(广东红海湾发电有限公司 广东省汕尾市 516623)
摘要：含煤废水中煤粉和悬浮物对火力发电厂输煤系统的稳定运行有着重要影响。传统处理工艺虽然降低了废水中少量的大颗粒煤粉，但大量的小颗粒煤粉无法去除。电子絮凝技术通过在废水中通入电流，打破了悬浮颗粒在水中的稳定状态，可有效降低含煤废水中的悬浮物含量，对火力发电厂输煤系统的改进有着重要意义。
关键词：电子絮凝技术；含煤废水；处理回用
Application of Electronic flocculation Technology in the treatment of Coal-bearing Wastewater
Abstract: pulverized coal and suspended solids in coal-bearing wastewater have an important influence on the stable operation of coal transportation system in thermal power plants. Although the traditional treatment process reduces a small amount of large particle pulverized coal in the wastewater, a large number of small particle pulverized coal can not be removed. Electronic flocculation technology can break the stable state of suspended particles in water by passing current into the wastewater, and can effectively reduce the content of suspended solids in coal-bearing wastewater, which is of great significance to the improvement of coal transportation system in thermal power plants.
Key words: treatment and reuse of coal-bearing wastewater by electronic flocculation technology
1. 引言
在火力发电厂连续运行过程中，为了保证输煤系统处于一个良好的工作环境，设备会采用各种抑尘措施，对包括输煤栈桥、转运站、煤仓间、磨煤机等多个设备进行冲洗，产生的大量冲洗废水及煤场中的雨水形成了含煤废水。从降低电厂用水、提高电厂水资源重复利用率角度出发，需要将这部分水收集处理之后再进行回用。《火力发电厂废水治理设计技术规程(DL/T 5046-2006)》中做了规定，电厂内的含煤废水需单独设置收集系统和处理系统[1]。含煤废水在经处理之后，电厂一般将其再重新再用做输煤系统冲洗水和煤场的喷洒水。
含煤废水的传统处理方式在将含煤废水收集后，通过过滤或混凝沉淀处理，出水直接回用或排至生产废水处理站处理后再回用[2]。该方法虽然可以去除含煤废水中的少量的大颗粒煤粉和悬浮物，但大量的小颗粒煤粉无法去除，继而导致输煤系统冲洗水管路堵塞，严重影响着输煤系统的稳定运行。因此，针对传统工艺无法完全去除的小颗粒煤粉，选择合适的新型处理工艺对火电厂输煤系统的革新有着重要意义。
2. 含煤废水特点
含煤废水中的主要污染物为冲洗过程及喷洒过程中由煤带入到水中的煤粉，受其影响含煤废水的色度和浊度均较高。结合我厂含煤废水水质资料和文献资料[3, 4]，可以得出含煤废水具有以下特点：
(1). 悬浮物浓度高——含煤废水中悬浮物的浓度大约在900~4000 mg/L，悬浮物种类包括有机物和无机物，有机物主要为煤组分及部分小分子有机物，无机物则包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等[5]。受无机物影响，悬浮物多为胶体分散形式，导致含煤废水的沉降特性和过滤特性均较差。
(2). 煤水粒径分布宽——含煤废水中悬浮物颗粒粒径分布较宽，从0.04 mm以下到0.96 mm以上均有分布，且粒径在0.04 mm以下的悬浮物含量较高，表1为文献中煤水粒径分布数据。
表1 煤水粒径分布[3]
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表2 不同粒径煤粉沉降速度
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(3). 沉降速度慢——含煤废水中的悬浮物比重一般为1.5~1.6 g/cm3，废水中液相比重一般为1.0 g/cm3，二者密度差较低，且悬浮物粒径较低，导致悬浮颗粒沉降速度非常缓慢，大大增加了悬浮物的分离难度，表2为估算得到的不同粒径煤粉颗粒在废水中的沉降速度。
(4). 水量波动大——含煤废水包含了冲洗水和煤场雨季雨水，受降雨量影响，废水水量波动较大。我厂正常情况下含煤废水处理系统水量约为20 m3/h，下雨时进入含煤废水系统的水量约200 m3/h左右。水量的大幅波动导致废水对处理装置的冲击较大，在进水高峰期时，含煤废水处理装置出水难以达标。
3. 电子絮凝技术在含煤废水处理上的应用
3.1 电子絮凝技术原理
电子絮凝(Electro-Coagulation, EC)技术，即通过增加外电场，牺牲阳极产生大量阳离子对废水进行絮凝，从而去处污染物并净化水质，兼具电化学氧化、絮凝、破乳化、气浮等特点[6-8]。电子絮凝技术涉及的电化学反应如下所示：
