馬曉軍，馬東偉，張 欣，何彩燕

(1.河北華電石家莊熱電有限公司，石家莊 050041；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

河北華電石家莊熱電有限公司(簡(jiǎn)稱“石家莊熱電公司”)裝機(jī)容量500 MW，其補(bǔ)給水處理車間是在七期擴(kuò)建工程基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)16號(hào)、17號(hào)鍋爐化學(xué)水增容改造后建成的，取水水源為地下水，正常運(yùn)行時(shí)，水源地來(lái)水經(jīng)發(fā)電機(jī)空冷器送入化學(xué)水處理系統(tǒng)?；瘜W(xué)水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)供水量為 1 100 t/h，采用二級(jí)離子交換除鹽工藝，其中一級(jí)除鹽11套，包括雙室雙層浮動(dòng)床6套，雙室雙層固定床5套；二級(jí)除鹽混床7套。水質(zhì)滿足電力高壓鍋爐給水要求。離子交換器采用30%HCL和30%NaOH進(jìn)行樹脂再生，再生過(guò)程中置換、沖洗所產(chǎn)生的廢液約占產(chǎn)水量的17%。由于石家莊熱電公司為熱電廠，冬、夏季節(jié)的負(fù)荷相差較大，水處理制水量約為400 萬(wàn)t/a，由再生而產(chǎn)生的廢水約為68 萬(wàn)t/a。為降低排污費(fèi)用，尋求水資源保護(hù)和合理利用的方法，石家莊熱電公司通過(guò)深入分析離子交換再生廢水的成分，在水處理交換器處安裝了1套再生沖洗水回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陽(yáng)床、陰床、混床再生沖洗水的重復(fù)利用。

2 離子交換除鹽再生沖洗水水質(zhì)分析

離子交換除鹽工藝一般由陽(yáng)床、陰床、混床的串聯(lián)系統(tǒng)組成，利用樹脂的可逆性原理，通過(guò)HCL和NaOH進(jìn)行再生，獲得連續(xù)運(yùn)行。再生過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸堿和沖洗廢液，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。在離子交換除鹽再生工藝中，有廢酸堿液、沖洗排水2種排放廢液。由于這2種廢水產(chǎn)生過(guò)程的不同，水質(zhì)存在著本質(zhì)的區(qū)別。沖洗用水為前級(jí)工序出水，隨著沖洗的進(jìn)行，沖洗排液的水質(zhì)會(huì)逐漸趨向優(yōu)于前級(jí)工序產(chǎn)水，因此將此時(shí)間段內(nèi)的沖洗排液回收至離子交換系統(tǒng)最前級(jí)(清水箱)加以重復(fù)利用，在理論上是可行的。

為了獲取沖洗水的水質(zhì)數(shù)據(jù)，石家莊熱電公司分組監(jiān)測(cè)陽(yáng)床、陰床、混床再生沖洗步驟的水質(zhì)變化情況。通過(guò)數(shù)據(jù)找出最合適的回收控制點(diǎn)，表1為沖洗5 min后的分析數(shù)據(jù)，隨著沖洗的進(jìn)行，沖洗后期水質(zhì)結(jié)果將優(yōu)于表1數(shù)據(jù)。

表1 石家莊熱電公司再生沖洗水水質(zhì)分析結(jié)果

由表1可以看出，沖洗5 min后，排水中大多水質(zhì)參數(shù)已經(jīng)優(yōu)于生水控制指標(biāo)，可以考慮進(jìn)行回收利用。陽(yáng)床再生沖洗過(guò)程中，由于殘存再生液和離子交換共同作用，沖洗排液酸度一直較高，隨著沖洗的進(jìn)行逐漸降低至6 mmol/L，CL-的質(zhì)量濃度略高于生水，其它陰離子(SO42-)、全硅的質(zhì)量濃度等同于生水，全硬度的物質(zhì)的量濃度、Na+的質(zhì)量濃度則很快優(yōu)于生水，只要解決酸性可能對(duì)設(shè)備造成的腐蝕問(wèn)題，陽(yáng)床再生沖洗水具備回收利用價(jià)值。陽(yáng)床沖洗時(shí)間約為15 min，再生沖洗水可回收量約為20 t/(次·臺(tái))。陰床再生沖洗過(guò)程中，沖洗5 min時(shí)，全硬度的量濃度，SO42-、SiO2的質(zhì)量濃度優(yōu)于生水水質(zhì)，Na+的質(zhì)量濃度接近生水水質(zhì)，但pH值高于生水，必須降低pH值才能避免進(jìn)入生水系統(tǒng)時(shí)結(jié)垢型水質(zhì)的出現(xiàn)。陰床再生沖洗水可回收量約為100 t/(次·臺(tái))?；齑矝_洗開始后，排液電導(dǎo)率迅速下降, pH值趨于中性，5 min時(shí)排水水質(zhì)除CL-外，其他指標(biāo)均優(yōu)于生水水質(zhì)，隨著沖洗的進(jìn)行，再生沖洗水的水質(zhì)越來(lái)越接近除鹽水質(zhì)，沖洗2 h可達(dá)到二級(jí)除鹽水水質(zhì)?；齑苍偕鷽_洗水可回收量約為200 t/(次·臺(tái))。

