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一種處理低溫低濁水的混凝沉降劑.pdf

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一種 處理 低溫 濁水 沉降
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摘要
申請專利號:

CN201310670205.6

申請日:

2013.12.11

公開號:

CN103663650A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):C02F 1/52申請公布日:20140326|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/52申請日:20131211|||公開
IPC分類號: C02F1/52 主分類號: C02F1/52
申請人: 吉林省電力科學研究院有限公司; 國網吉林省電力有限公司電力科學研究院; 國家電網公司
發明人: 張春波; 王久生; 孫天利; 張建新
地址: 130021 吉林省長春市人民大街4433號
優先權:
專利代理機構: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100 代理人: 魏征驥
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310670205.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.07.06|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種處理低溫低濁水的混凝沉降劑,屬于應用化學領域,尤其是指低溫低濁水的混凝沉降處理藥劑領域。由如下質量體積(mg/mL)比的原料組成:煤質活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵之比1:1~10:1。本突破常規鋁鹽、鐵鹽混凝劑的沉降效果受進水溫度、懸浮物、濁度等因素影響較大的局限性,對于電廠、自來水廠、工業水(生活水、廢水等)處理低溫低濁水的處理提供高效、經濟環保的混凝劑,不僅具有較高經濟效益,也具有明顯的社會效益。

權利要求書

權利要求書
1.  一種處理低溫低濁水的混凝沉降劑,其特征在于:由如下質量體積(mg/mL)比的原料組成:
煤質活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵之比1:1~10:1;
所述煤質活性炭粉末:粒徑為0.325~0.42mm,表觀密度0.55g/mL的煤質活性炭;
所述氧化型聚合硅酸鋁鐵是由如下方法制備的:
(1)氧化型聚合硅酸的制備:取SiO2含量為26.2%工業水玻璃溶液100g(36.4mL)稀釋至SiO2濃度為2%(0.458mol/L),溶液體積為467.8mL,采用共聚法制成活性硅酸,即固定二氧化硅含量,快速攪拌的條件下,用0.1mol/L鹽酸調節其pH值為3.8, 并加入2倍量經稀釋的該水玻璃溶液體積、濃度20g/L的ClO2溶液,使得活性硅酸中含有13.3g/L的ClO2,在20℃~25℃ 下放置使之熟化、聚合6~8小時,制得淡藍色膠狀、總體積為1419mL、pH值3.8的氧化型聚合硅酸;
(2)氧化型聚合硅酸鋁鐵的制備:在 20℃~25℃下,取50mL制得的氧化型聚合硅酸快速攪拌的條件下,依次加入的0.3mol/L的硫酸鋁和硫酸鐵,加入量分別為38mL、76mL,并采用0.1mol/L的NaOH調節堿化度至70%,制成總體積為173mL、70%堿化度、ClO2濃度為3.8g/L,硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5的氧化型聚合硅酸鋁鐵,以鐵計、濃度為15.1g/L。

