石灰处理后滤池结垢原因分析及预防措施.pdf

2 0 1 4年 8月 第 4 2卷 第 4期 ( 总 第 2 3 3期 ) Au g2 01 4 Vo 1 4 2 No 4( S e r No 2 3 3 ) 交 流 、一 石灰处理后滤池结垢原因分析及预防措施 Re a s o n An a l ys i s a n d Co un t e r me a s u r e s f o r Fi l t e r Af t e r Li me s t o n e Tr e a t me n t 张春 波 ， 孙 晔 ， 徐 笑丹 ， 刘士玲 ( 国网吉林省 电力有限公司电力科学研 究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ) 摘 要 ： 针对某 电厂 水处理系统 中， 石灰处理 后过滤池 结垢 问题 ， 在对 运行现状 分析 的基础 上 ， 通过实验 室对石灰 用量 、 混凝 剂用量、 温度及 出水水 质稳性试 验 ， 查 找出结垢原 因， 提出 了防结垢 措施 ， 为水处理 系统安 全经济运行提 供保证 。 、 关键词 ： 石灰处理 ； 滤池 ； 结垢 Ab s t r a c t： Ai mi ng a t t he pr obl e m o f f i l t e r s c a l i ng af t e r l i me s t o ne t r e a t me nt i n c e r t ai n p owe r pl a nt wa t e r t r e a t me nt s ys t e m ，t he s c a l i ng r e a s o n ha s be e n de t e r mi ne d by a na l y s i s o n o pe r a t i on s t a t u s，l i me s t one c o ns umpt i on，c oa gu l a nt c ons u mpt i on，t e mp er a t ur e an d e f f l u e nt qu a l i t y s t a bi l i t y t es t s An t i s c a l i ng me a s ur e s ha v e b e e n p r o pos e d t o e ns ur e t he s a f e t y a nd e c ono mi c ope r a t i o n o f t he wa t e r t r e a t m e nt s ys t e m Ke y wor d s： l i mes t o ne t r e a t me nt ； f i l t e r； s c a l i ng 中图分类号 ： X 7 0 3 文献标志码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 3 3 0 4 水处理系统是火力发电厂 的重要组成部分 ， 其 处 理 效果 直 接影 响机 组 的安 全 经 济运 行 ， 某 热 电厂 在 1号机 组试 运 阶段 ， 石 灰处 理 后 的 3台变 空 隙 砂 滤 池均 出现偏 流 、 压差 增长 快等 现象 ， 滤 池经 过气 水 反洗后 ， 初始压差 在 0 1 2 MP a以上， 高于控制 值 0 0 8 MP a ， 过 滤 器 上 部 覆 盖 一 层 白色 物 质 ， 部 分 滤 料结块 ， 影响水处理系统及机组 的安全经济运行 。 针 对 此 问题进 行 了现场 调查 ， 并 取水 样进行 试 验分 析 ， 在此基础上为现场提供防结垢措施 。 