电厂废水软化处理技术对比研究

＊付清敏

（广东粤电云河发电有限公司 广东 527000）

火电厂是用水大户，做好废水处理和回用，是火电厂降低发电成本、提高水资源利用率、促进环境保护、实现可持续发展的一个重要课题。火电厂废水水质硬度普遍较高，废水软化处理效果的好坏直接影响到后续膜浓缩处理系统与末端固化系统的运行效果和使用寿命。目前除硬工艺主要有：石灰软化澄清+过滤、结晶造粒软化+固液分离、一体式改良型诱晶软化。

(1)软化原理

目前常用的主流软化工艺主要有石灰-纯碱软化工艺、双碱法软化工艺，通过石灰-纯碱、碱液-纯碱作为化学反应药剂，将水中钙、镁离子生成不溶物，并通过沉淀将其去除。主要化学反应如下：

①石灰去除水中暂时硬度：

②纯碱去除水中永久硬度：

(2)特性分析

石灰价格低廉，除硬过程可带入大量钙离子，当离子沉淀时如碳酸氢根+碳酸根浓度不足时，需加投纯碱；
而由于液碱价格高昂，除硬过程虽不带入钙离子，但碳酸氢根+碳酸根浓度过高时，在后续pH回调时耗酸量增加。

对于一般的水质（通常碳酸氢根+碳酸根浓度会略高于钙离子浓度），选择石灰+液碱作为反应药剂，除硬效果会比较理想，无需加投价格昂贵的纯碱，而且可以在除去钙硬度的同时，最大限度地消耗水中的碳酸氢根+碳酸根离子，减少后续pH回调时的耗酸量，并能改善RO产水的电导率。

对于一些异常的水质（极低或极高的碱度成分），则根据实际情况来选择合适的药剂。对于极高硬度、极低碱度的水源，最佳加药方式则是只投加液碱与纯碱，而不适合用石灰；
对于极高碱度的水源，此时即便全部的氢氧根都来自石灰，也不至于将水中的碳酸氢根+碳酸根消耗完毕，这种情况下投加液碱已无意义。

(1)软化原理

化学结晶流化床造粒软化法，如图1所示，待处理的水源从罐体进水口进入，向罐体内加入晶体，并通过加药口加入氢氧化钠和碳酸钠，与水中的钙离子反应，形成碳酸钙，并不断附着在晶体表面，形成大颗粒，最后经过沉降后排出。

图1 软化结晶造粒原理示意图

(2)结晶造粒软化工艺特点

①钙离子去除率高。通过结晶造粒软化，水中钙离子去除率可达80%～95%。②副产物可回收利用。通过结晶造粒软化，只产生一种副产物---碳酸钙晶体颗粒，这种晶体颗粒的碳酸钙含量可达85%以上，并可回收利用于电厂的脱硫系统。③流量大，占地少。通过调节碳酸钙结晶颗粒粒径，可增加上升流速（一般可达60～100m/h），有效提升出力，同时该工艺附属设备少，占地较少。

(3)工程应用

结晶软化工艺目前在河北某电厂循环水软化工程（1200m3/h）、河北某热电厂循环水软化工程（800m3/h）中已经应用。工程应用效果明显，钙离子去除率保持在60%～90%之间，无废水废物产生，节水效果明显，为电厂零排放提供了基础。

(4)固液分离处理

①技术原理

是通过改变絮体颗粒随机生长模式，增大絮体颗粒粒径，使其密度基本处于恒定状态，从而形成致密性絮凝体。通过合理控制混凝化学条件、流体动力学条件，并增设颗粒循环系统，保证工艺系统能持续、高效、稳定运行。

