定州电厂含煤废水电子絮凝处理技术应用研究
王天伟1，孙蓟光1，赵文宁1，欧群飞2，黄勇2，徐建洪2
（1.国家能源集团神华国华定州发电有限责任公司，河北定州，073000；2.成都飞创科技有限公司，四川成都，610000）
摘要：河北国华定州发电有限责任公司将二期化学系统的树脂废液汇入含煤废水沉淀池，大量处理化学树脂废液，导致原有的含煤废水加药处理系统淤堵，制水效率下降，增加运行人员的工作强度，并且经常出现由于出水不及时导致沉淀池溢水等现象。为了有效解决这个难题，河北国华定州电厂现采用电子絮凝技术对含有废旧树脂残液的含煤废水进行处理，有效解决了含煤废水系统於堵的问题，提高了回水利用率，全自动运行，自动化水平高，无需加药，运行成本低，弥补了国内电子絮凝技术在处理树脂残液方面的空白，其成功经验可以在国内外类似含有树脂残液的污水处理系统中进行推广。
关键词：含煤废水；树脂残液；电子絮凝；处理工艺。
河北国华定州发电有限责任公司原有的两套加药絮凝、斜板集聚、砂滤过滤的含煤废水处理系统已经运行13年。长期循环加药，导致设备老化，药剂的絮凝效率下降，水质波动较大。自2009年二期设备投运后，又将二期化学系统的树脂废液汇入含煤废水沉淀池，导致进入系统的总量大于输煤系统的消耗，尤其是树脂残液易导致过滤砂箱淤堵，造成系统反冲洗频次增加、设备运行时间加长；在含煤废水循环运行条件下，大量消耗的助凝剂、混凝剂长期累积影响，会使得水质ph值升高，增加管道锈蚀、泄漏的几率；同时大量处理化学树脂废液，导致原有的系统淤堵，制水效率下降，不仅会增加运行人员的工作强度，也会诱发由于出水不及时导致的沉淀池溢水。为消除由此导致的隐患，现采用电子絮凝技术对含有废旧树脂残液的含煤废水进行处理。
1含煤废水处理系统概况
河北国华定州发电有限责任公司的含煤废水处理水量为30m3/h,含煤废水处理后要求达到回用标准。根据电厂的实际情况与含有废旧树脂残液的含煤废水进出水指标，整个处理工艺采用“电絮凝-离心沉淀-过滤预处理-介质过滤”的方式进行处理，具体工艺流程如下：
图1含煤废水处理工艺流程图
工艺流程说明：
含煤废水与树脂废液来水在一级沉淀池汇集，水在一、二、三级沉淀池之间逐级沉淀，每级沉淀池通过溢流方式进出，通过采用这种三级沉淀方式增加了含煤废水的停留时间，并且调节缓冲不均匀来水。煤灰和水的密度相似，自然沉降只能去除较大煤粒和可沉降悬浮物，小颗粒煤灰表面带电荷，在水中呈现布朗运动，很难自然沉降。
废水经三级沉淀后利用煤水提升泵将水提升进电絮凝反应器，电絮凝反应器内有铁板、铝板或铝铁混合极板组成的电极板，在电化学反应的作用下，废旧树脂与含煤废水的颗粒经絮凝作用由小颗粒聚集成大的絮体，在水压作用下与废水一同进入离心沉淀反应器。
离心沉淀反应器作为一种分离分级设备，其工作原理是离心沉降。当待分离的两相（或三相）混合液以一定压力进入反应器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒（或重相）与细颗粒（或轻相）之间存在着粒度差（或密度差），其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒（或重相）经离心沉淀反应器底部排污口排出，而大部分细颗粒（或轻相）由溢流管排出进入过滤预处理装置，从而达到分离分级的目的。
废水在过滤预处理装置中进行短暂的停留后经中间水泵将废水提升进介质过滤系统中进行深度过滤，该过滤系统采用精选的无烟煤、火山砾和石英砂多层滤料，当废水经过滤层时，悬浮物基本被拦截吸附，保证出水水质。介质过滤系统带有手动、压差和时间控制反洗功能，并且在出水管装有浊度仪，当过滤系统的进出口压差或工作时间到达设定值，系统开始反洗，反洗后再进行正洗，保证滤料清洁高效。经过过滤后的水体浊度可小于10ntu，ss小于10mg/l，达到回用系统要求。
为了实现自动化控制和无人值守运行，在三级沉淀池和过滤预处理装置处均设置有超声波液位计，在离心沉淀反应器下方设置有泥水界面仪。当三级沉淀池液位达到设定高度时，自动启动煤水提升泵，启动电子絮凝器进行絮凝处理；当三级沉淀池液位低于设定低液位值时，自动关闭煤水提升泵，关闭电子絮凝器供电。同理，中央控制系统根据过滤预处理装置的液位对中间水泵进行自动启停控制。控制系统还根据泥水界面仪的泥水高度来控制离心沉淀反应器底部排污阀进行自动排污。
2主要设备特点
（1）电絮凝反应器
本含煤废水处理系统的电絮凝反应器通过技术改良，相比传统电絮凝反应器最大的区别在于采用最先进的智能倒极技术，通过实时测量阳极和阴极之间的电阻增加率，来自动控制电解电源正负极性反向时间，有效的防止了阳极钝化，提高了电絮凝效果，避免了因水质波动而使用同一固定反向周期的电源导致电絮凝效果不佳的问题。
