火电厂二次水回用现状与管道腐蚀影响因素分析.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 16 期 52 第 50 卷 总第 498 期火电厂二次水回用现状与管道腐蚀影响因素分析火电厂二次水回用现状与管道腐蚀影响因素分析陈文中1，凌敏婵1，蒋开洪1，刘世念2湛江中粤能源有限公司，广东 湛江 524033；南方电网电力科技股份有限公司，广东 广州 510080(1湛江中粤能源有限公司，广东 湛江 524033；2南方电网电力科技股份有限公司，广东 广州 510080)摘 要随着淡水资源日益紧缺，对污水处理后二次水的回收再利用具有重要的现实意义，火电厂是工业用水大户，越来越多的火电厂将二次水应用于生产中。但二次水水质成分复杂、营养丰富，在运输、运行过程中存在微生物腐蚀问题。本文综述了火电厂的二次水回用现状、存在问题及应用前景；分析了二次水运输与运行工程中溶解氧、腐植酸、pH 和碱度、微生物、温度、余氯等因素对管道腐蚀的影响。对二次水的回收利用和控制管道腐蚀的有一定参考意义。关键词火电厂；二次水；微生物腐蚀；问题；影响因素中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0052-02Analysis on the Current Situation of Secondary Water Reuse in Thermal Power Plants and the Influencing Factors of Pipeline CorrosionChen Wenzhong1,Lin Minchan1,Jiang Kaihong1,Liu Shinian2(1.Zhanjiang Zhongyue Energy Co.,Ltd.,Zhanjiang 524033；(1.Zhanjiang Zhongyue Energy Co.,Ltd.,Zhanjiang 524033；2.Southern Power Grid Power Technology Co.,Ltd.,Guangzhou 510080,China)Abstract:With the increasing shortage of fresh water resources,it is of great practical significance to recycle and reuse the treated sewage(secondary water).Thermal power plants are large consumers of industrial water,and more and more thermal power plants use secondary water for production.However,the secondary water is complex in composition and rich in nutrients,and there are microbial corrosion problems in the process of transportation and operation.This paper summarizes the current situation,existing problems and application prospects of secondary water reuse in thermal power plants;The influence of dissolved oxygen,humic acid,pH,alkalinity,microorganism,temperature,residual chlorine and other factors on pipeline corrosion in secondary water transportation and operation project is analyzed.It has certain reference significance for the recovery and utilization of secondary water and the control of pipeline corrosion.Keywords:thermal power plant；secondary water；microbial corrosion；problem；influence factor1 二次水回用现状二次水回用现状二次水是指对污水、雨水进行合理的工艺，使其达到相应的规定标准，并能满足一定的供给需求，能够回收利用的水。