l 系统流程 、 设计水 质及现场运行情况 1 1 系统流 程 、 设计 水质 指标 循 环 水 系 统 排 水 经 过 循 环 水 旁 路 流 入原 水 池 ( 以下 称原水 池 水 ) ， 进 入 石灰处 理 站 ， 处 理后 一 部分 作 为锅 炉补 给水 水源 ， 另一 部分 回到循环 水 系统 ， 循 环水系统设计浓缩倍率分别为 4倍 ( 夏季抽汽工况) 和 2倍 ( 冬季 供热 工况 ) 。原水 池水 通过 原水 提升 泵 送至机械加速澄清池 内进行混凝、 石灰处理 ， 正常运 行 时 ， 出水悬 浮 物 质量 浓 度 不 大于 1 0 mg L、 p H 值 为 1 0 2 1 0 4 、 碳 酸 盐硬 度 不大 于 2 mr n o l L， 石 灰 剂量 根据澄清池 中第 二反应 室水的 p H值 自动调 节 。采用硫酸、 次氯酸钠处理后进人变空隙砂滤池， p H 值 控制 在 7 5 8 3 ， 砂 滤 池 出水 保 证 悬 浮 物 不 大于 2 mg L 。絮凝剂 、 助凝剂均投加在澄清池的进 水管道上 ， 石灰计量系统采用干法计量系统 ， 石灰质 量分数为 7 2 3 ， 石灰乳投加在澄清池进水管的出 口处。循环水排水石灰处理系统流程见 图 1 。 循 环水 补 充水设 计 水源 为来 自污 水处 理厂 的再 生 水 ， 水 质指 标见 表 1 。 1 2现场 运行 情况 1 号澄清池运行补充水 ( 非设计水种) 为松花江 水 和 原水 池水 ， 水 质 主要 指标 见 表 2 。原 水池 水 ， 水 温 为 8 9 9 8 C， 混凝 剂 为质 量 分 数 “ 液 态 聚 合 硫 酸铁 ， 加药 量 为 2 O 2 5 mg L， 助凝 剂 为 阳离子 型聚 丙烯 酰胺 ， 加药 量 为 0 3 mg L。 石 灰 、 硫酸 采用 自动 加 药 方 式 ， 澄 清 池 中第 二 反 应 室 p H 设定 值 为 1 0 3 ， 加 酸 后 p H 设 定 值 为 8 0 ， 第 一 反 应 室 水 p H 值为 l 0 5 1 ， 5 mi n沉降 比为 9 3 ， 第二反应室水 p H值为 1 O 4 3 ， 5 r n i n沉降比为 6 7 。澄清池出水 ( 加酸前 ) 中碳酸盐硬度为 2 4 2 mmo l L、 残留碱度 为 1 5 1 mmo l L， 均高 于处 理前原 水 池水质 指标 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 0 4 作者简介 ： 张春波( 1 9 8 0 ) ， 男， 工程师 ， 从 事电厂化学技术研 究工作 。 3 3 2 0 1 4年 8月 吉 林 电 力 Au g 2 0 1 4 第 4 2卷第 4期 ( 总第 2 3 3期) J i l i n E l e c t r i c P o we r V o 1 4 2 No 4( S e r No 2 3 3 ) 助 凝 剂I 石 灰 乳 配 制 及 计 量 H石 灰 贮 存 箱 一。 ， = H 小 了 小 l 山 山 I I + 日 l 石 I l n 、士 洼 山 I l 上 人 _ I I l I I I I “ ” 至脱硫系统 I I f 曲 囟 l 3口 tA 、 I 一 叵亟悃 除 林 系缔 1 一 I 清 水 池I I 变 空 隙 砂 滤 池 一 r l 望 J 用 全 循蚧 水 糸筑 一I I 一 l ： I 图 1 循环水排水石灰处理 系统流程 图 表 1 再生水水质主 要指标 mg I 项 目p ( B O D。 )p ( C O D c r ) 悬浮物 硬度 全碱度 总磷( 以 P计 ) 氨 氮 数值 5 3 O 1 0 2 5 0 2 0 0 l 5 表 2松花江水 、 循环水排水主要指标 项 目p ( C OD ) ( mg I ) 悬 浮物 ( mg I 。 ) 硬度 ( mmo l L - 1 ) 全 碱度 ( mmo l I )p H 2 试验分析 石 灰水 处理 系统 分 为氢氧 根碱 度 和重碳 酸盐 碱 度工况 。 采用氢氧根碱度工况时， 控制出水中氢氧根 碱 度为0 0 5 0 3 mmo l L， 其余 碱度 为碳酸盐 碱 度 ， HC ( ) 为 0 ， 出水 p H值在 1 0 0 1 0 5 ， 采用重 碳酸盐碱度工况时 ， 出水中重碳酸盐 碱度为0 ， O 5 0 1 5 mmo l L， 其余碱度为碳酸盐碱度 ， 出水 p H值 为 9 5 左 右 ， 电 厂运行 采用 氢 氧根碱 度工 况_ 1 。 影 响 石 灰处 理 出水 残 留碱 度 、 硬度 因素 较多 ， 主要 包括 水 温 、 处 理 工况 、 混凝 剂 剂 量 等 ， 同时 出水 水质 极 不 稳 定 ， 不 能按 理论 推 算 ， 为 了较 好 地 反 映 石 灰 处 理 过 程 ， 必 须进 行一 系列 试验 。 试验 时 间根据 澄 清池设 计 参 数确定 搅拌速度 2 0 0 r mi n保 持 5 rai n 、 1 6 O r mi n保持 1 5 2 mi n 、 4 0 r mi n保持 8 7 mi n， 沉降时 间 为 4 9 rai n 。 2 1 水温 试验 水 温试 验 取 原 水 池 水 样 4份 各 1 L， 分 别 按 照 表 3进行烧 杯试 验 ， 试 验 条件 ： 混 凝剂 加药 量 3 0 mg L、 助凝 剂 0 3 mg L， C a O( 纯 度 7 2 3 ) 加 药量 2 0 0 mg L。 取上清液分别测定残 留碱度、 硬度 、 沉降 34 效 果 ， 结 果见 表 3 。 表 3 水温对石灰 处理影响烧杯试 验 从 表 3看 出 ， 水 温 对 出水 的残 留碱 度 和硬 度 影 响较 大 ， 提 高水 温可 以减 少 出水 的残 留碱度 和硬 度 ， 并 可 以降低 沉 降 速度 和 时 间 ， 当循 环 水 排 水 温度 在 8 9 9 8 C， 使得 石 灰处 理 出水 的碳 酸 盐过 饱 和度 较 高 ， 此 时 的残 留碱 度 和硬 度 不 满 足水 温 在 2 O 4 0 C时 的对应 关 系 。 2 2 混凝 剂剂 量试 验 试 验 条 件 ： 试 验 水 温度 8 9 9 5 C， 加入 助 凝 剂 0 3 mg L、 C a O( 质量 分数 7 2 3 ) 2 0 0 mg L， 按 表 4对混凝剂用量进行试验 ， 其矾花数量、 大小及沉 降效果( 4 9 mi n后上清液微小絮凝体数量) 见表 4 。 从 表 4可 以看 出 ， 运 行 中混凝 剂 2 O 2 5 mg l 剂量 明显 偏低 ， 应控 制 在 3 5 4 O mg L， 这 是 因为石 灰 要消 耗 一定 量 的混 凝 剂 ， 混 凝 剂 剂量 低 不 利 于 胶 2 0 1 4年 8月 第 4 2卷 第 4期 ( 总第 2 3 3期 ) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r A u g 2 01 4 Vo 1 4 2 No 4 ( S e r No 2 3 3 ) 体 、 有机物的去除 ， 同时形成的絮凝体不能有效吸附 石灰处理形成的胶体 ， 因此碳酸钙微 晶体受到阻垢 剂 、 胶体 、 有机物、 微生物等干扰 ， 自由沉降受阻 ， 会 有大量碳酸钙微晶体 以胶体形态存在于水 中， 使得 残 留硬度、 碱度高于碳 酸钙的溶解度口 ， 因此在进行 石灰处理时 ， 增大混凝剂剂量对混凝沉降效果提升 有促进作用 ， 即适当提高硫酸亚铁剂量会减少 出水 碳 酸盐 碱度 、 硬度 。 