tǒng)電絮凝反應(yīng)器最大的區(qū)別在于采用最先進(jìn)的智能倒極技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量陽(yáng)極和陰極之間的電阻增加率，來(lái)自動(dòng)控制電解電源正負(fù)極性反向時(shí)間，有效的防止了陽(yáng)極鈍化，提高了電絮凝效果，避免了因水質(zhì)波動(dòng)而使用同一固定反向周期的電源導(dǎo)致電絮凝效果不佳的問(wèn)題。

（2）離心沉淀反應(yīng)器

離心沉淀反應(yīng)器作為一種分離分級(jí)設(shè)備，其工作原理是離心沉降。當(dāng)待分離的兩相（或三相）混合液以一定壓力進(jìn)入旋流器內(nèi)后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的三維橢圓型強(qiáng)旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)。由于粗顆粒（或重相）與細(xì)顆粒（或輕相）之間存在著粒度差（或密度差），其受到的離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，受離心沉降作用，大部分粗顆粒（或重相）經(jīng)離心沉淀反應(yīng)器底部排污口排出，而大部分細(xì)顆粒（或輕相）由溢流管排出，從而達(dá)到分離分級(jí)的目的。

（3）介質(zhì)過(guò)濾器

介質(zhì)過(guò)濾器采用石英砂、無(wú)煙煤、火山礫三層組合的濾料形式，過(guò)濾系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以通過(guò)時(shí)間、壓差、手動(dòng)的方式啟動(dòng)介質(zhì)過(guò)濾器的反沖洗，系統(tǒng)內(nèi)各過(guò)濾器依次進(jìn)行反沖洗，其他過(guò)濾器仍然在過(guò)濾，以保證系統(tǒng)在反沖洗過(guò)程中不中斷供水，擁有反沖洗效率高，反沖洗時(shí)間短，反沖洗時(shí)節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)。

3電子絮凝技術(shù)對(duì)含有廢舊樹(shù)脂殘液的含煤廢水處理機(jī)理的理論分析

經(jīng)過(guò)對(duì)定州電廠現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)含煤廢水中煤灰顆粒大小不均，粒徑在幾十微米以下的占50%，其比重與水的比重非常接近，因此大部分處于懸浮狀態(tài)，單靠自然沉淀的作用，效果不明顯。廢水中的樹(shù)脂不溶于水和一般溶劑，大多數(shù)成顆粒狀，也有一些成纖維狀或粉狀，樹(shù)脂顆粒的尺寸一般在0.3～1.2mm范圍內(nèi)，大部分在0.4～0.6mm之間，它們有較高的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定。

綜合樹(shù)脂與煤粉顆粒的物理特性，樹(shù)脂顆粒與煤灰顆粒不易于沉淀，要一同去除廢水中的這兩種物質(zhì)，首先需要通過(guò)電絮凝作用，使陽(yáng)極在直流電的作用下被溶蝕，產(chǎn)生鋁、鐵等離子，經(jīng)過(guò)一系列的水解、聚合及氧化過(guò)程，使廢水中的煤粉顆粒、膠體雜質(zhì)、懸浮物等凝聚成大的顆粒膠體，利用膠體的吸附作用，以及絮凝物對(duì)水中的顆粒污染物進(jìn)行網(wǎng)捕或卷掃作用，使樹(shù)脂顆粒與煤灰顆粒一同置于絮凝環(huán)境中，從而更易于沉淀、分離。

4試驗(yàn)與運(yùn)行情況對(duì)比

4.1試驗(yàn)情況

定州電廠含煤廢水小試試驗(yàn)規(guī)模為100L/h，電絮凝反應(yīng)試驗(yàn)在一個(gè)電解槽中進(jìn)行，槽體有效容積為5L（長(zhǎng)20cm，寬10cm，高28cm），輸入電壓為220V，離心沉淀試驗(yàn)裝置一臺(tái)、過(guò)濾預(yù)處理試驗(yàn)裝置一臺(tái)、過(guò)濾器試驗(yàn)裝置、以及配套的煤水提升泵、pH檢測(cè)儀、過(guò)濾器提升泵等。

如表1所示，為不同的電解電流密度下所進(jìn)行的電絮凝試驗(yàn)后的水質(zhì)分析情況，可以看出在這四種不同的電解電流密度條件下，介質(zhì)過(guò)濾器的出口水樣濁度均為0，懸浮物小于5mg/L，優(yōu)于要求出水水質(zhì)SS＜10mg/L的指標(biāo)。

表1試驗(yàn)情況水質(zhì)分析

4.2運(yùn)行情況

定州電廠含煤廢水電絮凝處理系統(tǒng)的處理水量為30m³/h，在電解電壓160V，電解電流30A的情況下，含煤廢水電絮凝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行168小時(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，出水水質(zhì)良好，取水樣進(jìn)行化驗(yàn)分析。

表2運(yùn)行情況水質(zhì)分析

如表2所示，介質(zhì)過(guò)濾器出口的濁度、色度和懸浮物相比含煤廢水原水均有很大程度的降低，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，并且對(duì)比含煤廢水原水與介質(zhì)過(guò)濾器出口的樹(shù)脂含量可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)電子絮凝技術(shù)處理后的廢水樹(shù)脂含量大大降低，說(shuō)明本系統(tǒng)的電子絮凝處理技術(shù)對(duì)含有廢舊樹(shù)脂殘液的含煤廢水的處置效果很好，成功達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

如圖2所示，為定州電廠含煤廢水電絮凝處理系統(tǒng)運(yùn)行前后的水樣對(duì)比情況，圖3為定州電廠含煤廢水現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。

圖2含煤廢水處理前后水樣對(duì)比

圖3定州電廠含煤廢水現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

5結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況可知，定州電廠通過(guò)運(yùn)用電子絮凝技術(shù)對(duì)含有廢舊樹(shù)脂殘液的含煤廢水進(jìn)行處理達(dá)到預(yù)期效果，經(jīng)處理后的樹(shù)脂含量大幅度減少，解決了系統(tǒng)於堵、制水效率低等問(wèn)題，系統(tǒng)運(yùn)行至今性能穩(wěn)定、操作可靠、自動(dòng)化程度高，定州電廠的這個(gè)成功經(jīng)驗(yàn)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)電子絮凝技術(shù)在處理樹(shù)脂殘液方面的空白，并可以在國(guó)內(nèi)外類似含有樹(shù)脂殘液的污水系統(tǒng)中進(jìn)行推廣，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

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