二次水与海水淡化、跨流域调水比较有其优越性：二次水经济实惠，性价比高；废水回收减少环境污染，改善生态环境，有助于水环境的优质循环。二次水的供应水源充足，水源水质不易受环境温度气候的影响，较为稳定，是非常有价值的水资源。在技术方面，过滤、微滤、超滤、反渗透等常规污水深度处理技术可将污水处理到人们所需要的水质标准，满足各方面的二次水供应标准。国内外有许多成功的废水回收和再利用项目的例子，例如用于工业、农业、各种市政用途、河流补给、各种市政用途、地下水补给等。为了配合中国城市的城市污水再生利用工程，建设部和国家标准化管理委员会汇订了 城市污水处理厂工程易受环境温度气候的影响，较为稳定，是非常有价值的水资源。二次水应用范围很广，不仅能满足生态用水、生活用水、农业、林业、畜牧业等方面的需要，还能在火力发电厂中用作冷却和锅炉用水。我国虽然淡水资源总量大，是全球排名第四的国家，但由于我国人口基数大，人均量根本达不到全球的平均数值，仅为平均值的 1/4，水资源紧缺十分宝贵，循环用水、把“污水”变成“活水”、推广二次水的利用，对于火电厂这样的工业用水大户，高效应用二次水十分必要1。资料表明：目前，城市污水是我国地下水污染的重要来源，增加污水处理效率，对污水处理设备进行更新换代，是改善水质污染的主要措施。我国大力推广使用二次水的主要目的是为了解决改善水资源不足和水污染日益严重的问题，进一步使得水资源经过工艺处理得以循环利用，“十二五”期间，国内新增日均水处理能力 2675 万立方米，总投资增幅高达 198.04%，年平均增长率达到 24.41%。其间，全国城镇二次水利用率提供 5%至 15%2。污水再处理循环利用为二次水的应用前景十分广阔。其水质条件一般，不可食用，只能用于生活出行、民生建设等方建设部和国家标准化管理委员会汇订了 城市污水处理厂工程质量验收规范、城市污水水质等相关污水再利用工艺技术规范，它为城市污水资源的有效利用提供技术规范和规划标准，并确保污水工艺过程的质量和安全4。作为第六个五年计划的一部分，建设部率先将城市污水二次利用计划在青岛大连开展试点研究。在这两点观察试验一段时间后，试验结果显示城市污水在经过一些简单的水处理工艺后可以进行循环利用，所以城市生活污水是一种在未来有很大研究利用前景的的二次水源。1986 年以后，城市污水回用被陆续列入国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关计划，污水二次利用的工艺处理技术逐步标准规范化，对应示范项目的研究和测试已经逐步开始启动5。“七五”科技攻关项目“水污染防治与城市污水资源化利用技术”系统地研究了污水再生工艺、回用技术、再生利用技术和经济效益。本课题主要针对青岛延安三街污水处理厂和其他 14 个不同规模和用途的污水再生项目，在“八五”期间开展中水回用技术研究，并提供一系列切实可行的支持方案。根据“八五”计划，与大连、太原、天津、泰安和洋山石化企业合作的“污水处理和资源循环利用水质条件一般，不可食用，只能用于生活出行、民生建设等方面3，属于城市污水、废水经一系列工艺处置后能够达到国家非饮用水使用标准。为缓解水资源紧缺，污水资源化越来越备受关注，由于城市污水排放量大、基本不变、不受环境变化的制约，污水资源化与污水排放是同时发生的。并且污水处理厂距离城市的二次水供应也比较方便。此外废水的利用具有灵活性，可以集中于城区周边的二次水供应厂，也可以在居民生活区设置小型二次供水配套设备，其规模大小随环境而变化。天津、泰安和洋山石化企业合作的“污水处理和资源循环利用技术”研究项目已经进行了各自的技术试验。通过卓有成效的实践技术研究，制定了工业流程、制冷、化工、石化、冶金和城市工业中生活垃圾回收利用的技术规范和相关水质标准。二次水在被循环利用作冷却水时，对水源水质的要求不高且需要其水源充足不易受环境等因素影响，因此被大力推广使用在电力化工等工业环境中。北京自 2007 年起，国华热电厂、华能热电厂、高井热电厂、石景山热电厂、高安屯垃圾焚烧厂等开始使用二次水作为循环冷却水的补充水源；天津地区咸阳收稿日期 2023-02-05作者简介 陈文中(1973-)，男，广东湛江人，高级工程师，主要研究方向为设备的腐蚀与防护和水处理工艺研究。