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石景山热电厂反渗透预处理工艺改进的研究           
石景山热电厂反渗透预处理工艺改进的研究
作者:佚名 文章来源:技术论文 点击数: 更新时间:2008-10-13 8:55:42
     石景山热电厂锅炉补给水处理工艺中的反渗透是在1994年10月投入并运行的。其预处理系统流程为:永定河水—机械搅拌加速澄清池—普通快滤池—细砂机械过滤器—活性炭过滤器—反渗透。本厂反渗透设备采用卷式复合膜,设计要求的污染指数FI值不大于4,但是运行半年后,由于污染指数FI偏高,考虑到反渗透设备投资高,污染指数FI接近4,继续运行会对膜产生较大的污染,造成反渗透膜清洗频繁,使反渗透的经济性下降;加上反渗透设备本身存在的一些问题,所以设备被解列停运。为提高设备的利用率,并从经济角度出发,厂生产部决定对预处理系统和工艺进行改造,以降低FI,从而重新投运反渗透。本试验的目的就是要分析预处理设备出水FI偏高的原因,即通过实验室试验对预处理工艺条件进行筛选,并测定、分析工艺系统改进后的FI,为电厂预处理工艺的改造提供依据。

1 试验方法和试验用仪器
1.1 
  (1)烧杯搅拌试验确定混凝剂最优加药量、最佳助凝剂和最优搅拌条件、速度梯度;
  (2)小型动态模拟试验筛选获取最优FI的预处理工艺及条件。
1.2 
     DBJ-621型定时变速六联搅拌器;PHS-2型酸度计;
     WGZ数字式浊度仪;FI测定仪;
   模拟过滤系统(石英砂过滤柱和活性炭过滤柱);
   玻璃器皿。

2 试验内容
2.1 
  混凝剂最优剂量是指达到既定水质目标的最小混凝剂投放剂量,而烧杯搅拌试验是目前确定混凝剂最优投放剂量使用最多的方法。选择搅拌条件的原则是:综合考虑烧杯搅拌试验的最优化的经验参数,并与电厂现有混合设备的实际运行参数相适应,确定出搅拌试验的模拟参数。试验为了保证加药均匀、易于调节控制和反应迅速,均采用液态加药方式,即把电厂提供的液态聚合铝配成1 mL(近似为1 mg)(Al2O3)的溶液,按确定的不同剂量分别加入到1 000 mL原水水样中,以100 r/min转速快速搅拌3 min,再以50 r/min慢速搅拌10 min,然后静置20 min,测定上清液的各项指标。由于聚合铝混凝剂对水温和pH的变化适应性强,整个试验过程对pH和温度不加以控制。
  石景山热电厂所用的混凝剂为聚合铝PAC,分子式为[Al2(OH)nCl6nm
  
  聚合铝的盐基度越高,聚合物的粘结架桥能力越强。但电厂提供的聚合铝的盐基度和Al2O3含量均与聚合铝的性能标准有差距。
  试验烧杯加药量的确定:取200 mL水样,在慢速搅拌条件下,以每次增加1 mL混凝剂的方法向烧杯中投药,直至出现矾花,此时的加药量为最小加药量,取其1/4作为1号杯加药量、取其2倍作为8号杯加药量,在1号和8号之间按照依次增加相等量的方法确定其它6个烧杯的加药量。试验确定永定河水200 mL水样的最小混凝剂(聚合铝)加药量是3 mL(≈3 mg),试验选用的是1 000 mL容量的烧杯,1 000 mL容量的烧杯取水样800 mL可以保证在搅拌时不溢出,而且确定的加药量恰为整数,800 mL水样混凝剂的最小加药量是12 mL(≈12mg)。试验结果见表3。  
  由图1可以看出,随混凝剂加药量的增加,混凝效果明显变好;当聚合铝加药量为11 mg/L左右时,上清液浊度降到0.8,除浊百分率达到86.0%,混凝效果最好,而且凝絮形成速度快、沉降快,沉降后上清液的浊度小,除浊百分率高;随加药量继续增大,浊度稍有增加,但变化不大。电厂补给水处理实际运行的混凝剂加药量与此结果基本相符。
2.2 
  助凝剂的使用,一方面可以降低混凝剂的用量,另一方面又可以改善絮凝体的粒度、比重和密实性,使其有利于沉降,并不易破碎。试验根据电厂提供的6种助凝剂,按照上述搅拌条件,以11 mg聚合铝/L水样的最佳加药量为准,同时添加1mg/L助凝剂,做烧杯搅拌试验。

