摘要：为进一步探究煤化工企业循环水的节水策略，设计以某地煤化工园区的地下水作为园区内煤化工企业的循环水的工艺方案展开研究。首先搭建软化装置反应器，对实验方案整体予以设计；其次对该区域地下水组分进行分析，确定该地下水需进行软化，且加入碱类物质进行软化更为有效。在此基础上，进一步通过控制变量实验，确定本次循环水软化工艺方案较为合理的策略是直接投入氢氧化钙粉末进行软化处理，并将反应体系中的碱度与硬度的比值控制在1.4，以实现较优的软化处理效果。

　　关键词：煤化工；循环水；补水；软化工艺

　　0引言

　　当前，为降低煤化工企业的耗水量，其中一个重要环节则是针对循环水工艺进行优化，以降低水资源消耗与用水成本。从目前的研究进展来看，已有一些研究人员尝试应用地下水作为循环水补充水源，以取代常规水源而进行节水，但由于地下水含盐量相对较高，因此还需要结合实际情况引入适当的软化工艺，以及合理的工艺参数，以此对地下水进行软化，使之符合循环水的应用要求。

　　1实验方案设计

　　为探究地下水软化方案优化，参考相关文献资料后搭建软化装置反应器，该反应器采用圆柱形设计结构，体积为1L，有效高度39 cm，有效直径6 cm。反应器内加入一定量方解石颗粒作为晶种（质量浓度20 g/L），同时底部设置两个进水口，分别用于投加地下水和软化剂，具体结构如图1所示。

　　在该软化反应模拟器的实际运行过程中，按照一定比例分别在两个进水口处注入一定量的地下水和软化剂，使混合物在晶体床反应器内停留20 min，而后再进行10 min的慢速搅拌，以进行软化反应。

　　2水质分析及模拟

　　为初步探究地下水软化的研究方向，首先对某化工园区所在区域的地下水进行采样，并对地下水样品进行以下几个方面的分析。

　　首先是进行基本水质分析，得到分析结果见表1。

　　根据表1中数据知，该地下水样品整体表现为碱度大于硬度的特征；同时该地下水的pH值实测结果为7.15，基本呈中性，因此氢氧化钠和氢氧化钙等碱类物质适合作为软化剂。在此基础上，进一步通过ICP方法对地下水无机盐离子含量进行分析，结果显示，该地下水样品中以Na+、Ca2+和Mg2+离子质量浓度较高，且接近循环水质标准上限200 mg/L，不宜直接作为循环水补水，必须进行软化处理。另外，该地下水的SUVA值约为3.09，表明有机质较为丰富，推测受到工业园区内部分有机物排放污染影响。

　　二是对地下水样品的三维荧光光谱进行分析，结果显示，该光谱数据中存在两个典型的荧光物质吸收峰，分别对应（425 nm、225 nm）和（425 nm、325 nm），通过查阅相关文献资料后确定，上述两个峰对应类富里酸物质，由此证明此类物质是该地下水样的典型有机污染物，且该有机酸类物质对于碳酸钙的结晶析出也可能具有一定的影响。

　　三是对地下水样品中的无机物形态进行分析，通过应用Visual MINTEQ模型，在25℃下进行分析后，得到无机物形态分析结果见表2。

　　根据表2中的数据可知，在碳酸根表现形态中，HCO3-是最为主要的表现形式，其余表现形式的占比则相对较低。同时，方解石、白云石和文石的饱和指数均为正数，因此存在结垢趋势。综合以上两方面的水质分析结果可知，为尽可能消除类富里酸物质的影响，并抑制方解石、白云石和文石的结垢趋势，基于化学平衡的角度分析，投加碱类物质作为软化剂相对最为有效，因此其将作为软化实验的首选方案。