2 3石灰剂 量试 验 试 验条 件 ： 试 验水 温 8 8 9 6 C， 取 7 个 l 0 0 0 mL循环水排水水样 ， 分别加入 0 3 mg L助凝剂及 4 0 mg L聚合硫 酸铁 进行 c a 0( c a O 质量 分数 为 7 2 3 ) 剂量烧杯试验 ， 取上清液测定 p H值 、 残 留 碱度 、 硬度、 总磷试验结果见表 5 。 从表 5 看 出 ， 随着 石灰 剂量 增加 ， 出水残 留碱 度 和硬度均快速上升 ， 总磷含量均小于 0 5 mg L， 当 石灰剂量在 4 0 mg L时 ， 出水的残留碱度和硬度均 超 过进水值 ， 且石灰处理系统进水残 留碱度和硬度 小于出水控制值( 小于 2 mmo l I ) ， 1 号澄清池实际 运行 时 ， C a O( 纯 度 7 2 3 ) 剂 量在 1 0 0 mg L左 右 ， 因此 采用循 环 水排 水 ， 作 循环 水 补充水 时 ， 可 以不用 石灰 直接 采用 混凝 澄清 处理 ， 为 了提 高总 磷 、 铁 的 除 去效 果_ 3 ， 应控 制 C a O( 纯 度 7 2 3 ) 剂 量在 4 0 mg I 左右 ， 即采用重碳酸盐碱度工况 ， 控制出水 p H值 在 9 5左右， 以提高钙化合物的分离效果 ， 减少出水 残 留碱 度 、 硬度 。 当采 用 再 生 水作 为 循 环水 补 充 水 时 ， 为有 效 降 低循环水中的暂时硬度 、 无机物、 胶体和有机物、 氨 氮、 总磷、 硅酸盐、 细菌等物质， 应采用氢氧根碱度工 况， 随着石灰剂量的增加 ， 出水的残余硬度、 碱度会 先逐 渐降低 ， 渐渐平稳 ， 然后缓慢上升， 在 p H值小 于 1 0的范围内， 随石灰剂量的增大 ， p H值会线性升 高， 当 p H 值大于 1 O后， 继续增加石灰剂量 ， p H值 不再以线性方式升高， 上升方式逐渐平稳 。 当 p H 值 大于 1 O 4时， O H一 浓度较高且 对碳酸盐硬度去 除率提高不明显 ， 同时因石灰剂量过剩量增大， 使残 留硬度 、 碱度 反 而上 升 。 2 4出水 稳定 性试 验 正 常情 况下 ， 稳定 的水样在 环 境变化 不 大时 ， 放 置 段时间后， 其 p H 值 、 全碱度变化值很 小， 通常 认为 p H值 、 全碱度变化值在 0 0 2范围时 ， 水质是 稳定的， 即不会发生物质析 出现象。 为了分析石灰处 理出水和其加酸 调节后水样的稳定性 ， 取 2份 2 0 0 mI 石 灰 处 理 系 统 出 水水 样 于 2个 磨 口锥 形 瓶 中 ， 其 中一份加硫 酸调节至 p H值 8 1 5 ， 分别加入 3 g 碳 酸钙 粉末 ， 摇 晃 5 mi n ， 然后 采 用定 量 滤 纸进 行 过 滤 ， 分 析滤 液 的 全碱 度 、 钙 硬 度 ， p H 值 等 项 目， 并将 过滤前后的碱度、 钙硬度 、 p H值 进行对 比， 试验 结 果见 表 6 。 从 表 6可 以 看 出 ， 石 灰 处 理 出 水 ( p H 值 为 1 O 5 1 ) 过 滤 前 、 后 的 全 碱 度 、 钙 硬 度 、 p H 值 差 值 较 大， 说 明出水碳酸钙晶体呈过饱和状态， 水样很不稳 定， 碳酸钙极容易析 出； 而出水加酸调节后水样 ( p H 值为 8 1 5 ) 过滤前 、 后的全碱度、 钙硬度、 p H值差值 小 ， 说 明碳 酸钙 晶体 的 过饱 和度 小 。 