    结果表明,加入助凝剂后,混凝效果都比未加助凝剂的要好,上清液浊度均不大于0.8;助凝剂对pH、残留铝离子和氯离子几乎没有影响,但对有机物的去除有明显的影响。助凝剂AN910SH在搅拌试验中形成的矾花量适中,颗粒中等大小,沉降速度较大,凝絮紧密,而且上清液残留浊度最小,有机物残留量也很低,所以认为AN910SH 是比较适合的助凝剂。助凝剂AN912SH形成的矾花较大,数量相对少些,除浊效果与AN910SH的差别不大,在考虑药品价格对生产经济性实际影响的前提下,可以考虑选用助凝剂AN912SH。虽然助凝剂AN923SH处理后的产品水COD最小,但因其除浊效果最差,不宜选用。
2.3 
  混凝剂加入水中后,必须创造适宜的水力条件使混凝过程顺利进行,这也正是电厂为提高设备的实际处理效果而需要重视的。聚合铝的水解和聚合过程在进入澄清池设备之前已经完成。混合阶段:施加强烈搅拌使混凝剂迅速分散并与水中的胶体接触,开始凝聚,产生一定密度的微絮凝体,强烈搅拌时间不宜过长,防止破坏后续絮凝作用。絮凝阶段:施加慢速搅拌,使微絮凝体碰撞聚集、接触长大,搅拌强度太大不利于凝絮长大。
2.3.1 
  试验以已经确定的最佳混凝剂剂量和助凝剂为基础,以240 r/min速搅拌30 s使药品混合,然后1~4号烧杯分别按50 r/min、100 r/min、150 r/min和200 r/min搅拌5 min,最后调到50 r/min保持5 min,停止搅拌后静置20 min取上清液测定各指标。

  结果表明:在混凝剂加入水中快速混合后,以100~150 r/min的速度搅拌,有利于矾花长大,此时成长速度适合使矾花形成密度适当的絮凝体,有利于沉降,除浊效果好。
2.3.2 
  试验以已经确定的混凝剂最佳剂量和助凝剂为基础,以240 r/min快速搅拌30 s使药品混合,然后1号~3号烧杯按100 r/min分别搅拌3、5、7min,最后调到50 r/min保持5 min,停止搅拌后静置20 min取上清液测定各指标.
  结果表明:搅拌时间超过5 min,除浊百分率达到90%以上,继续延长搅拌时间,效果改变不明显。说明在搅拌速度确定的情况下,一定的搅拌时间就已经足够保证矾花长大到最佳,长成的矾花其大小和密度保证了沉降效果。
2.3.3 
  试验以已经确定的混凝剂最佳剂量和助凝剂为基础,以240 r/min快速搅拌30 s,然后按100 r/min搅拌5 min,最后调到50 r/min保持5 min,停止搅拌后分别静置不同时间取上清液测定各指标.
  絮凝体应该在澄清设备中停留足够的时间,才能充分沉降、分离。结果表明:沉降时间超过5min,除浊百分率达到90%以上。在搅拌速度和搅拌时间确定的情况下,矾花的大小和密度保证了沉降效果,随沉降时间的延长,沉降效果变好,但沉降时间超过一定值后,效果改变不明显。另外,从pH稳定的结果看,沉降时间对絮凝体聚合物的形态没有影响。

