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電有限責任公司，河北定州，073000；2.成都飛創科技有限公司，四川成都，610000）

摘要：河北國華定州發電有限責任公司將二期化學系統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淤堵，制水效率下降，增加運行人員的工作強度，并且經常出現由于出水不及時導致沉淀池溢水等現象。為了有效解決這個難題，河北國華定州電廠現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，彌補了國內電子絮凝技術在處理樹脂殘液方面的空白，其成功經驗可以在國內外類似含有樹脂殘液的污水處理系統中進行推廣。

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已經運行13年。長期循環加藥，導致設備老化，藥劑的絮凝效率下降，水質波動較大。自2009年二期設備投運后，又將二期化學系統的樹脂廢液匯入含煤廢水沉淀池，導致進入系統的總量大于輸煤系統的消耗，尤其是樹脂殘液易導致過濾砂箱淤堵，造成系統反沖洗頻次增加、設備運行時間加長；在含煤廢水循環運行條件下，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含煤廢水處理系統概況

河北國華定州發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，并且調節緩沖不均勻來水。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，在水中呈現布朗運動，很難自然沉降。

廢水經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后，產生強烈的三維橢圓型強旋轉剪切湍流運動。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中間水泵將廢水提升進介質過濾系統中進行深度過濾，該過濾系統采用精選的無煙煤、火山礫和石英砂多層濾料，當廢水經過濾層時，懸浮物基本被攔截吸附，保證出水水質。介質過濾系統帶有手動、壓差和時間控制反洗功能，并且在出水管裝有濁度儀，當過濾系統的進出口壓差或工作時間到達設定值，系統開始反洗，反洗后再進行正洗，保證濾料清潔高效。經過過濾后的水體濁度可小于10NTU，SS小于10mg/L，達到回用系統要求。

為了實現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，中央控制系統根據過濾預處理裝置的液位對中間水泵進行自動啟停控制。控制系統還根據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的電絮凝反應器通過技術改良，相比傳統電絮凝反應器最大的區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后，產生強烈的三維橢圓型強旋轉剪切湍流運動。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）介質過濾器

介質過濾器采用石英砂、無煙煤、火山礫三層組合的濾料形式，過濾系統采用模塊化設計，可以通過時間、壓差、手動的方式啟動介質過濾器的反沖洗，系統內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，反沖洗時節水等優點。

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

經過對定州電廠現場水質分析，發現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，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，大部分在0.4～0.6mm之間，它們有較高的機械強度，化學性質也很穩定。

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，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，產生鋁、鐵等離子，經過一系列的水解、聚合及氧化過程，使廢水中的煤粉顆粒、膠體雜質、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捕或卷掃作用，使樹脂顆粒與煤灰顆粒一同置于絮凝環境中，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，介質過濾器的出口水樣濁度均為0，懸浮物小于5mg/L，優于要求出水水質SS＜10mg/L的指標。

表1試驗情況水質分析

4.2運行情況

定州電廠含煤廢水電絮凝處理系統的處理水量為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穩定運行168小時后，現場設備運轉正常，出水水質良好，取水樣進行化驗分析。

表2運行情況水質分析

如表2所示，介質過濾器出口的濁度、色度和懸浮物相比含煤廢水原水均有很大程度的降低，各項指標達到規定的技術要求，并且對比含煤廢水原水與介質過濾器出口的樹脂含量可以發現，經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運行前后的水樣對比情況，圖3為定州電廠含煤廢水現場運行情況。

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場運行情況

5結論

通過現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，經處理后的樹脂含量大幅度減少，解決了系統於堵、制水效率低等問題，系統運行至今性能穩定、操作可靠、自動化程度高，定州電廠的這個成功經驗填補了國內電子絮凝技術在處理樹脂殘液方面的空白，并可以在國內外類似含有樹脂殘液的污水系統中進行推廣，具有巨大的經濟效益與環境效益。

參考文獻

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