說明書

說明書一種處理低溫低濁水的混凝沉降劑
技術領域
本發明屬于應用化學領域,尤其是指低溫低濁水的混凝沉降處理藥劑領域。
背景技術
混凝沉降設備是工業水預處理的關鍵設備,目前采用混凝沉降設備處理低溫低濁水(尤其是東三省)依然是水處理領域一個有待解決的課題,主要存在以下幾個問題:(1)多采用單一的鋁鹽、鐵鹽混凝劑,導致澄清池、沉淀池運行出力低、出水水質不合格,尤其是出水用于生活飲用水時,單一鋁鹽會使自來水中引入過量的鋁離子,產生二次污染(飲用水鋁控制值為0.05~0.2mg/L)。(2)常用的混凝劑沉降性能差,絮凝反應時間長,容易引起后續系統混凝劑的膠體污染;(3)考慮到低溫低濁水處理時存在的問題,在達到出水水質要求的前提下,設計單位通常采用加大設備處理額定的方式來保證企業正常用水水量,從而增加了預處理系統的占地面積和設備投資。(4)尤其對于用水量很大的熱電聯產電廠,混凝沉降設備出力不足或水質不合格很大程度上制約著水處理系統的安全、穩定運行,從而影響機組、熱網補水,最終影響到用汽企業的生產和“暖房子”民生工程。(5)因水低溫影響,鋁鹽的水解、擴散、絮凝過程及其絮凝體沉降速度均較慢,且由于進水濁度較低,混凝劑加藥量過高致使鋁鹽水解產物隨水流進入后續系統,在流速較低的區域(尤其是過濾器、超濾裝置內部)發生析出污染,即鋁鹽的二次沉積污染。
采用常規混凝劑處理低溫低濁水時,微小膠體以分散體系溶于水中,而且膠體顆粒比較均勻,膠體微粒具有很強的動力穩定性和凝聚穩定性,并且帶負電的膠體微粒數量很小。所以,為達到電中和所需的混凝劑也很少,從而導致生成的絮凝體細、少、輕,難于沉淀,離子態的金屬離子容易穿透過濾器等非除鹽裝置。造成低溫低濁水混凝處理效果不佳的原因主要體現在兩個方面:
(1)低溫的不利影響:水溫較低,膠體顆粒的ξ電位較高, 水的粘滯系數增大,膠體顆粒間的排斥勢能較大,布朗運動動能減小,不利于顆粒碰撞、膠體顆粒脫穩,藥劑加入后受低溫影響聚合反應速度降低,水解產物的主要形態偏重于高電荷低聚合度,不利于在膠體顆粒間進行吸附架橋。
冬季膠體顆粒ξ電位是夏季的1.5~1.6倍, 平均在-40mV 左右, 較高的ξ電位值導致膠體顆粒之間的排斥勢能較大,因此低溫低濁水的處理往往要加大混凝劑投量, 以降低膠體顆粒ξ電位。同時水溫較低時膠體的溶劑化作用增強,顆粒周圍水化作用突出, 水的粘度大而沉降速度減小,妨礙其凝聚。此外低溫時氣體的溶解度大,溶解氣體大量吸附在絮凝體周圍,使形成的絮凝體密度降低,也不利于其沉淀。 
(2)低濁的不利影響:低濁水由于固相濃度很小,分散相的面積較小。低溫低濁水中除親水性膠體外,還存在溶解性天然有機物,因此混凝劑首先與帶電密度大的腐殖酸和富里酸作用,只有加大投藥量使混凝劑中和了溶液中顆粒表面的天然有機物電荷后,才開始表現出架橋作用。并且,水中天然有機物還會在無機膠體顆粒表面形成有機保護層,造成顆粒間空間位阻或雙電層排斥作用,使低溫低濁水形成一個穩定的物系。這是常規的混凝工藝在處理穩定性低溫低濁水時效率不高,即使增加混凝劑投量除濁效果也不理想的主要原因。李圭白等(1996)以高錳酸鹽復合藥劑(PPO)強化混凝技術處理低溫低濁時期的松花江水。生產性試驗結果表明該技術是有效的,與原有的單一聚合鋁(PAC)混凝工藝相比,可顯著降低沉淀后和過濾后水的剩余濁度,同時可節省混凝藥劑費用,降低制水成本。1997年又探討了高鐵酸鹽復合藥劑的處理效果,并與硫酸鋁混凝效果進行了對比。結果表明,高鐵酸鹽復合藥劑可顯著地提高對低溫低濁水的處理效果,并且有良好的消毒作用。張建弟等(2003)經過多次實驗證明,原水預加氯投加量在2~4mg/L時,對濁度去除有明顯效果。分析及實驗結果說明,強氧化劑的加入對色度、濁度、有機物有明顯去除作用,強氧化性破壞了水中溶解性有機物如腐殖酸、富里酸等對膠體顆粒表面形成的保護層,增加了膠體極性,使膠體發生凝聚,因而發生聚沉。以上說明,強氧化劑的加入使膠體顆粒易被脫穩,形成的絮體尺寸相對較大、密實、沉降性好,對低溫低濁水的處理有很好的助凝作用。
