中水中氨氮含量对电厂循环冷却水系统的影响研究

2014-11-21袁凤玲

河北电力技术 2014年6期

袁凤玲，颜琨

(1.同方环境股份有限公司，北京 100081;2.河北西柏坡发电有限责任公司，石家庄 050400)

1 概述

河北某热电厂循环水补水设计采用经深度处理后的中水，经该污水厂处理后中水中氨氮的质量浓度在0 ～135 mg/L 之间，其中大部分时间位于30 ～80 mg/L 之间，已远远超出了二级排放标准要求，而电厂石灰处理对中水中的氨氮没有去除效果，因此循环水补水中氨氮的质量浓度长期在30 ～80 mg/L之间。

氨氮也称氨态氮，包括游离氨态氮NH3-N 和铵盐态氮-N，其在亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌作用下，在循环水中发生硝化反应［1-2］和反硝化反应。循环水中溶氧含量较高，因此循环水系统中以硝化反应为主，而水塔下部淤泥虽然为厌氧的反硝化菌提供了生存场所［3-4］，但较硝化反应、反硝化反应在循环水系统中并非主要反应。硝化反应会产生H+，消耗重碳酸盐碱度即HCO3－，随着H+的不断生成，循环水pH 值逐渐下降，当硝化反应产生的H+摩尔含量大于循环水中的HCO3－时，循环水pH值＜7.0，同时硝化反应也使循环水中的NO3－含量大幅升高。

2 氨氮在循环水系统中的变化规律

鉴于氨氮在循环水系统中的反应，对电厂循环水系统中氨氮的情况进行了跟踪监测，发现了氨氮在循环水系统中的变化规律。

2.1 电厂循环水中氨氮及硝酸根含量分析

2009年5月20日电厂循环水补水和循环水氨氮及硝酸根情况见表1，2010年3月2日电厂循环水补水和循环水氨氮及硝酸根情况见表2。

表1 2009年5月20日循环水水质情况 mg/L

表2 2010年3月2日循环水水质情况 mg/L

从表1和表2中可以看出:

a.氨氮在循环水中发生硝化反应造成了循环水中的氨氮含量与浓缩倍率不成比例，同时循环水中的氨氮并未完全反应，仍保有一定的含量，甚至在冬季循环水温低时发生了一定的浓缩，但倍率远小于循环水浓缩倍率。

b.氨氮在循环水中发生硝化反应造成了循环水pH 值明显偏低。

c.由于硝化反应造成循环水中硝酸根大量富集，而亚硝酸根基本都转化为硝酸根，其浓度没有大幅增加。

2.2 氨氮在循环水中的变化规律

选取了几个有代表性的月份对该热电厂的循环水pH 值和碱度情况进行了分析，这几个月份分别是5月、8月、10月和11月。其中全年循环水补水的pH 值大多都在8.3 ～9.0，循环水浓缩倍率在2.5～3.0 之间运行。循环水pH 值情况见图1和图2，循环水碱度情况见图3和图4。

图1 循环水中pH 值最大值数据统计

图2 循环水中pH 值最小值数据统计

图3 循环水中碱度最大值数据统计

图4 循环水中碱度最小值数据统计

从图1－4中可以看出:

a.4 个月份相比，5月和10月的循环水pH 值和碱度明显低于8月和11月，说明在循环水水温较高和较低时，硝化细菌生长较其他月份缓慢，氨氮发生硝化反应的速率低，pH 值和碱度下降缓慢;

b.5月循环水pH 值基本在8.0 以下运行，在5月下旬时，pH 值低至7.5 以下，最小值在7.0 左右;

c.10月循环水pH 值基本在8.0 以下运行，在10月上旬和下旬，pH 值都低至7.5 以下，最小值在7.0 左右;

d.8月和11月的循环水pH 值大都维持在8.0～8.5 之间，最小值基本在7.5 以上。

纵观全年数据可以发现，在3月下旬至7月底和9月至10月期间，循环水的pH 值和碱度都偏低，因氨氮硝化反应造成循环水碱度大量消耗，pH值大幅下降情况明显。

综上所述，氨氮在循环水中的存在形式随季节变化而发生变化。在春秋季时，氨氮硝化反应明显，氨氮大部分转化为硝酸根存在于循环水中;在夏季和冬季时，氨氮硝化反应较春秋季趋缓，氨氮与硝酸根并存于循环水中，且氨氮也发生了浓缩，但浓缩倍率远低于氯根的浓缩倍率。氨氮在循环水中发生硝化反应，消耗了大量碱度，造成循环水pH 值偏低，如不进行调整，pH 值将长期处于6.5 ～7.5 之间。

3 氨氮对循环水系统的影响

由于氨氮在循环水系统中发生了浓缩，也发生了硝化反应，造成循环水pH 值偏低，硝酸根富集，考虑到电厂循环水系统使用的材质均为317L 不锈钢，因此对氨氮对317L 的影响进行了电化学腐蚀试验研究。

电化学测试采用Princeton Applied ResearchTM公司的电化学测试系统EG＆GPARC M273 恒电位仪，试验控制及参数确定采用M352 软件系统。电化学测试采用三电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为双液接饱和甘汞电极(SCE)，317L 不锈钢为工作电极。试验用水水质情况见表1、2，试验水温为常温。