②技术优势

A.工艺流程短，效率高

循环造粒流化床将混凝沉淀集于一体，大大缩短了反应时间，且通过合理控制反应所需条件，形成致密的絮凝体，固液分离所需时间短，效率高，上升负荷可达到20～60m/h。

B.污泥含水率低，循环造粒流化床排放污泥含水率可达85%～95%，非常便于后续的污泥脱水处理。

C.水质适用范围广，抗冲击能力强

循环造粒流化床对高浊度水质（最高可达20000 NTU）及低温低浊水质（最低可达3NTU）都有很好的处理效果，且水质抗冲击能力强。

D.去除率高、出水稳定，循环造粒流化床对胶体态、悬浮态以及部分溶解态的污染物有很高的去除效率，出水浊度可降到5NTU以下，且出水效果稳定。

E.占地少，附属设备少，可实现自动化操控，维护运营管理简单。

③工程应用

循环造粒流化床固液分离技术已经成功应用于河北某电厂、西安某水厂反冲洗废水处理项目、天津某水厂废水处理项目、西安某水厂排泥水处理项目等十几个废水处理工程，进水浊度50～2000NTU，出水浊度低于10NTU，处理效果明显，效益显著。

(1)工艺简介

改良型诱晶软化技术是在传统结晶软化工艺基础上，结合沉淀物析出及固液分离基本理论，通过软化药剂成分及水力条件优化，实现了水中钙、镁、硅、悬浮物的同步去除，实现了结晶软化、固液分离功能的有机融合，显著提升了净水材料的利用效率、拓展了技术适用性，实现了生产过程废水的“零排放”。此外，由于去除的污染物主要以结晶颗粒的形态从水中分离出来，并可实现不同用途的资源化利用，规避了复杂的污泥处理程序及后续处置需求。

(2)工艺优点

在实际应用中的结果表明该技术具有以下典型优点：

①布置紧凑、占地面积小。采用一体式结晶软化装置，处理出水浑浊度可直接控制在3～5NTU，省掉了固液分离装置、污泥脱水装置，显著减少了占地面积，装置占地面积可控制在30～50m2/（400m3/h），含配套设施、加药系统可控制在60～70m2左右。

图2 诱晶原理图

②软化程度高，可直接满足处理目标要求。通过系统优化，药剂利用率和反应彻底程度显著提升，可以在较小的药剂投加量条件下实现高硬度去除效率，总硬度可降低至50mg/L以内。

③实现自成核，晶核补充显著减少。软化过程中，通过水力条件优化，实现了装置内部晶核的自发成长、自发补充过程，针对悬浮物含量较高的原水可将悬浮物转化为新的晶核，显著减少了晶核的补充量，并规避了泥处理环节。

④工艺流程端，不需污泥浓缩和脱水工序。系统里将颗粒物与部分钙镁融和结晶成球形颗粒，不需要额外进行浓缩和脱水。

⑤软化药剂利用率高。氢氧化钠加药量较结晶造粒软化工艺低10%左右。

⑥固液分离过程不需要额外添加PAC和PAM，减少了产品水中的药剂残留，可以有效规避后续膜处理过程的膜污染问题。

(3)工程应用

济南某山水厂于2018年6月采用改良型诱晶软化+过滤保障的组合处理工艺，自2019年1月开始正式通水，连续运行至今。被列入国家科技重大专项的“标志性成果”和山东省供排水优秀工程案例。其典型运行工况，药剂投加量控制在80～100mg/L，总硬度由480～520mg/L降低为240～260mg/L，其中钙硬度从350～400mg/L降低为150～200mg/L。

对上述三个工艺，从多个方面进行比较，详见表1。对比研究表明：

表1 技术对比表

工艺一采用石灰软化澄清+过滤的主要优势在于它技术成熟可靠，出水稳定；
但系统组成复杂，占地面积庞大；
反应沉淀池的运行流速低，池体庞大，由于系统复杂导致运行维护困难。

工艺二采用结晶造粒+固液分离工艺的主要优势在于水质适用范围广、抗冲击力强，药剂投加量小、系统组成设备少，操作运行简单，占地面积小，自动化程度高。

工艺三采用一体式改良型诱晶软化工艺装备，具有对水质适应性强、设备一体式设置、占地面积小、药剂利用率高、无需设置污泥脱水装置、无需投加PAM等高分子粘性药剂、运行维护管理简单等优点。