2.4 FI
  污染指数FI是确定预处理系统对反渗透膜的影响程度的最佳指标。用上述试验确定的最佳混凝条件,结合过滤、杀菌,组成完整的反渗透预处理模拟工艺,利用污染指数测定仪测定模拟系统的运行效果。
  取足量水样(40 L),分别按流程1:原水(永定河水)—混凝处理—细砂过滤—活性炭过滤;流程2:原水(永定河水)—混凝处理—次氯酸钠杀菌—细砂过滤—活性炭过滤(维持石英砂过滤器出口活性氯的含量为0.2 mg/L)进行预处理。混凝处理采用已经确定的最佳条件,包括助凝剂,用泵做动力,维持污染指数测定仪所需的压力(0.21MPa)。测定要求出水量所需要的时间,并计算FI值.
  从结果看,两种预处理流程的污染指数都远在4以下,并且加氯处理后的污染指数由未加氯时的1.25降到0.41,加氯处理对于河水杀菌处理效果较好,对反渗透保护膜有较大的影响。结果表明采用优化的运行工艺和操作条件后,均可以使预处理的污染指数满足反渗透的要求。

3 试验总结和建议
  根据混凝烧杯搅拌试验和模拟反渗透预处理系统出水污染指数FI的测定结果,对于以永定河水为原水的石景山热电厂,我们认为:
  (1)电厂应加强运行管理,对混凝处理的条件进行系统调试,以提高混凝处理效果。用聚合铝混凝剂对河水进行混凝处理,聚合铝加药量在11mg/L左右;混凝处理在保证搅拌强度100~150r/min、搅拌时间达到5 min、凝絮在设备中停顿5min以上时,混凝处理效果较好。
  (2)助凝剂加入水中后,明显改变了处理效果,对降低混凝剂剂量、加大絮凝体强度和沉降速度都有促进作用。建议电厂在综合考虑运行费用
和水质改善的基础上,对设备改造和操作负担进行更深入的论证。
  (3)反渗透预处理系统采用混凝处理+次氯酸钠+细砂过滤柱+活性炭过滤柱的工艺和混凝处理+细砂过滤柱+活性炭过滤柱的工艺,其污染指数都能满足设备用水要求,但考虑到石景山热电厂所用水源为永定河水,特别是到夏季时,城市附近的河水有适宜的温度和生物营养成分,生物繁殖速度和数量较大,再加上近些年我国地表水污染越来越重,所以我们建议最好是选用混凝处理—次氯酸钠杀菌—细砂过滤—活性炭过滤—保安过滤器的工艺,使反渗透的运行效果和经济性有保障。
  (4)实验室搅拌试验结果对实际设备的生产过程具有重要的参考价值,但和电厂实际生产设备的运行结果会存在较大的偏差,这是不可避免的。实验室设备和系统基本上都是采用有机玻璃或塑料材料,而电厂实际生产设备的管路是铁合金金属材料,铁腐蚀产物的胶体对FI的影响是比较大的,会使现场设备在相同条件下的FI远远高于实验室测定值。这一点是需要现场运行管理人员特别注意的。
  (5)现场设备和实验室设备的尺寸存在很大的差别,由此造成的水力学参数差异对FI的影响也是很大的,这是无法平衡的。实验室模拟试验只是为现场实际工艺提供参考,在此基础上需要对实际设备和系统进行严格的调试。
  (6)高分子聚电解质的助凝剂溶解性较差,在试验过程中,发现使用助凝剂时有“鱼眼”现象产生,从而降低助凝剂的使用效率,尤以固体药品严重。所以建议电厂在使用助凝剂时,应根据助凝剂的溶解能力尽量提前配成溶液,但又要协调好液体药品加药时间和储存时间的关系,因为液体助凝剂储存时间长易水解和滋生菌类。


[1]姚重华等.混凝剂与助凝剂.北京:中国环境科学出版社,1992.
[2]范瑾初等.混凝技术.北京:中国环境科学出版社,1992.
[3]施燮钧.火力发电厂水质净化.北京:中国电力出版社,1993.
[4]冯逸仙.反渗透水处理.北京:中国电力出版社,1997.

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