二氧化氯具有極好氧化性,其氧化能力是氯氣的10倍,0.1mg/L的二氧化氯即可滅殺所有細菌和致病菌,具有殺菌、氧化能力不受溫度和pH值(2~10)影響、反應產物無毒無味、良好的除臭脫色效果,且100mg/L的二氧化氯會人體沒有任何影響等優點,因此是一種高效、廣譜的氧化型消毒殺菌劑。
鑒于國內尚未開發研究出一種廣泛適用于低溫低濁水混凝沉降處理的高效、環保混凝劑。
發明內容
本發明提供一種處理低溫低濁水的混凝沉降劑,以解決低溫低濁水混凝處理效果不佳的問題。
本發明采取的技術方案是:由如下質量體積(mg/mL)比的原料組成:
煤質活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵之比1:1~10:1;
所述煤質活性炭粉末:粒徑為0.325~0.42mm,表觀密度0.55g/mL的煤質活性炭;
所述氧化型聚合硅酸鋁鐵是由如下方法制備的:
(1)氧化型聚合硅酸的制備:取SiO2含量為26.2%工業水玻璃溶液100g(36.4mL)稀釋至SiO2濃度為2%(0.458mol/L),溶液體積為467.8mL,采用共聚法制成活性硅酸,即固定二氧化硅含量,快速攪拌的條件下,用0.1mol/L鹽酸調節其pH值為3.8, 并加入2倍量經稀釋的該水玻璃溶液體積、濃度20g/L的ClO2溶液,使得活性硅酸中含有13.3g/L的ClO2,在20℃~25℃ 下放置使之熟化、聚合6~8小時,制得淡藍色膠狀、總體積為1419mL、pH值3.8的氧化型聚合硅酸;
(2)氧化型聚合硅酸鋁鐵的制備:在 20℃~25℃下,取50mL制得的氧化型聚合硅酸快速攪拌的條件下,依次加入的0.3mol/L的硫酸鋁和硫酸鐵,加入量分別為38mL、76mL,并采用0.1mol/L的NaOH調節堿化度至70%,制成總體積為173mL、70%堿化度、ClO2濃度為3.8g/L,硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5的氧化型聚合硅酸鋁鐵,以鐵計、濃度為15.1g/L。
使用方法:包括將氧化型聚合硅酸鋁鐵加入待處理的低溫低濁水中進行混凝沉降后,當在分離區的絮凝體顆粒直徑為0.3~0.7mm時,加入煤質活性炭粉末,直至處理結束。
本發明在常規鋁鹽、鐵鹽、活性硅酸等混凝劑的基礎上,結合二氧化氯在各種pH值條件下能高效、快速地氧化降解有機物的特點制取氧化型聚合硅酸鋁鐵,并將其應用到低溫低濁水的混凝沉降工藝中;同時輔以適量粒徑范圍的活性炭粉末,使得聚合硅酸鋁鐵(硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5)、二氧化氯、活性炭粉末三者發揮協同效應,從而使得低溫低濁水處理時混凝沉降效果不佳的問題得到較好的解決。
本發明的優點是:在低溫低濁水處理時,加入劑量較低、除濁性能好、形成的絮凝體密度較大、沉降較快,混凝處理出水濁度、金屬離子均較低,尤其是能有效地氧化水中的有機物;與常規混凝藥劑比較,出水水質得到大幅改善,完全滿足后續水處理設備進水水質的要求,較好地解決了常規鋁鹽、鐵鹽等混凝劑在低溫低濁水處理應用時,因受低溫和低濁因素影響,混凝劑水解速度慢、水解中間產物多、絮凝體顆粒密度小、出水金屬離子含量高等引起的混凝效果較差的問題。
具體反映在以下幾個方面:
(1)氧化劑用于提高聚合硅酸鋁鐵中的三價鐵含量,并直接強化混凝沉降處理。 在制備氧化型聚合硅酸溶液時加入了20g/L的二氧化氯溶液,保證了制得的活性硅酸有更高的聚合度且具有良好的氧化性能,從而使得聚合硅酸鋁鐵中鐵離子基本上以三價形式存在,省略掉了二價鐵氧化成三價鐵的反應過程,從而縮短了絮凝反應時間,并且能更有效地發揮電中和、壓縮膠體雙電層結構、降低其ξ電位,同時氧化物質高效、快速地氧化水中的有機物,破壞了水中溶解性有機物對膠體顆粒表面形成的保護層, 大幅增強了膠體物質的極性,從而使得膠體物質更容易發生快速的混凝反應,因此對水中的色度、濁度、有機物、膠體物質等去除作用更明顯。
(2)活性炭粉末粒徑選擇合適、加入時機恰當,有效增強了絮凝體沉降性能,從而大幅提升了混凝沉降效果。活性炭粉末加入在混凝沉降處理工藝中的第四階段,即“形成的微小絮凝體成長階段”,此處 “藥劑與水均勻混合過程”、“藥劑水解過程”、“絮凝反應”等過程均已完成,活性炭粉末為微小絮凝體的長大提供了載體,當活性炭粒徑與絮凝體粒徑相當時,能夠較好地與絮凝體相互吸附,增大了絮凝體的顆粒、密度,使絮凝體沉降時具有更好的抗干擾性,能夠快速地自由沉降;另外活性炭能夠有效地吸附水中的微小有機物、膠體,因此有助于提高有機物、膠體的去除效果。
(3)有效地降低了混凝沉降出水微生物和細菌。二氧化氯溶液對微生物、有機物具有高效、持久的氧化能力,并且其反應產物無毒、無味,無需后續系統再采用消毒殺菌操作,因此減少預處理系統的設備和投資。
(4)協同作用明顯,投加劑量少,出水金屬離子含量低。活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵質量體積之比在1:1~10:1(mg/mL)范圍內,活性炭粉末、聚合硅酸鋁鐵、氧化劑三者協同效應作用很明顯,即使處理低溫低濁水時加入劑量也較低,能夠大幅降低出水中鋁、鐵等金屬離子含量,完全滿足飲用水水質要求,同時使得混凝處理時運行成本較低。
本突破常規鋁鹽、鐵鹽混凝劑的沉降效果受進水溫度、懸浮物、濁度等因素影響較大的局限性,對于電廠、自來水廠、工業水(生活水、廢水等)處理低溫低濁水的處理提供高效、經濟環保的混凝劑,不僅具有較高經濟效益,也具有明顯的社會效益。
具體實施方式
 本發明以下各實施例中氧化型聚合硅酸鋁鐵是由如下方法制備的:
(1)氧化型聚合硅酸的制備:取SiO2含量為26.2%工業水玻璃溶液100g(36.4mL)稀釋至SiO2濃度為2%(0.458mol/L),溶液體積為467.8mL,采用共聚法制成活性硅酸,即固定二氧化硅含量,快速攪拌的條件下,用0.1mol/L鹽酸調節其pH值為3.8, 并加入2倍量經稀釋的該水玻璃溶液體積、濃度20g/L的ClO2溶液,使得活性硅酸中含有13.3g/L的ClO2,在20℃~25℃ 下放置使之熟化、聚合6~8小時,制得淡藍色膠狀、總體積為1419mL、pH值3.8的氧化型聚合硅酸;
(2)氧化型聚合硅酸鋁鐵的制備:在 20℃~25℃下,取50mL制得的氧化型聚合硅酸快速攪拌的條件下,依次加入的0.3mol/L的硫酸鋁和硫酸鐵,加入量分別為38mL、76mL,并采用0.1mol/L的NaOH調節堿化度至70%,制成總體積為173mL、70%堿化度、ClO2濃度為3.8g/L,硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5的氧化型聚合硅酸鋁鐵,以鐵計、濃度為15.1g/L。
    實施例1
由如下質量體積(mg/mL)比的原料組成:
煤質活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵之比1:1,
所述煤質活性炭粉末:粒徑為0.325~0.42mm,表觀密度0.55g/mL的煤質活性炭。
實施例2
由如下質量體積(mg/mL)比的原料組成:
煤質活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵之比5:1;
所述煤質活性炭粉末:粒徑為0.325~0.42mm,表觀密度0.55g/mL的煤質活性炭。
實施例3
由如下質量體積(mg/mL)比的原料組成:
煤質活性炭粉末與氧化型聚合硅酸鋁鐵之比10:1;
所述煤質活性炭粉末:粒徑為0.325~0.42mm,表觀密度0.55g/mL的煤質活性炭。
下邊通過試驗進一步說明本發明。
實驗用低溫低濁水配制:配制濁度分別為5NTU、8NTU的兩種試驗水樣,水的溫度調節采用冰箱內的試驗水樣與室溫下的試驗水樣混合,最終混合水樣溫度在4℃之間。
小型試驗時間確定:為了使得水樣與混凝劑混合后的藥劑水解、絮凝反應、絮凝體長大、絮凝體沉降等過程與實際應用中澄清池(未按提升水量計算)、沉淀池中的時間盡量一致,因此在試驗時,藥劑混合時間、藥劑水解、絮凝反應、絮凝體長大、絮凝體沉降時間分別取水在澄清池(未按提升水量計算)、沉淀池實際停留時間,第一類試驗時間按機械攪拌澄清池(未按提升水量計算)確定,即藥劑混合時間為0.5~1min,快速攪拌(藥劑水解、絮凝反應)時間為10min,慢速攪拌時間(絮凝體長大)15min、絮凝體沉降(分離時間)為40min;第二類試驗時間按斜板沉淀池確定,即藥劑混合時間為0.5~1min,快速攪拌(藥劑水解、絮凝反應)時間為15min,慢速攪拌時間(絮凝體長大)8min、絮凝體沉降(分離時間)為40min。
活性碳粉末顆粒大小、加入時間確認:
試驗選用煤質活性碳密度大,具有發達的空隙結構,良好的吸附性能,機械強度高,價格低,廣泛應用于水處理行業,因此選用煤質活性碳,同時因煤質C型粉狀活性碳對于水中的有機物、余氯、異味、色度均有較高的除去效果,同時能夠較好地降低濁度,因此選用煤質C型粉狀活性碳。
炭粒徑對于活性炭吸附性能的影響很大,減少炭粒徑可提高活性炭與溶液的接觸面積以加速傳質,活性碳粉末粒徑太小,炭粉中灰分含量過高且容易造成活性碳損失量增大;活性碳顆粒粒徑太大,會引起在混凝沉降處理過程中吸附性能較差、單位質量的活性碳所起的絮凝核數量降低,因此試驗主要考察粒徑略大于活性碳粉末粒徑為1.18~0.212mm范圍內的活性碳。
根據技術要求選取一組相應的篩層(14目、18目、24目、32目、35目、45目、50目、70目),按篩孔大小頗序排列安放在振篩機上,取表觀密度為0.55g/mL活性炭粉末200mL,稱其質量(稱準至0.01g),輕輕倒入頂部篩上,蓋好篩蓋,扣緊全套篩子,啟動振篩機并啟動秒表,計時10min。從振篩機取下篩組,使用毛刷將留在每層篩子,取18目篩子(粒徑分布為0.83~1.18mm)、32目篩子(粒徑分布為0.5~0.7mm)、45目篩子(粒徑分布為0.325~0.42mm)、70目(粒徑分布為0.212~0.27mm)篩子的篩子上的活性碳顆粒,轉入稱量盤上進行稱重(稱準至0.01g)。
將四類粒徑范圍的活性碳分別稱取20g于500mL燒杯中,加入200mL自來水,80r/min轉速攪拌2min,停止3min,40r/min轉速攪拌2min,靜置10min。按照《煤質顆粒活性碳試驗方法 漂浮率的測定》GB/T 7702.17測定四種活性碳的損失率。四類粒徑范圍的活性碳損失率測定結果為:粒徑分布為0.83~1.18mm、 0.5~0.7mm、0.325~0.42mm、0.212~0.27mm的活性碳漂浮分別為0.11%、0.14%、0.18%、0.26%。為了提高活性碳粉末投入水中后吸附效果最佳,對加入時間進行了小型試驗,見表1所示。
表1  活性碳粉末顆粒加入時間試驗
                                                