继续 将 p H 值 为 8 1 5 的 水 样 放 置 1 天 后 ， p H值 降 至 8 0 6 ， 4 天 后 ， 表 4混 凝 剂 剂 量 烧 杯 试 验 3 5 2 0 1 4年 8月 第 4 2卷 第 4期 ( 总第 2 3 3期 ) Aug 2 01 4 Vo 1 4 2 No 4 ( S e r No 2 3 3 ) 表 6水样 的 稳 定 性 试 验 p H 值 降至 7 8 9 。 另 取若 干 2 0 0 mL水样 分别 加酸 调 节其 p H值 在 7 0 7 8 ， 放置 4天后， p H 值7 O 7 5 的水溶液 p H值基本无变化 ， p H值 7 5以上 的 水溶液 p H值均有不同程度降低。因此 ， 为确保石灰 处 理 出水水 质 稳 定 ， 应 加 酸 调 节其 p H 值 7 0 7 5 时， 此时碳酸钙等晶体物质基本与酸反应 ， 水中的全 碱 度 、 钙 硬 度 、 p H 值 指 标 不 会 随放 置 时 间 而 变 化 ， 水质呈稳定型 。 3 原 因分析 循 环水 采 用 碱 度 、 硬度 很 低 的 江水 作 为 临 时水 源 且循 环 水浓 缩 倍 率极 低 时 ， 石 灰 处理 系统 进 水 甲 基橙碱度 、 重碳 酸盐硬度、 重金属 、 氨氮、 总磷等含量 均较低 ， 水中没有足够的碱度、 碳酸盐硬度来消耗石 灰 。 根据 石灰 加药 量计 算公 式 4 - 5 和试 验证 明石 灰剂 量 ( C a ( )纯 度 7 2 3 ) 应 在 3 0 mg 左 右 ( p H 值 9 5 ) ， 而实 际运 行 时却 仍 以设 计 水 源投 加 石 灰 剂量 1 0 0 mg L， 最终 导致 出水 的碱度 和 残余 硬度 反 而超 过进水碱度和残余硬度 。 由于石灰处理过程 中水温较低、 混凝剂剂量低 ， 阻 垢 剂 、 有 机 物 、 微 生 物 干 扰 碳 酸 钙 微 晶体 自由沉 降 ， 使 碳 酸钙 量微 晶体 以胶体形 态存 在于 水 中 ， 出水 p H值 、 硬度、 碱度均较高， 水质极不稳定。加酸调节 时 硫酸 消耗 碱度 的顺 序是 先氢 氧根 碱度 后碳 酸盐 碱 度 ， 当 出水 p H 值 控 制 在 8 0 8 5时 ， 水 中 的碱 度 基 本上 都是碳 酸 盐碱 度 ， 此时水 质 仍然 不稳 定 ， 最 终 导 致水 中碳 酸钙 甚 至少量 碳酸 氢钙 在流 速低 的滤 池 中析 出并包 裹在 滤料 颗粒 表 面 ， 使 滤料粒 径 变大 、 结 块 ， 反洗 困难 ， 通水能力下降。 采 用 松 花江 水 作 为 循环 水 补 充水 时 ， 仍 采 用 氢 氧根碱度工况控制石灰剂量 ， 人为增加了水中的碱 度 、 硬度 ， 引起 出水水质极其不稳定 ， 同时受水温较 低 、 混凝剂剂量过低 、 加酸后 p H 控制值较高等因素 影响 ， 使得大量微小碳酸钙晶体在后续系统 中生长、 36 沉积 ， 导致 在 滤池 上部 滤料 发生沉 积 。 现 场通 过 将 循 环水 排 水 ， 水 源 取水 点 由循 环水 池 改 至循 环水 回水母 管上 ， 消除 了温度 对 澄 清 池混 凝沉降处理的不利影响。 并通过提高混凝剂剂量、 采 用重 碳 酸盐碱 度处 理工 况 ， 调整 超滤装 置 运行 、 反洗 参 数 ， 控 制加 酸后 p H 值 在 6 0 6 5 ， 使得 滤 池 中沉 积 的碳 酸钙 垢 逐渐 溶解 ， 在 系统 运 行 约 6天后 ， 3台 滤 池进 出水 p H值 接 近 ， 滤 池上 部垢类 基 本清 除 。 4 结束语 为了保证石灰处理工艺 的安全 、 稳定运行 ， 建 议 ： 水 中的 甲基 橙碱 度 、 重碳 酸盐硬 度 大小作 为石 灰 处理 工况选 择 的重要 依 据I ， 混凝 剂 剂量 、 石 灰剂 量 应根据小型试验或烧杯试验确认 ， 尤其是水源更改 时， 当重金属