定州電廠含煤廢水電子絮凝處理技術應用研究

定州電廠含煤廢水電子絮凝處理技術應用研究

王天偉¹，孫薊光¹，趙文寧¹，歐群飛²，黃勇²，徐建洪²

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

摘要：河北國華定州發(fā)電有限責任公司將二期化學系統(tǒng)的樹脂廢液匯入含煤廢水沉淀池，大量處理化學樹脂廢液，導致原有的含煤廢水加藥處理系統(tǒng)淤堵，制水效率下降，增加運行人員的工作強度，并且經(jīng)常出現(xiàn)由于出水不及時導致沉淀池溢水等現(xiàn)象。為了有效解決這個難題，河北國華定州電廠現(xiàn)采用電子絮凝技術對含有廢舊樹脂殘液的含煤廢水進行處理，有效解決了含煤廢水系統(tǒng)於堵的問題，提高了回水利用率，全自動運行，自動化水平高，無需加藥，運行成本低，彌補了國內(nèi)電子絮凝技術在處理樹脂殘液方面的空白，其成功經(jīng)驗可以在國內(nèi)外類似含有樹脂殘液的污水處理系統(tǒng)中進行推廣。

關鍵詞：含煤廢水；樹脂殘液；電子絮凝；處理工藝。

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

1含煤廢水處理系統(tǒng)概況

河北國華定州發(fā)電有限責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到回用標準。根據(jù)電廠的實際情況與含有廢舊樹脂殘液的含煤廢水進出水指標，整個處理工藝采用“電絮凝-離心沉淀-過濾預處理-介質(zhì)過濾”的方式進行處理，具體工藝流程如下：

圖1含煤廢水處理工藝流程圖

工藝流程說明：

含煤廢水與樹脂廢液來水在一級沉淀池匯集，水在一、二、三級沉淀池之間逐級沉淀，每級沉淀池通過溢流方式進出，通過采用這種三級沉淀方式增加了含煤廢水的停留時間，并且調(diào)節(jié)緩沖不均勻來水。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)布朗運動，很難自然沉降。

廢水經(jīng)三級沉淀后利用煤水提升泵將水提升進電絮凝反應器，電絮凝反應器內(nèi)有鐵板、鋁板或鋁鐵混合極板組成的電極板，在電化學反應的作用下，廢舊樹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入離心沉淀反應器。

離心沉淀反應器作為一種分離分級設備，其工作原理是離心沉降。當待分離的兩相（或三相）混合液以一定壓力進入反應器內(nèi)后，產(chǎn)生強烈的三維橢圓型強旋轉(zhuǎn)剪切湍流運動。由于粗顆粒（或重相）與細顆粒（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)離心沉淀反應器底部排污口排出，而大部分細顆粒（或輕相）由溢流管排出進入過濾預處理裝置，從而達到分離分級的目的。

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

為了實現(xiàn)自動化控制和無人值守運行，在三級沉淀池和過濾預處理裝置處均設置有超聲波液位計，在離心沉淀反應器下方設置有泥水界面儀。當三級沉淀池液位達到設定高度時，自動啟動煤水提升泵，啟動電子絮凝器進行絮凝處理；當三級沉淀池液位低于設定低液位值時，自動關閉煤水提升泵，關閉電子絮凝器供電。同理，中央控制系統(tǒng)根據(jù)過濾預處理裝置的液位對中間水泵進行自動啟停控制。控制系統(tǒng)還根據(jù)泥水界面儀的泥水高度來控制離心沉淀反應器底部排污閥進行自動排污。

2主要設備特點

（1）電絮凝反應器

本含煤廢水處理系統(tǒng)的電絮凝反應器通過技術改良，相比傳統(tǒng)電絮凝反應器最大的區(qū)別在于采用最先進的智能倒極技術，通過實時測量陽極和陰極之間的電阻增加率，來自動控制電解電源正負極性反向時間，有效的防止了陽極鈍化，提高了電絮凝效果，避免了因水質(zhì)波動而使用同一固定反向周期的電源導致電絮凝效果不佳的問題。