2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 53 路再生水回用工程主要作为杨柳青电厂循环冷却水的补充水源；2012 年大连市第二再生水处理厂生产的水被用作第二热电厂的循环冷却水和其他工业用水6。北京市高碑店污水处理厂7主要通过采用“反硝化生物滤池加膜(超滤)过滤加臭氧接触池加紫外线消毒”水处理技术对污水进行加工工艺为北京市区燃机电厂提供充足大量的冷却水，该过程有效去除了污水处理厂二级出水中的有机物、氨氮、磷和悬浮物等，对预防二次水使用过程中对电厂机器造成损坏十分有帮助，此案例工程二次水水量达到 100 万 m3/d。威海市水务集团第三污水处理厂是采用 LHPS 高效斜管沉淀池、活性污泥池与后置反硝化生物滤池组合的水处理技术生产二次水水源，再输送至威海热电集团为其用于集团的工作生产运行8。以上工作水处理技术对污水再利用工程十分有利，对于实施污水二次利用计划起到带头作用，值得学习。2 二次水管道腐蚀影响因素分析二次水管道腐蚀影响因素分析由于二次水水质营养丰富、成分复杂，在长时间运行使用中，会造成一系列供水管道腐蚀问题，造成安全隐患、水质污染。因此解决二次供水管道的腐蚀问题是十分有必要的，也是十分有研究前景的首要工程问题。2.1 溶解氧对管道腐蚀的影响有研究认为，供水管网中的腐蚀水垢分为两层，内层是疏松层，经检测主要由二价铁离子化合物组成，该腐蚀层的微孔结构松散，不稳定容易破裂；外层是致密硬壳层，经检测主要成分是三价铁化合物沉积：Fe3O4、-FeOOH、-FeOOH 等7。该理论的学者认为较高浓度的溶解氧可以有效防止硬壳层破裂，避免内核层中的二价铁化合物释放到水体中。当水体在管垢上处于停滞区时，氧化剂含量迅速消耗，硬壳层中的三价铁化合物作为电子受体发生还原反应，造成其壳层破裂，管垢内壁上的二价铁化合物核心层扩散到水相中。如果水体在流动，氧化物质的质量转移率就会增加，以氧化从石灰石中释放出来的铁离子，使其在石灰石中沉淀为三价氧化铁，从而减少铁的释放量9。水环境中的 OH-发生反应，产生大量的铁氢氧化物，从而使其堆积吸附在输水管内。水中存在的溶解氧与其发生反应会形成一个阴极区，阴极区可以与小阳电极结合，从而造成局部腐蚀。同时，在金属表面形成了一层氢氧化铁，这为厌氧细菌提供了良好的生长和繁殖环境。同时，硫酸盐还原细菌的增殖速度也加快了管道的腐蚀损耗。生物膜有益于异养菌的生长和繁殖，从而对管网的水质产生影响。13。IOB 发生腐蚀的反应机理：4Fe+6H2O+3O24Fe(OH)3 (1)硫酸盐还原菌是厌氧性细菌，主要生长在腐蚀垢层内部，利用水环境中的有机物为碳源，和 H发生还原反应生成 H2S 14。另外随着好氧型菌铁细菌腐蚀在表面腐蚀大量沉积，这也为硫酸盐还原菌的生长繁殖提供良好环境。硫酸盐还原菌会在管道内形成 FeS 对管道内壁造成局部腐蚀(点蚀)，使得水管内不通畅。SRB 发生腐蚀的反应机理：Fe2+H2SFeS+2H+(2)2.5 温度对腐蚀的影响温度对微生物腐蚀和杀菌剂的衰减率都有一定的影响。不同的温度会对细菌的生长繁殖有不同效果，结果显示，铁细菌和硫酸盐还原菌两种细菌合适的生长繁殖温度分别为：铁细菌2030，硫酸盐还原菌 3040。2.6 余氯对腐蚀的影响余氯氧化性很强，在一定程度上可以起到电子受体的作用，从而加速铁的腐蚀。孙慧芳15等人的研究结果显示，当余氯浓度为 1.01.5 mg/L 时，可以加速钢管的腐蚀。根据牛铁柱等人的研究，在给水系统中，一定的余氯可以抑制铁的释放，而在超过 0.3 mg/L 的情况下，系统中的铁含量就不会超过正常值。而余氯又有杀菌的效果，高浓度的余氯可以抑制微生物群落的活性，减弱腐蚀菌对管线的侵蚀，因此，高浓度的余氯可以在一定程度上抑制铁质的释放。余氯浓度越低，水体的氧化能力越弱，三价铁化合物越易被还原为亚铁化合物，导致水质污染程度越高。2.2 腐植酸对管道腐蚀的影响在管网中含有天然的可溶性有机物质时，管网中铁的释放也会加剧。腐殖酸和其他有机物质自身具有一定的还原能力，能把腐蚀层表层坚硬的三价铁化合物还原为高溶解度的二价铁化合物，从而使硬壳结构发生变化，从而使大量的铁元素进入水相。同时，有机物质也能与铁化合物进行络合，将难溶铁转化为可溶性铁，所以，在某些有机物质的作用下，也能在一定程度上影响铁的释放。2.3 pH 和碱度对腐蚀的影响在给水管网中，酸碱度对铁水的释放有很大的影响。pH对水质的酸碱度有很大的影响，对酸性、碱性的环境也有一定的影响。很多学者认为，提高管网的酸碱度对铁质的释放具有一定的抑制作用。