根據表1所示,活性炭粉末加入時間應在快速攪拌之后的慢速攪拌階段(絮凝體長大),因此確定當絮凝池中形成的微小絮體尺度與活性碳粉末顆粒尺度相近時為最佳投加點,由于低溫低濁水混凝處理時分離區的絮凝體顆粒直徑為0.3~0.7mm,因此選擇粒徑在0.325~0.42mm范圍內的活性碳作為強化劑。
下邊通過對比試驗進一步說明本發明的效果:
為了驗證活性碳粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵在處理低溫低濁水時的混凝處理效果,因此采用了聚合硫酸鐵、常規方法制得的聚合硅酸鋁鐵、氧化型聚合硅酸鋁鐵、活性碳粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵等四種混凝處理對比試驗,對比試驗分為2組,每組試驗水采用同一低溫低濁水,試驗水水質見表2所示。
聚合硅酸鋁鐵處理制取方法為:取SiO2含量為26.2%工業水玻璃溶50g(36.4mL)稀釋至SiO2濃度為2%(0.458mol/L),溶液體積為477mL,采用共聚法制成活性硅酸,即固定二氧化硅含量,快速攪拌的條件下,使用0.1mol/L的鹽酸調節其pH在3.8附近,在室溫下(20~25℃)放置使之熟化,不斷聚合,直到出現淡藍色膠狀為止,制得pH3.8的聚合硅酸溶液。取100mL制得的聚合硅酸溶液快速攪拌的條件下,依次加入的0.3mol/L的硫酸鋁和硫酸鐵,加入量分別為76mL、152mL,并采用0.1mol/L的NaOH調節藥劑堿化度至70%,制成336mL堿化度為70%,硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5的聚合硅酸鋁鐵,濃度為15.1g/L(以鐵計)。
表2  三種對比試驗所用低溫低濁水主要水質指標