（2）离心沉淀反应器
离心沉淀反应器作为一种分离分级设备，其工作原理是离心沉降。当待分离的两相（或三相）混合液以一定压力进入旋流器内后，产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于粗颗粒（或重相）与细颗粒（或轻相）之间存在着粒度差（或密度差），其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，受离心沉降作用，大部分粗颗粒（或重相）经离心沉淀反应器底部排污口排出，而大部分细颗粒（或轻相）由溢流管排出，从而达到分离分级的目的。
（3）介质过滤器
介质过滤器采用石英砂、无烟煤、火山砾三层组合的滤料形式，过滤系统采用模块化设计，可以通过时间、压差、手动的方式启动介质过滤器的反冲洗，系统内各过滤器依次进行反冲洗，其他过滤器仍然在过滤，以保证系统在反冲洗过程中不中断供水，拥有反冲洗效率高，反冲洗时间短，反冲洗时节水等优点。
3电子絮凝技术对含有废旧树脂残液的含煤废水处理机理的理论分析
经过对定州电厂现场水质分析，发现含煤废水中煤灰颗粒大小不均，粒径在几十微米以下的占50%，其比重与水的比重非常接近，因此大部分处于悬浮状态，单靠自然沉淀的作用，效果不明显。废水中的树脂不溶于水和一般溶剂，大多数成颗粒状，也有一些成状或粉状，树脂颗粒的尺寸一般在0.3～1.2mm范围内，大部分在0.4～0.6mm之间，它们有较高的机械强度，化学性质也很稳定。
综合树脂与煤粉颗粒的物理特性，树脂颗粒与煤灰颗粒不易于沉淀，要一同去除废水中的这两种物质，首先需要通过电絮凝作用，使阳极在直流电的作用下被溶蚀，产生铝、铁等离子，经过一系列的水解、聚合及氧化过程，使废水中的煤粉颗粒、胶体杂质、悬浮物等凝聚成大的颗粒胶体，利用胶体的吸附作用，以及絮凝物对水中的颗粒污染物进行网捕或卷扫作用，使树脂颗粒与煤灰颗粒一同置于絮凝环境中，从而更易于沉淀、分离。
4试验与运行情况对比
4.1试验情况
定州电厂含煤废水小试试验规模为100l/h，电絮凝反应试验在一个电解槽中进行，槽体有效容积为5l（长20cm，宽10cm，高28cm），输入电压为220v，离心沉淀试验装置一台、过滤预处理试验装置一台、过滤器试验装置、以及配套的煤水提升泵、ph检测仪、过滤器提升泵等。
如表1所示，为不同的电解电流密度下所进行的电絮凝试验后的水质分析情况，可以看出在这四种不同的电解电流密度条件下，介质过滤器的出口水样浊度均为0，悬浮物小于5mg/l，优于要求出水水质ss＜10mg/l的指标。
表1试验情况水质分析
4.2运行情况
定州电厂含煤废水电絮凝处理系统的处理水量为30m3/h，在电解电压160v，电解电流30a的情况下，含煤废水电絮凝系统稳定运行168小时后，现场设备运转正常，出水水质良好，取水样进行化验分析。
表2运行情况水质分析
如表2所示，介质过滤器出口的浊度、色度和悬浮物相比含煤废水原水均有很大程度的降低，各项指标达到规定的技术要求，并且对比含煤废水原水与介质过滤器出口的树脂含量可以发现，经电子絮凝技术处理后的废水树脂含量大大降低，说明本系统的电子絮凝处理技术对含有废旧树脂残液的含煤废水的处置效果很好，成功达到预期目标。
如图2所示，为定州电厂含煤废水电絮凝处理系统运行前后的水样对比情况，图3为定州电厂含煤废水现场运行情况。
图2含煤废水处理前后水样对比
图3定州电厂含煤废水现场运行情况
5结论
通过现场实际运行情况可知，定州电厂通过运用电子絮凝技术对含有废旧树脂残液的含煤废水进行处理达到预期效果，经处理后的树脂含量大幅度减少，解决了系统於堵、制水效率低等问题，系统运行至今性能稳定、操作可靠、自动化程度高，定州电厂的这个成功经验填补了国内电子絮凝技术在处理树脂残液方面的空白，并可以在国内外类似含有树脂残液的污水系统中进行推广，具有巨大的经济效益与环境效益。
参考文献
[1]杨明，火力发电厂含煤废水处理系统设计，《给水排水》,2009,45(4):69-71；
[2]黄伟，火力发电厂含煤废水处理工艺的选择，《华电技术》,2014(7):73-74；
[3]李俊文，王晶冰，张立军、徐华伟，高浓度一体化含煤废水处理装置的研究，《陕西电力》,2008,36(2):28-31；
[4]陈峰，周小龙，电絮凝在含哈密电厂中的含煤废水处理系统应用与研究，《中国科技博览》,2016(8):63-63；
[5]朱学兵，韩东浩，徐忠明，火力发电厂含煤废水处理及回用系统设计，《热力发电》,2008,37(1):104-105。