　　3软化实验结果与讨论

　　根据水质分析结果可知，投加碱类物质作为软化剂最为有效。据此，参考已有经验及相关文献资料后，确定投加4 g/L的氢氧化钠溶液和氢氧化钙粉末，按照第二章搭建实验装置并进行实验后，以分析软化实验可取得的效果。首先直接投加不同剂量的氢氧化钠溶液进行软化，得到实验结果如图2所示。

　　根据图2中的数据变化趋势可知，随着氢氧化钠投加剂量的增大，地下水样品中硬度的去除率也随之增大，当碱度与硬度的比值达到1时，硬度去除率已经达到83.36%，此时软化率也为83.36%，即钙离子质量浓度降低到30 mg/L以下，其能够满足实际对循环冷却水质的要求。

　　其次是分析投加氢氧化钙粉末作为软化剂可取得的实验效果，通过投加不同剂量的氢氧化钙粉末调整碱度与硬度的比值，以此分析不同实验水平下的硬度去除率，得到实验结果如图3所示。

　　根据图3可知，随着氢氧化钙投加量的增大，地下水样品中硬度的去除率表现出先上升后趋稳的变化状态，相对而言，当碱度与硬度之比达到1.4时，硬度去除率即达到最大值，约为89.71%，此后再增加氢氧化钙粉末投放量，则硬度去除率不再上升。因此在投加氢氧化钙粉末时，控制碱度与硬度的比值为1.4较为合理。同时，对图3和图4中数据进行对比后可知，投加氢氧化钙可取得的硬度去除效果整体上高于投加氢氧化钠的效果，因此在实际的软化工艺中，可优先选取氢氧化钙粉末作为软化剂，并通过合理投料，将反应体系中的碱度与硬度的比值控制在1.4左右。

　　再次，进一步分析增加混凝处理环节是否有助于提升地下水的软化效果。在该环节的实验中，投加一定剂量的聚铝和硫酸铝预处理地下水，而后再应用氢氧化钙粉末，将反应体系中的碱度与硬度的比值控制在1.4，以此进行对比分析，得到对比分析结果见表3。

　　根据表3中的数据，并以SPSS对数据进行对比分析后可知，虽然增加混凝处理环节后，地下水硬度去除率（即软化效果）略有提升，但各组数据之间并不具备统计学意义上的显著差异，因此可以认为，在本次研究的地下水样中，混凝预处理对此地下水的软化并无明显的促进效果。初步推断，造成上述现象的主要原因是，地下水中的类富里酸物质浓度相对较低，其在水环境中发挥的结晶抑制效果并不显著。综上所述，在本次循环水软化工艺设计中，如采用此类地下水作为循环水，则不需要进行混凝处理环节，直接投入氢氧化钙粉末进行软化处理即可。

　　4结语

　　在本次研究工作中，针对煤化工项目中循环水处理中应用地下水的实际需要，通过水质分析和软化方案设计实验，最终确定本次研究的地下水样的软化方案中最为有效的方式是直接投入氢氧化钙粉末进行软化处理，并将反应体系中的碱度与硬度的比值控制在1.4，以实现较优的软化处理效果。当然，由于本次研究仅针对特定区域的地下水样进行研究，其在普适性方面还存在一定不足，因此在未来的研究中，将考虑进一步深入探究数理统计方法的应用，以提升研究的适用范围。

       参考文献：

　　[1]朱宏凯.煤化工项目中硫的综合循环利用探究[J].山西化工，2023，43（10）：92-93.

　　[2]蒋诚，于艳霞，徐建华.煤基甲醇制烯烃企业循环水系统水处理药剂筛选及应用[J].煤化工，2023，51（5）：21-24.

　　[3]温艳.现代煤化工水系统特性及其优化研究[J].化纤与纺织技术，2023，52（10）：125-127.

　　[4]华文锋.新型精密过滤器在煤化工循环水中的应用[J].氮肥技术，2023，44（4）：47-49.

　　[5]武斌斌，王雪清，甄毅.闭式循环冷却水系统总铁超标原因分析及解决对策[J].当代化工，2023，52（2）：386-389.