分別取上述兩種試驗水500mL水樣各2個,對上述兩種水樣進行水溫調節至4℃左右,試驗中每步操作時間模擬水在額定出力為350t/h的澄清池停留時間,試驗結果見表3~表6所示。
表3  聚合硫酸鐵處混凝理試驗

表4  常規方法制得聚合硅酸鋁鐵混凝處理試驗

表5  氧化型聚合硅酸鋁鐵混凝處理試驗

表6  活性炭粉末強化聚合硅酸鋁鐵混凝處理試驗

從表3~表6中可以看出,活性炭粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵處理試驗時由于氧化型聚合硅酸鋁鐵中三價鐵含量高,具有良好的氧化性,同時活性炭粉末用于強化微小絮凝體沉降,使得出水濁度更低,鋁鐵金屬離子含量很小,加藥劑量相同時具有更好的除濁性能,尤其是低劑量時也具有良好的除濁效果。
  具體應用實施
現場應用時,每套混凝處理設備配置1套活性炭粉末投加設備,投加設備包括:60°圓錐形活性炭粉末儲存箱(配置有抽查式可調出料控制閥)、壓力水管道(水壓力0.2~0.3MPa)、壓力水噴射器,同軸攪拌器等。氧化型聚合硅酸鋁鐵的儲存箱(設置有吸收裝置)、藥劑混合器均采用整體聚四氟塑料制成、整體硫化,兩層襯膠厚度不小于4.5mm,氧化型聚合硅酸鋁鐵輸送泵、管道、閥門采用316不銹鋼材質。
(1)沉淀池混凝處理中的應用(用于低溫低濁水處理)
某發電廠總裝機容量為1060MW,原水為嫩江水,預處理系統采用2套斜板沉淀池,主要由管式混合裝置、折板絮凝裝置、斜板沉淀裝置、集水裝置、排泥脫水及電控裝置組成。設計水溫4~30℃,單套額定出力600m3/h。混凝劑劑量根據進水量及原水濁度自動調整加藥量。
原水預處理系統流程為:
嫩江水經變頻提升泵進入沉淀池,向沉淀池中加混凝劑、聚丙烯酰胺,處理后的水進入清水池,經過多介質過濾器后,可作為鍋爐補給水和通向生活水池,進行消毒處理。
沉淀池2009年投入時,混凝劑采用聚合硫酸鐵,2010年6月,過濾器運行周期短,檢查發現過濾器內部有一層鋁鹽淤泥,原因是冬季運行時(水溫4.3~8℃,濁度4.8~8.3NTU),鋁鹽的水解、擴散、絮凝過程及其絮凝體沉降速度均較慢,且由于進水濁度較低,混凝劑加藥量過高致使鋁鹽水解產物隨水流進入后續系統,在流速過濾器內部發生析出污染。7月將混凝劑由鋁鹽改為了鐵鹽,但2011年、2012年冬季期間,出水濁度仍普遍高于進水濁度,且聚合硫酸鐵加藥管道總出現堵塞現象。同時由于鐵含量較高家屬區飲用水改用自來水。2012年12月開始對采用活性炭粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵處理工藝,進水濁度5.63NTU。
為了保證每套沉淀池在額定出力運行時下活性炭粉末投加量及儲存量(24小時)滿足要求,活性炭粉末投加設備參數為:60°圓錐形活性炭粉末儲存箱(1.5m3)、直徑為25mm和30mm的壓力水管道(水壓力0.2~0.3MPa)、壓力水噴射器(額定出力2m3/h),同軸攪拌器(功率0.55kW)、直徑為0.08m抽查式可調出料控制閥。
實施前,停運兩臺沉淀池、放盡積水,并對池體底部、斜板、集水槽等進行了清理。為了對比實際應用效果,同時投入2臺沉淀池運行,1號沉淀池混凝劑采用活性炭粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵處理,2號沉淀池仍按照原工藝處理,兩池助凝劑均為陽離子型聚丙烯酰胺,氧化型聚合硅酸鋁鐵配制濃度為1.23%(以鐵計),加藥泵額定出力300L/h,聚合硫酸鐵溶液濃度為5%(以鐵計),加藥泵額定出力160L/h、聚丙烯酰胺配制濃度為0.05%、加藥泵額定出力35L/h。
初期2臺沉淀池進水流量控制在額定出力的20%(120m3/h),調節混凝劑、助凝劑加藥泵的行程、頻率最大,運行1小時后提高流量至額定出力德40%(240m3/h),加藥泵的行程、頻率均最大,運行至池體滿水,對不合格水進行排放,降低混凝劑、助凝劑的行程、頻率,投入1號池活性炭粉末投加設備,控制水中活性炭粉末加入量40mg/L。每30分鐘提升一次2臺沉淀池的進水流量,每次提升幅度為額定出力的10%,直到額定出力。在額定出力流量下,控制1號池氧化型聚合硅酸鋁鐵加入量5mg/L(以鐵計)、二氧化氯加入量0.05mg/L,2號池聚合硫酸鐵加入量10mg/L(以鐵計),助凝劑加藥量均為2mg/L。