膠體硅問題近來在有些電廠不斷出現, 用地下水作為原水時, 常出現處理不當影響交換器周期制水量的問題。××火電廠水處理使用河水作為原水, 處理后供鍋爐用水。其工藝流程如下。
河水→沉淀池砂→濾池→電滲析→強酸性陽床→除碳器→強堿性陰床→除鹽水。
采用以上工藝生產除鹽水能夠滿足電廠鍋爐用水要求, 除鹽水水質正常 (電導率<5us/cm、SiO2<100ug/l) 。去年該電廠因水源問題, 變為使用地下水作為原水, 其處理工藝流程與上述一樣。使用地下水運行一段時間后, 逐漸出現除鹽設備運行異?，F象, 特別是陰床出現周期制水量減少, 再生頻繁, 堿耗增加, 再生后正洗時間延長、再生操作困難等現象。陰床出水漏硅量增大、電導率上升, 且日趨嚴重, 造成除鹽水供水緊張, 爐水中硅酸鹽含量升高。打開罐體檢查陰樹脂, 樹脂顏色不顯透明, 樹脂個別有粘接現象, 部分樹脂外包裹一層灰白色, 用堿液浸泡污染樹脂后, 顏色有所改善。經化驗分析確認是膠體硅污染凝膠型強堿陰樹脂, 導致設備運行異常。具體從地下水/電滲析/交換器等方面進行原因分析如下。
1 地下水中的硅酸化合物含量比地面水中的含量高
經化驗該電廠兩種水源水質指標如表1。
經化驗分析兩種水質, 地下水中SiO2含量為13.4mg/l, 明顯高于河水中的含量。
當水中含硅量很高時, 如果對硅去除的方法不當, 會導致整個系統運行狀況不理想, 水源中各種成分又會交叉影響系統正常運行。該電廠第二套運行方式沒有考慮來水中硅的去除問題, 致使膠體硅進入系統, 使除鹽設備運行異常。
2 天然水中硅酸化合物存在形式多以膠態硅酸存在
硅酸化合物存在的形態, 與水的pH值有關。pH值越低, 離子態的硅酸化合物越少, 而膠態硅酸增多。不同PH值時各種硅酸化合物的相對量不同, 其結果見表2。
從上表中可知:該電廠地下水的pH值8.12, 那么地下水中高含量的硅主要以膠態存在。
3 水中的膠體硅不能用自然沉降和過濾的方法去除
水中膠體物質比較多的是硅酸化合物。膠體顆粒一般是由難溶物質從水溶液中析出時形成的微粒, 微粒表面具有帶電性能。膠體顆粒的性質使得膠體顆粒懸浮在水中, 很穩定, 不易沉降。它的自然沉降速度0.154nm/s, 即沉降1m需200年。水中的膠體粒徑約是1 0-6m m~1 0-4m m之間的微粒。膠體顆粒能通過濾紙, 但不能通過半透膜, 即不能用自然過濾的方法使膠體顆粒與液體分離。該電廠水處理工藝中的沉淀池和砂濾池不能去除水中膠體硅顆粒。
4 電滲析處理后, 水中的硅化合物幾乎沒有被去除
電滲析是在直流電場的作用下, 利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性, 而使溶液中的溶質與水分離的過程。即:在直流電場的作用下, 溶液中的離子做定向遷移過程。硅酸是弱電解質, 只有一部分產生電離。在電場作用下定向遷移性差。所以電滲析沒有去除硅的能力。
5 凝膠型強堿性陰樹脂被膠體硅污染
該電廠的一級除鹽設備使用的是強酸強堿型凝膠樹脂。凝膠型樹脂網孔直徑約為2nm~4nm, 無機離子 (包含離子硅) 的直徑約0.3nm~0.7nm, 用凝膠型樹脂是完全可以去除的。而水中的膠體顆粒 (膠狀硅) 常帶負電荷, 粒徑較大 (膠硅化合物的粒徑可大于50nm) , 強堿性陰樹脂不能交換水中的膠體硅酸。當天然水通過強堿性陰離子交換器后, 其出水中膠體硅酸仍有相當數量的減少, 這與樹脂的機械過濾和吸附作用有關。當水通過陰樹脂后, 膠體硅吸附并聚合在樹脂的表面上阻止交換, 堵塞樹脂孔眼, 使樹脂受到污染。污染后樹脂中硅含量增大, 用堿液再生時這些硅不易洗脫下來, 其結果導致陰床的除硅效率不斷下降。
該廠除鹽水運行異常, 出水水質變差, 出水硅和電導超標等現象表明陰樹脂已被污染。當水中膠體硅增加時, 原工藝和再生方法已不能有效去除硅, 使硅含量在樹脂中積累所致。
6 水中的膠體物質可以通過混凝處理或超濾法去除
混凝處理就是向水中投加一種化學藥劑 (混凝劑) , 這種藥劑在水中會和雜質 (膠體和懸浮物) 產生混合凝聚過程, 從而變成大顆粒下沉。水經混凝處理后, 除去水中的膠態硅酸, 約占全部硅酸的25%~50%。水經混凝處理后的出水中活性硅的含量仍然很高, 但是膠體硅含量卻已經很少。
超濾是利用超濾膜為過濾介質的膜分離技術, 是與膜孔徑相關的篩分過程。超濾膜孔徑大小約0.002um~0.02um, 而鹽和電解質的顆粒與超濾膜孔徑相比較小, 膠體硅顆粒與超濾膜孔徑相比較大, 則鹽和電解質可通過, 而膠體和相對大分子物質不能通過, 從而使水中的膠體物質得以去除。
7 結語
(1) 電滲析沒有去除硅能力。 (2) 強堿樹脂可以去除離子態硅, 而不能除去膠體硅, 當水中有大量膠體硅時, 凝膠型陰樹脂易被污染, 影響樹脂交換能力, 影響出水水質。 (3) 沉淀池、砂濾池不能除去水中的膠體硅。 (4) 制取除鹽水時, 在設備選型和選用處理工藝時, 應重視水中各種硅的去除問題。 (5) 水中的膠體物質可以通過混凝處理和超濾法去除。
摘要：對地下水與除鹽水系統中的非離子狀硅特別是膠體硅對陰樹脂的不良影響做了簡要描述, 并初步探索了xx火電廠現有一級除鹽設備系統出水異常, 出現SiO2超標原因, 簡要說明水中的膠體硅可用混凝處理或超濾法去除。
關鍵詞：地下水,膠體硅,電滲析,樹脂污染,混凝
參考文獻
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