地下水中的胶体硅对除盐设备的影响和去除

摘 要:对地下水与除盐水系统中的非离子状硅特别是胶体硅对阴树脂的不良影响做了简要描述,并初步探索了xx火电厂现有一级除盐设备系统出水异常,出现SiO2超标原因,简要说明水中的胶体硅可用混凝处理或超滤法去除。

关键词:地下水 胶体硅 电渗析 树脂污染 混凝

中图分类号:TU991.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0042-01

胶体硅问题近来在有些电厂不断出现,用地下水作为原水时,常出现处理不当影响交换器周期制水量的问题。××火电厂水处理使用河水作为原水,处理后供锅炉用水。其工艺流程如下。

河水沉淀池砂滤池电渗析强酸性阳床除碳器强碱性阴床除盐水。

采用以上工艺生产除盐水能够满足电厂锅炉用水要求,除盐水水质正常(电导率＜5us/cm、SiO2＜100ug/l)。去年该电厂因水源问题,变为使用地下水作为原水,其处理工艺流程与上述一样。使用地下水运行一段时间后,逐渐出现除盐设备运行异常现象,特别是阴床出现周期制水量减少,再生频繁,碱耗增加,再生后正洗时间延长、再生操作困难等现象。阴床出水漏硅量增大、电导率上升,且日趋严重,造成除盐水供水紧张,炉水中硅酸盐含量升高。打开罐体检查阴树脂,树脂颜色不显透明,树脂个别有粘接现象,部分树脂外包裹一层灰白色,用碱液浸泡污染树脂后,颜色有所改善。经化验分析确认是胶体硅污染凝胶型强碱阴树脂,导致设备运行异常。具体从地下水/电渗析/交换器等方面进行原因分析如下。

1 地下水中的硅酸化合物含量比地面水中的含量高

经化验该电厂两种水源水质指标如表1。

经化验分析两种水质,地下水中SiO2含量为13.4mg/l,明显高于河水中的含量。

当水中含硅量很高时,如果对硅去除的方法不当,会导致整个系统运行状况不理想,水源中各种成分又会交叉影响系统正常运行。该电厂第二套运行方式没有考虑来水中硅的去除问题,致使胶体硅进入系统,使除盐设备运行异常。

2 天然水中硅酸化合物存在形式多以胶态硅酸存在

硅酸化合物存在的形态,与水的pH值有关。pH值越低,离子态的硅酸化合物越少,而胶态硅酸增多。不同PH值时各种硅酸化合物的相对量不同,其结果见表2。

从上表中可知:该电厂地下水的pH值8.12,那么地下水中高含量的硅主要以胶态存在。

3 水中的胶体硅不能用自然沉降和过滤的方法去除

水中胶体物质比较多的是硅酸化合物。胶体颗粒一般是由难溶物质从水溶液中析出时形成的微粒,微粒表面具有带电性能。胶体颗粒的性质使得胶体颗粒悬浮在水中,很稳定,不易沉降。它的自然沉降速度0.154nm/s,即沉降1m需200年。水中的胶体粒径约是10-6mm～10-4mm之间的微粒。胶体颗粒能通过滤纸,但不能通过半透膜,即不能用自然过滤的方法使胶体颗粒与液体分离。该电厂水处理工艺中的沉淀池和砂滤池不能去除水中胶体硅颗粒。

4 电渗析处理后,水中的硅化合物几乎没有被去除

电渗析是在直流电场的作用下,利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性,而使溶液中的溶质与水分离的过程。即:在直流电场的作用下,溶液中的离子做定向迁移过程。硅酸是弱电解质,只有一部分产生电离。在电场作用下定向迁移性差。所以电渗析没有去除硅的能力。

5 凝胶型强碱性阴树脂被胶体硅污染

该电厂的一级除盐设备使用的是强酸强碱型凝胶树脂。凝胶型树脂网孔直径约为2nm～4nm,无机离子(包含离子硅)的直径约0.3nm～0.7nm,用凝胶型树脂是完全可以去除的。而水中的胶体颗粒(胶状硅)常带负电荷,粒径较大(胶硅化合物的粒径可大于50nm),强碱性阴树脂不能交换水中的胶体硅酸。当天然水通过强碱性阴离子交换器后,其出水中胶体硅酸仍有相当数量的减少,这与树脂的机械过滤和吸附作用有关。当水通过阴树脂后,胶体硅吸附并聚合在树脂的表面上阻止交换,堵塞树脂孔眼,使树脂受到污染。污染后树脂中硅含量增大,用碱液再生时这些硅不易洗脱下来,其结果导致阴床的除硅效率不断下降。

该厂除盐水运行异常,出水水质变差,出水硅和电导超标等现象表明阴树脂已被污染。当水中胶体硅增加时,原工艺和再生方法已不能有效去除硅,使硅含量在树脂中积累所致。

6 水中的胶体物质可以通过混凝处理或超滤法去除

混凝处理就是向水中投加一种化学药剂(混凝剂),这种药剂在水中会和杂质(胶体和悬浮物)产生混合凝聚过程,从而变成大颗粒下沉。水经混凝处理后,除去水中的胶态硅酸,约占全部硅酸的25%～50%。水经混凝处理后的出水中活性硅的含量仍然很高,但是胶体硅含量却已经很少。

超滤是利用超滤膜为过滤介质的膜分离技术,是与膜孔径相关的筛分过程。超滤膜孔径大小约0.002um～0.02um,而盐和电解质的颗粒与超滤膜孔径相比较小,胶体硅颗粒与超滤膜孔径相比较大,则盐和电解质可通过,而胶体和相对大分子物质不能通过,从而使水中的胶体物质得以去除。

7 结语

(1)电渗析没有去除硅能力。(2)强碱树脂可以去除离子态硅,而不能除去胶体硅,当水中有大量胶体硅时,凝胶型阴树脂易被污染,影响树脂交换能力,影响出水水质。(3)沉淀池、砂滤池不能除去水中的胶体硅。(4)制取除盐水时,在设备选型和选用处理工艺时,应重视水中各种硅的去除问题。(5)水中的胶体物质可以通过混凝处理和超滤法去除。

参考文献

[1] 金熙,项成林,齐冬子.工业水处理技术问答[M].北京:化学工业出版社,2003.

[2] 辽宁省电力工业局.电厂化学[M].北京:中国电力出版社,1995.