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上式中Me表示阳极金属(Metal)，工业生产中常用的阳极材料为铝材或铁材，这是由于铝和铁溶解产生的金属离子在水中水解聚合形成的物质可以同时作为絮凝剂，去除废水中的胶体、悬浮物及其他污染物。
电子絮凝技术涉及的主要过程如下：
(1). 氧化过程——氧化过程不仅包括阳极材料自身的氧化过程，还包括废水中的无机物和有机物的氧化过程，主要涉及的反应方程式如下所示。
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(3). 气浮过程——电解过程阳极氧化COD产生CO2气体，氧化OH-产生O2气体，阴极还原H+产生H2气体，因此电子絮凝的两极始终伴随着气泡的产生。两极产生的气泡半径10 μm~60 μm不等，与废水中的胶体、乳状油等污染物粘附在一起上升至废水表面而去除污染物，即气浮过程[9]。
(4). 破乳化过程——当废水中含有油脂、染料等物质时，在一定含量条件下，这些物质常以乳化形态溶解于废水中。电子絮凝过程在不断氧化阳极的过程中产生大量OH-离子，OH-离子可以与溶解状态的乳化油、油泥、染料等物质发生反应，形成非溶解态物质，继而破除乳化现象。
(5). 聚沉过程——当废水中含有Al3+、SiO2等物质时，在一定pH条件下，这些物质易形成胶体稳定存在于废水中。电子絮凝为高电流密度过程，由于Al3+、SiO2等物质形成的胶体粒子均带有一定量的电荷，受高电流密度影响，胶体粒子的稳定多层结构被打破，含有Al3+、SiO2等的胶核游离出来并被沉淀，即为胶体的聚沉过程。
3.2 电子絮凝技术特点
电子絮凝技术的技术特点主要包括：
(1). 运行成本低——电流密度高，但极间电压低，吨水耗电量不足1.0 kW；阳极氧化可以直接产生絮凝剂，去除废水中悬浮物等污染物，无需投加额外药剂；容易进行自动化控制，设备人员管理成本低；部件更换周期长，检修成本低，因此电子絮凝设备的总体成本低。
(2). 去除效率高——与普通沉淀法、化学沉淀法相比，电子絮凝技术对悬浮物的最高去除率可以达到99%，对BOD的最高去除率可以达到98%，对细菌等的最高去除率可以达到99.999%，去除效率远超普通沉淀法和化学沉淀法。
(3). 适用性强——电子絮凝伴随了氧化、絮凝、气浮、破乳化、聚沉等诸多过程，因此可以用于各种污染物的去除，包括重金属、悬浮物、总氮、总磷、色度、浊度、油脂、COD、烃类化合物、酚类化合物等等，适用范围非常广泛。
(4). 处理效果稳定——电子絮凝过程的主要影响因素为极板参数和电化学参数，水质参数如温度、压力、COD、悬浮物、pH等对该过程去除率的影响较小，因此设备的抗水质变化冲击能力较强，废水处理效果也十分稳定。
(5). 连续运行周期长——受絮凝过程影响，电子絮凝设备中悬浮物等易结垢物质多于铁离子或铝离子的络合物反应形成絮体，难以在极板上形成垢层。而阴极极板上沉积的物质则可以通过改变电源装置，采用脉冲电源或采用倒极方式消除。因此，电子絮凝设备的连续运行周期较长。
(6). 设备安全稳定——电子絮凝设备的电流密度较高，但两级电压较低，均控制在人体安全电压36V以内，设备安全稳定，极大的保证了劳动人员安全。
3.3 电子絮凝技术在含煤废水处理上的应用实例
电子絮凝技术的各种优异性能决定了其在各种废水处理中的广泛应用，涉及了含油废水、印染废水、纺织废水、重金属废水等诸多领域[10]。该技术同样在含煤废水处理中得到了良好应用，图1为某电厂含煤废水的处理工艺。
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图1 某电厂含煤废水处理工艺
含煤废水经废水提升泵进入电子絮凝器，经过电子絮凝处理后自流进入离心沉淀器中进行固液分离，得到的污泥中高含煤粉，可收集并回用；离心沉淀器上清液则经高压泵泵送进入自清洗过滤器，过滤器产水直接回用于输煤系统。
该厂的含煤废水设计处理量为200 m3/h，进水浊度2000~4000 NTU，颜色为深黑色。含煤废水处理装置采用了3台70 m3/h电絮凝设备并联运行，过滤器出水浊度3.0 NTU以下，为无色透明液体，悬浮物得到了有效去除。
该厂含煤废水处理装置连续运行时的总工作容量为112 kW，总运行成本如表3所示。表3中还罗列了传统化学絮凝装置的总运行成本，并于电子絮凝装置做了对比。
表3总运行成本对比
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从上表中可以看出，电子絮凝较传统化学絮凝的能耗更低；由于不存在加药过程，在药剂、工业一次水和人工成本上，电子絮凝均优于传统化学絮凝工艺。
综上所述，电子絮凝技术不仅仅能够大幅提高含煤废水的处理效果，同时也能大幅降低含煤废水的处理成本，是一种优异的处理工艺。
4. 结论
含煤废水的处理对火力发电厂输煤系统的稳定运行有着重要影响，亟需采用新工艺以弥补传统处理工艺的不足之处。电子絮凝技术作为一种绿色环保电化学处理方法，具有运行成本低、去除效率高、适用性强、连续运行周期长、设备安全稳定等诸多优点，能够有效去除含煤废水中的各种悬浮物，在该废水的处理领域中得到了良好应用。将电子絮凝技术引入电厂含煤废水的处理过程中，对火力发电厂的技术革新与进步有着重要意义。
参考文献：
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[10]张石磊, 江旭佳, 洪国良等. 电絮凝技术在水处理中的应用[J]. 工业水处理, 2013. 33(1): 10-15.
作者简介：
杜志坚，职称：热能动力工程师，从事专业：设备环保专业
余子炎，职称：电力化学高级工程师，从事专业：设备环保专业