3 離子交換除鹽再生沖洗水的回收方案

石家莊熱電公司計(jì)劃回收全部陽(yáng)床、陰床、混床沖洗水。為防止造成系統(tǒng)發(fā)生酸性腐蝕和堿性沉淀，考慮將全部回收水引至回收水池進(jìn)行酸堿性調(diào)整，合格后用回收泵回收至2號(hào)清水箱。2號(hào)清水箱以解列方式運(yùn)行，其出水與1號(hào)清水箱生水混合，經(jīng)清水泵送回一級(jí)固定陽(yáng)床，達(dá)到回收利用的目的。利用現(xiàn)有排水溝道，將各交換器排水以母管支管形式沿溝道敷至回收水池；在現(xiàn)有1-3號(hào)生水泵之間增設(shè)1臺(tái)自吸式離心泵，將緩沖池水回收至2號(hào)清水箱，管道敷設(shè)依托現(xiàn)有2號(hào)升壓管支架方向進(jìn)行；回收支管以三通、氣動(dòng)蝶閥與交換器排水管相連，原對(duì)地溝排水管系統(tǒng)不變。再生沖洗水回收系統(tǒng)流程，見(jiàn)圖1。

圖1 再生沖洗水回收系統(tǒng)流程

在陽(yáng)床、陰床和混床沖洗5 min后，開啟回收水閥，關(guān)閉沖洗排水閥，開始將沖洗排水回收至回收水池。當(dāng)回收水池內(nèi)水質(zhì)pH值達(dá)到6～9時(shí)，啟動(dòng)回收水泵，輸送至清水箱回收利用。

4 回收水對(duì)水處理系統(tǒng)的影響分析

石家莊熱電公司所用生水的pH值在7.2～7.5，在此pH條件下，組成堿度的離子根是CO32-和HCO3-，其中，HCO3-的量濃度>CO32-的量濃度。除混床外，陽(yáng)床、陰床沖洗5 min時(shí)排液pH值、酸度、堿度均達(dá)不到生水指標(biāo)。

在回收陰床沖洗水時(shí)，當(dāng)回收水的pH值>9時(shí)，如將該沖洗水直接回收至生水系統(tǒng)，則其與生水中HCO32-之間存在下列平衡反應(yīng)：HCO-=H++CO32-，OH-+H++CO32-= CO32-+H2O，由此造成生水水質(zhì)的變化，即組成堿度的離子團(tuán)發(fā)生了變化，由HCO3-型變?yōu)榱薈O32-型。當(dāng)CO32-與生水中Ca2+的離子積大于碳酸鈣的溶度積時(shí)，就生成了碳酸鈣沉淀：Ca2++CO32-=CaCO3。生水Ca2+的量濃度為3.25 mmol/L，堿度的量濃度為3.8 mmol/L，對(duì)應(yīng)碳酸鈣溶度積的CO32-量濃度為2.7 μmol/L。當(dāng)pH>9.2時(shí)，該混合水呈結(jié)垢型水質(zhì)，如果生成的碳酸鈣在樹脂空隙中沉淀下來(lái)，將嚴(yán)重影響樹脂性能。在回收陽(yáng)床沖洗水時(shí)，當(dāng)回收水的pH值<6時(shí)，水中H+會(huì)造成生水輸送設(shè)備的酸性腐蝕。

綜合以上因素，將酸性的陽(yáng)床回收水與堿性的陰床回收水預(yù)先放到緩沖池中混合，進(jìn)行中和處理，使水的pH值為6～9。

5 再生沖洗水回收的經(jīng)濟(jì)效益分析

石家莊熱電公司全部使用回收水進(jìn)行離子交換除鹽時(shí)，陽(yáng)床周期產(chǎn)水量較使用前增幅30%，陰床周期產(chǎn)水量較使用前增幅50%(混床產(chǎn)水周期實(shí)行定期制，不在統(tǒng)計(jì)范疇內(nèi))，可節(jié)約30%鹽酸104.4 t/a，節(jié)約30%氫氧化鈉60.8 t/a，節(jié)省酸堿費(fèi)用11.2 萬(wàn)元。預(yù)計(jì)可回收水量約8 萬(wàn)t/a，按照水費(fèi)為1 元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)節(jié)約取水費(fèi)8 萬(wàn)元/a，預(yù)計(jì)可減少向環(huán)境排放酸堿廢水8 萬(wàn)t/a，按照污水排放費(fèi)為1.2 元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)節(jié)約排污費(fèi)9.6 萬(wàn)元/a。

6 結(jié)束語(yǔ)

石家莊熱電公司再生沖洗水回收系統(tǒng)的使用，節(jié)約了系統(tǒng)用水，降低了水處理酸堿消耗，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，其經(jīng)驗(yàn)值得同類電廠借鑒。同時(shí)，在再生沖洗水回收系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)回收水水質(zhì)和交換器產(chǎn)水周期的監(jiān)督，逐步完善運(yùn)行規(guī)程，將回收水水質(zhì)、除鹽設(shè)備出水水質(zhì)控制在合格范圍。