在原电池的理论基础上，H+会在阴极反应中起到一定的作用，而 pH 值的增加则会对铁基材料的腐蚀起到一定的抑制作用，使铁基材料中的铁向二价铁的氧化速度降低。结果表明，在 pH 值较低时，铁管表面出现了均匀的表面腐蚀，而 pH 值增加，则会使铁管表面出现不均匀的点蚀，从而形成突起的锈蚀。另外，在高 pH 条件下，生成的管垢表面会产生一层能有效防止管内发生腐蚀的氧化膜，减少了管内的铁质含量。当 pH 值增加时，其释放速度明显下降；另外，增加 pH 可以加快二价铁向三价铁的氧化速度，使结垢层更加稳固，从而抑制了铁质的释放。为了减轻铁的释放，提高管网的pH 到弱碱性(pH 7.58.5)是一种简单而有效的方法。2.4 微生物对腐蚀的影响(铁细菌 IOB 和硫酸盐还原菌 SRB)管道微生物腐蚀经研究发现主要是由 IOB 和 SRB 两种细菌引起。二次水水质成分不单一且营养物质丰富为两种细菌的新陈代谢活动提供了适宜的生存条件。细菌的新陈代谢产物会导致水环境中的酸碱度发生变化并相应产生电化学腐蚀，细菌的新陈代谢和产生的电化学腐蚀是相辅相成的，SRB 主要加速电化学腐蚀 IOB 主要加速管道腐蚀以及铁释放12。根据相关文献资料数据统计，在金属全部腐蚀损耗中微生物腐蚀仅占 10%；而在埋地管道腐蚀中微生物腐蚀原因高达50%80%。铁细菌是一种自养型细菌，发生氧化反应将二价铁氧化为三价铁，此过程释放能量促进细菌生长。三价铁离子再与二次3 前景展望前景展望(1)随着水资源日益紧缺及火电厂零排放工程实施，二次水的应用会越来越普遍。(2)二次水在运输、运行中存在微生物腐蚀问题，这是影响火电厂经济、安全的运行的首要问题。(3)合理选择杀菌剂是保证二次水管道免受微生物腐蚀的重要途径。参考文献参考文献1Edwards M Contmlling Corrosion in Drinking Water Distribution Systems：a Grand Challenge for the 21st CenturyJWater Science and 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越小，粒径大小越精确。)图图 6 粒径分析图粒径分析图 Fig.6 Particle size analysis diagram 2.5 脱硫效率分析 以催化剂聚丙烯酰胺水凝胶杂化磷钨酸 0.56 g，氧化剂(H2O2)0.13 g，离子液体 1 mL，组合而成的催化氧化脱硫体系。由荧光硫测定仪分析油相中的含硫量为 200 ppm，模型油中的含硫量为 250 ppm，通过脱硫公式计算出脱硫率为 20%。通过以上结果分析表明，脱硫效果不是很理想。可能得原因是：(1)聚丙烯酰胺水凝胶与磷钨酸的比例不对，导致催化剂中有很大一部分成分为磷钨酸，就将高分子物质的高催化活性无法体现出来，导致制备的催化剂无法表现出它的特性；(2)H2O2的量过少，在整个催化氧化脱硫体系中，H2O2占主导作用，有显著的氧化脱硫效果，由于 H2O2的本身会自动分解。当n(H2O2)n(BT)=101 时，最大脱硫率可达到 98%。3 结论结论 本文介绍了氧化脱硫，详细研究了合成了作为催化剂的聚丙烯酰胺水凝胶杂化磷钨酸，氧化剂为 H2O2，以离子液体(BmimBF4)为萃取剂形成离子液体萃取剂/氧化脱硫系统，对模型油中苯并噻吩(BT)进行脱除。通过分析 FT-IR、NMR 和SEM 可知所合成的聚丙烯酰胺水凝胶杂化磷钨酸为纳米级材料。当 n(H2O2)n(BT)=101 时，最大脱硫率可达到 98%。参考文献参考文献 1李子栋模拟酸雨环境下混凝土断裂性能试验研究D大连理工大学，2021 2陆青青钛基催化剂的可控合成及其在燃油深度氧化脱硫中的研究D江苏大学，2018 3杜永丰成品油检验检测相关指标及其质量风险防控J石化技术，2020，8：237-239 4张铭，高永康，纪德龙，等多酸材料在燃油脱硫中的研究进展J化工进展，2022，41(9)：4782-4789 5滕军工业品中苯胺类、硝基苯类化合物及硫化物含量检测方法研究D东华大学，2020 6吴琳斓 磷钨酸基离子液体催化剂的制备及其萃取耦合光催化氧化柴油深度脱硫的研究D江苏大学，2021 7张红星模型油中噻吩类硫化物的氧化和吸附脱硫方法研究D北京化工大学，2012 8庄江洲固载型磷钼钒杂多酸离子液体催化氧化脱硫性能研究D湖北工业大学，2015 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