（2）離心沉淀反應器

離心沉淀反應器作為一種分離分級設備，其工作原理是離心沉降。當待分離的兩相（或三相）混合液以一定壓力進入旋流器內(nèi)后，產(chǎn)生強烈的三維橢圓型強旋轉(zhuǎn)剪切湍流運動。由于粗顆粒（或重相）與細顆粒（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)離心沉淀反應器底部排污口排出，而大部分細顆粒（或輕相）由溢流管排出，從而達到分離分級的目的。

（3）介質(zhì)過濾器

介質(zhì)過濾器采用石英砂、無煙煤、火山礫三層組合的濾料形式，過濾系統(tǒng)采用模塊化設計，可以通過時間、壓差、手動的方式啟動介質(zhì)過濾器的反沖洗，系統(tǒng)內(nèi)各過濾器依次進行反沖洗，其他過濾器仍然在過濾，以保證系統(tǒng)在反沖洗過程中不中斷供水，擁有反沖洗效率高，反沖洗時間短，反沖洗時節(jié)水等優(yōu)點。

3電子絮凝技術對含有廢舊樹脂殘液的含煤廢水處理機理的理論分析

經(jīng)過對定州電廠現(xiàn)場水質(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，它們有較高的機械強度，化學性質(zhì)也很穩(wěn)定。

綜合樹脂與煤粉顆粒的物理特性，樹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)，首先需要通過電絮凝作用，使陽極在直流電的作用下被溶蝕，產(chǎn)生鋁、鐵等離子，經(jīng)過一系列的水解、聚合及氧化過程，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，以及絮凝物對水中的顆粒污染物進行網(wǎng)捕或卷掃作用，使樹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試驗與運行情況對比

4.1試驗情況

定州電廠含煤廢水小試試驗規(guī)模為100L/h，電絮凝反應試驗在一個電解槽中進行，槽體有效容積為5L（長20cm，寬10cm，高28cm），輸入電壓為220V，離心沉淀試驗裝置一臺、過濾預處理試驗裝置一臺、過濾器試驗裝置、以及配套的煤水提升泵、pH檢測儀、過濾器提升泵等。

如表1所示，為不同的電解電流密度下所進行的電絮凝試驗后的水質(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。

表1試驗情況水質(zhì)分析

4.2運行情況

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)定運行168小時后，現(xiàn)場設備運轉(zhuǎn)正常，出水水質(zhì)良好，取水樣進行化驗分析。

表2運行情況水質(zhì)分析

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

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

圖2含煤廢水處理前后水樣對比

圖3定州電廠含煤廢水現(xiàn)場運行情況

5結(jié)論

通過現(xiàn)場實際運行情況可知，定州電廠通過運用電子絮凝技術對含有廢舊樹脂殘液的含煤廢水進行處理達到預期效果，經(jīng)處理后的樹脂含量大幅度減少，解決了系統(tǒng)於堵、制水效率低等問題，系統(tǒng)運行至今性能穩(wěn)定、操作可靠、自動化程度高，定州電廠的這個成功經(jīng)驗填補了國內(nèi)電子絮凝技術在處理樹脂殘液方面的空白，并可以在國內(nèi)外類似含有樹脂殘液的污水系統(tǒng)中進行推廣，具有巨大的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

參考文獻

[1]楊明，火力發(fā)電廠含煤廢水處理系統(tǒng)設計，《給水排水》,2009,45(4):69-71；

[2]黃偉，火力發(fā)電廠含煤廢水處理工藝的選擇，《華電技術》,2014(7):73-74；

[3]李俊文，王晶冰，張立軍、徐華偉，高濃度一體化含煤廢水處理裝置的研究，《陜西電力》,2008,36(2):28-31；

[4]陳峰，周小龍，電絮凝在含哈密電廠中的含煤廢水處理系統(tǒng)應用與研究，《中國科技博覽》,2016(8):63-63；

[5]朱學兵，韓東浩，徐忠明，火力發(fā)電廠含煤廢水處理及回用系統(tǒng)設計，《熱力發(fā)電》,2008,37(1):104-105。