高密度沉淀池利用双碱法去除灰水中硬度的研究

高密度沉淀池利用双碱法去除灰水中硬度的研究

陶文杰

浙江石油化工有限公司，浙江省舟山市 316000

摘要：为了更好地控制煤焦制气装置气化灰水处理系统水质，本文分析了利用双碱法去除灰水中硬度的技术，以解决水处理系统堵塞问题，保证污水场灰水处理系统长周期、稳定可靠运行。

关键词：灰水、高密池、硬度、双碱法

1. 概述

煤焦制气装置气化灰水系统硬度浓度高，硬度离子容易在管道中形成沉淀而引起水处理过程中的许多问题，导致污水处理单元的高氨氮单元池体、管道结垢和堵塞等问题，严重影响污水处理系统运行。为更好地控制灰水处理系统水质，利用双碱法去除灰水中硬度的技术，根据理论计算，通过运行时间，摸索加药的控制参数，指导污水场日常运行操作，保证污水场灰水处理系统长周期、稳定可靠运行。

2. 灰水水质分析

产生灰水的煤焦制气装置采用外购原料煤和延迟焦化副产的石油焦作为原料，煤气化工艺属气流床气化工艺。污水场接收气化灰水水质总硬度在900-1100mg/L之间，气化灰水钙硬度：850-1000mg/L之间，气化灰水总碱度：500-600mg/L之间，pH：7.9-8.2。

针对灰水中永久性硬度高的特征，本研究选用烧碱-纯碱法和高密度沉淀池（以下简称高密池）相结合的去除方法来进行硬度的处理。高氨氮高密池出水pH（调控值）：9-10，高氨氮高密池出水硬度控制指标为200-300mg/L，高密度沉淀池的作用是对来水进行混凝沉降和烧碱-纯碱软化，降低浊度和硬度，确保后续处理系统的平稳运行和出水水质合格。

3. 除硬度理论计算

3.1高密池除硬原理研究

为在高效沉淀池设施中，高效去除污水中呈胶体状态的微细悬浮物、钙、镁离子，在其工艺前的混凝池、絮凝池中通过投加药剂和机械搅拌，进行物理化学反应，达到所需的工艺条件。

向混合池投加NaOH或Na2CO3药剂溶液，调节来水水质，将PH控制在6.5~9，同时氢氧化钠药剂中的氢氧根离子、Na2CO3药剂中的碳酸根离子可以跟水中的钙、镁等离子结合形成沉淀，达到去除硬度的目的。

强碱软化原理：水中Ca2+、Mg2+含量的总和称总硬度，可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种。碳酸盐硬度是以酸式碳酸盐形式存在的部分，主要是由Ca2+、Mg2+的碳酸氢盐[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度，碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度。非碳酸盐硬度主要是由Ca2+、Mg2+的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等。当水的总硬度小于总碱度时，它们之差，称为负硬度。

强碱弱碱软化法是指将氢氧化钠或碳酸钠溶液加入水中，与水中的硬度成分碳酸化合物起反应，生成难溶的碱性物质，使其沉淀析出，达到软化目的的得以去除的方法。污水处理系统采用石灰软化进行除硬和除硅，为避免投加生石灰（CaO）产生的灰尘污染，通常先将生石灰制成消石灰（即熟石灰）Ca(OH)2使用。污水中钙镁离子以及游离态的硅酸与Ca(OH)2形成的CaCO3、Mg(OH)2和CaSiO3都是难溶化合物，可从水中沉淀析出。

因此经过药剂软化沉淀的钙、镁离子在混凝池投加混凝剂（FeCl3药剂）溶液，通过铁盐的水解，产生带电荷络合物的吸附电荷作用和双电层压缩作用，破坏污水中胶体污染物的δ电位，使胶体物质凝聚形成微絮体。

高效沉淀絮凝池是利用混凝剂（聚丙稀铣胺）和搅拌机的作用使微絮体大量聚集，形成絮凝体。向高效沉淀絮凝池絮凝池投加聚合物（聚丙烯酰胺）溶液，通过聚合物水解产生的氢键结合、静电结合和范德华力等，使之与凝聚后形成的微絮体发生吸附桥架作用和沉淀网捕作用，进而使微絮体增大，变牢，形成更稳定的絮凝体。

高效沉淀池后段为沉降区，采用倾角为60°的斜管填料，通过增加沉淀面积，降低沉降高度，改善水力条件的浅池沉降原理，大幅度提高颗粒沉降效果，使悬浮物（絮凝体）沉降分离；再利用沉降区底部排泥设施，形成的沉淀污泥一部分经泵循环回流至混合池，一部分经泵排放至污泥处理系统。

3.2双碱法投加计算

根据灰水水质分析，气化灰水水质总硬度在900-1100mg/L之间，气化灰水钙硬度：850-1000mg/L之间，那么镁硬度约为50-100mg/L,远小于出水目标硬度值200-300mg/L，运行中主要需去除钙硬度；而总碱度又小于钙硬度，除了投加氢氧化钠使碳酸氢盐生成碳酸盐，与钙离子反应生成沉淀外，如必要还需额外补加碳酸钠进一步除钙。

水中除硬的反应顺序：酸碱反应和缓冲溶液反应＞碳酸钙沉淀＞氢氧化镁沉淀。

加药的计算条件：总硬度1000mg/L,钙硬度900mg/L，总碱度600mg/L，通过加氢氧化钠和碳酸钠，使出水硬度降至300mg/L。硬度以碳酸钙计，分子量100。污水中的钙硬度计算值为0.009mol/L；镁硬度计算值为0.001mol/L；碱度计算值为0.006mol/L（污水中的碱度绝大多数为碳酸氢盐，按照碳酸氢盐计算。）

出水总硬度300mg/L，镁硬小于出水总硬度。不需要投加去除镁硬部分的氢氧化钠；但要投加中和碳酸氢盐的氢氧化钠，使碳酸氢根反应成碳酸根，使得钙硬与碳酸盐生成沉淀去除。

碳酸氢盐消耗氢氧化钠：0.006mol/L*40g/mol*1000=240mg/L

此外，需通过投加氢氧化钠将pH由8提高至10，暂按200mg/L计，则氢氧化钠投加总量：240mg/L+200mg/L=440mg/L

碳酸钠投加浓度计算如下：

污水中的总硬度与总碱度之差大于300mg/L,镁硬小于300mg/L，则总碱度不足，需补充投加碳酸钠，碳酸钠投加量为 ：（钙硬-总碱度-（300-镁硬））/100*106=106mg/L。

4. 研究结论与建议

4.1在进水硬度以钙硬为主的情况下，调整高密池pH在9-10之间，高氨氮高密池除硬氢氧化钠投加浓度参见下表。

4.2在进水硬度以钙硬为主的情况下，且进水钙硬度大于进水碱度时，为高氨氮高密池继续除硬，可根据永久硬度（总硬-总碱）指标补充投加碳酸钠，投加浓度参见下表。

高氨氮高密池除硬的前提是分析水质，关键是调控pH到9-10,通过比较总硬与钙硬，总硬与总碱的数量关系，采取以投加氢氧化钠为主，补充投加碳酸钠的组合加药方案。在水质稳定的条件下，可按相应的投加系数来简明快速确定相应投加量。

上述结果是在理论计算的基础上，通过一个阶段的生产实践，将理论数据与实际生产数据进行拟合，鉴于煤制气灰水受到原料以及其装置运行的影响，在后续高密池除硬过程中还要定期进行数据整理，修正加药系数。通过上述方法可以得到较为适合的加药参数，在保证除硬效果的基础上，使药耗更加具有经济性。

参考文献

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