A Physical Defoaming Scheme for Seawater Circulating Water Discharge

泡沫是一群浮在液面上的具有很薄表面的气泡聚集体，它是在一定的表面张力、粘度和悬浮固体的相互作用下形成的。泡沫产生有以下几个条件^［1-2］：

1）海水中存在蛋白质、灰尘、某些物质渗入并与之发生化学或物理作用等能产生泡沫的成分。

2）海水中掺入气体。

3）水流翻滚、波浪回卷、落差等。

为防止微生物在海水冷却进水管道、凝汽器等设备上生长，本项目在循环水泵房前池加次氯酸钠进行杀菌（连续加药，100 kg/h，浓度约1 mg/L，控制余氯在0.3~0.5 mg/L），海水中的贝壳、藻类、微生物等被杀死腐烂后，会分解成蛋白质。

本项目海水循环水经凝汽器交换后，一部分水到海水脱硫系统，经脱硫，海水中增加了一些灰尘、硫化物、HCO₃^-等物质成分，这部分海水与另一部分海水混合后进入曝气池。

本项目每台机组设置 6 台曝气风机，2～5 台运行，单台曝气风机的设计流量为37 695 m³/h，因机组满负荷运行，为保证海水排放各指标达标，5台曝气风机投入运行。曝气池为海水水质恢复场所，曝气风机将大量的空气鼓入混合后的海水，细碎的气泡使曝气池内海水中溶解氧逐渐达到饱和，并将亚硫酸盐氧化成硫酸盐。同时，通过曝气使海水中的HCO₃^-在中和反应中释放出CO₂，使排水恢复到环境标准允许值。在这过程中，也是对海水进行剧烈的翻滚作用。海水经凝汽器热交换、脱硫、曝气风机氧化，海水温度也有一定的提升，也有助泡沫的形成。

曝气池总的化学反应式为：

在曝气池末端与排水明渠入水口，设置了一道1.9 m高的挡流墙，如图2所示；本项目海水年平均潮位为-0.4 m，最高潮位为-0.01 m，最低潮位为-0.93 m，所以当海水进入有2 m左右高差排水明渠后再次对海水进行了一次翻滚作用。

Figure 2.  Retaining wall at aeration tank outlet

从以上分析可见，根据泡沫产生的条件，在曝气池和排水明渠中必然存在大量的泡沫，见图3～图5。

Figure 3.  Retaining wall at aeration tank outlet , the sea water rolls at here

Figure 4.  Lot of foam are produced by aeration of oxidation fan in aeration tank

Figure 5.  Intake of seawater drainage at open channel is surging, forming a lot of foam

文［1］和文［3］中说明了气泡的稳定性，本项目长达300多米的排水明渠，未能在水流平缓段把表面的泡沫自动消除，因海水本身具有一定的粘度，加上海生物尸体蛋白质、脱硫后海水中溶解了一些硫化物和灰尘等，泡沫聚集在一起后，难以消除，如图6为排水明渠出水口聚集大量的泡沫。图6是在大雨过后第二天情况，如长期没下雨，聚集泡沫更严重。

Figure 6.  Outlet of sweater drainage also accumulate lot of foam

为通过越南环保部环保许可验收，我们进行了长时间的观察和各种试验，用消防车的消防炮（压力0.8 MPa~1 MPa）对排水明渠沿岸进行喷水清理，发现泡沫在水流的冲击下，能大量分散并消除，如文^{［1，3-4］}中所述可以消除泡沫的方法。即通过海水喷淋：（1）使得气泡的膜受到外力的冲击，促使泡膜表面张力不平衡，如果泡膜来不及弥补，泡膜就会破裂；（2）如冲击力够大，也会直接击碎泡膜（用消防车消防炮进行喷水）；（3）也可使一些泡膜较厚的气泡膜变薄，当膜变薄到一定程度膜也会破裂；（4）冲散泡膜的聚集，降低泡膜间的粘性。

结合本项目的特点，泡沫产生主要在曝气池，图2～图4表明在曝气池和排水明渠进水口进行消泡效果很差，经试验只能达到30%~40%。排水明渠是本项目所在电力中心共7台600 MW等级燃煤电厂海水排放的公用系统，边坡为干砌石斜坡，且该电力中心的二期项目2台机组已在2015年投产，为治理泡沫，我们通过现场实际观察水流、泡沫聚集等实际情况，最终确定在排水明渠入口及中段采用海水集中喷淋的物理消泡方法，进行泡沫消除。

消泡装置由拦泡网、潜水泵（喷淋口管口出口压力约0.4 MPa）、泵启停控制箱、PVC供水管组成，消泡点设置在排水明渠进水口和平缓段两个点，示意图如图7。

Figure 7.  Schematic diagram of physical defoaming device for seawater spraying

本装置喷淋水取自就近的排水明渠内海水；根据水流方向及泡沫聚集情况，设置从西向东斜拉拦泡网，在东侧进行集中喷水消泡，为集中消泡点2。为更有效消泡，在排水明渠进水口增设一个喷水点，为集中消泡点1，把聚集在海水表面的泡沫打散。如图8、图9、图10。

Figure 8.  Intake of seawater drainage seawater spraying No.1

Figure 9.  Foam collection interception net at west drainage channel spraying No.2

Figure 10.  At west drainage channel after physical seawater spraying No.2 ,foam almost gone

从以上消泡结果可看出这种物理消泡方案是简单可行。本项目在环保许可办理过程中，通过了越南环保部专家组的现场验收。

本项目排水明渠护坡为干砌石形式，拦泡网无法直接在护坡上固定，为此，在保护原护坡前提下，在护坡顶开挖了2 m（深）×2 m（宽）×2 m（长）的坑，并上浇筑C30混凝土块，作为配重。

关于拦泡网的固定：（1）新建机组在排水明渠护坡合适位置建议设计固定拦泡网固定的土建基础结构；（2）已投用机组，如排水明渠护坡是混凝土结构，可在混凝土结构上植筋；如护坡为干砌石或浆砌石，可在护坡顶浇筑一定方量混凝土块。

本文通过观察、分析海水排放泡沫产生的条件、位置，并通过试验总结，提出了在海水排水明渠水流平缓段设置集中海水喷淋物理消泡和在排水明渠进水口海水喷淋相结合的方案，效果非常明显，装置简单，施工、维护无需停机，总建安费用不到8万元人民币，无需改造虹吸井^{［1-2，4］}或投化学药品进行消泡，运营费用低，每年大约2.5万元人民币，远低于投化学药品消泡方法约500万/元运行费^［4］，本方案可为海水冷却电厂提供良好的实践借鉴。