運行2小時后,1號池分離區清水深度為1.2m,出水濁度2.92NTU、鐵含量21.7μg/L ;2號池分離區水較渾濁,出水濁度5.26NTU,提升2號池聚合硫酸鐵加藥量至15mg/L(以鐵計),運行2小時后,分離區水清澈,但水中懸浮有大量細小絮凝體,出水濁度4.56NTU、鐵含量89.6μg/L。提升1號池氧化型聚合硅酸鋁鐵加入量至10mg/L(以鐵計),二氧化氯加入量0.1mg/L,運行2小時后,出水濁度3.31NTU,增加至活性炭粉末加入量40mg/L,運行1小時后出水濁度2.96NTU,出水中有極少量活性炭粉漂浮。在2號池體中加入劑量6mg/L(以鐵計)氧化型聚合硅酸鋁鐵、40mg/L活性炭粉末后約40分鐘,2號池出水濁度為2.88NTU。1、2號池采用活性炭粉末強化處理1天后,活性炭粉末的加入量降低至20mg/L、聚丙烯酰胺加入量降低至1mg/L,出水濁度均處于3NTU以下,鋁離子、鐵離子均小于30μg/L,水中感官性狀和一般化學指標(除濁度外)、毒理學指標、細菌學指標等指標完全符合《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)的要求。
采用新工藝使得混凝劑消耗量有所減少,2012年12月~2013年8月,9個月期間共處理原水142萬m3,藥劑費用共節省2.12萬元,冬季家屬區飲用水供應得到了保證,過濾器反洗間隔由原來的8~12小時延長至20~24小時。
(2)澄清池混凝處理中的應用(用于低濁水處理)
某發電廠為2×350MW的熱電聯產超臨界機組,鍋爐補給水水源為循環水排污水,循環水補充水設計采用污水處理廠的二級排放水經石灰深度處理的出水,由于受污水處理廠出力限制,循環水補充水水源現為備用水源(水庫水)。預處理及鍋爐補給水系統流程為:循環水排污水→生水加熱器→機械攪拌澄清池→澄清水箱→澄清水泵→雙室過濾器→過濾水箱→超濾給水泵→自清洗過濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→5um保安過濾器→RO高壓泵→RO裝置→反滲透淡水箱→RO淡水泵→無頂壓逆流再生陽離子交換器→樹脂捕捉器→無頂壓逆流再生陰離子交換器→混合離子交換器→樹脂捕捉器→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房除鹽水母管。混凝劑采用28%工業聚合硫酸鋁,循環水排污水冬季濁度為7.6~9.5NTU。
自2010年投運以來,生水加熱器投入后出水溫度最高達12℃,清水箱底部定期積有黏泥、雙室過濾器運行周期短、反滲透前5um保安過濾器濾元總發生污堵現象,水溫低時尤其嚴重,濾元通常10~15天就需要更換一次。原因是冬季用水量大,兩臺澄清池總出力最大達額定出力的53.3%(460m3/h),為了提升供水能力,增強了鋁鹽混凝劑劑量,導致澄清池出水中含有大量的水合鋁離子,在流速較低的區域,如清水箱、過濾器、超濾、甚至反滲透保安過濾器等處發生鋁鹽沉積,嚴重影響了這些設備的正常運行。同時2臺澄清池即使混凝劑投加量增大,但出水水質濁度仍在5.0~6.5NTU之間。
2011年10月,將生水加熱器進水改至兩臺機組凝汽器回水母管上使得澄清池冬季進水溫度達22℃,治理了澄清池短路現象,擴充了澄清池二次反應池的回流縫隙寬度,并改用聚合硫酸鐵。兩臺澄清池運行狀況有所改變,過濾器、超濾、保安過濾器污堵現象有所減緩,但2011年12月~2012年4月,澄清池仍達不到額定出力,混凝劑消耗量較大,出水濁度仍常超過控制值。這是因為雖然提高了水的溫度,但是聚合硫酸鐵對含有微小有機物、藻類、微生物的低濁水處理效果不佳引起的。
2012年8月,在1號機組大修期間,逐步對兩臺澄清池加藥系統基礎上進行了改造,每套沉清池的活性炭粉末投加設備參數為:60°圓錐形活性炭粉末儲存箱(1.0m3)、直徑為20mm和25mm的壓力水管道(水壓力0.2~0.3MPa)、壓力水噴射器(額定出力1.2m3/h),同軸攪拌器(功率0.35kW)、直徑為0.05m圓形抽查式可調出料控制閥。氧化型聚合硅酸鋁鐵加藥泵額定出力180L/h,聚丙烯酰胺配制濃度為0.05%、加藥泵額定出力20L/h。
2臺澄清池在分別在11月、12月采用活性炭粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵處理工藝,澄清池運行參數基本相同,初期運行時氧化型聚合硅酸鋁鐵加入量至20mg/L(以鐵計),活性炭粉末投加量為40~50mg/L,二氧化氯加入量0.2mg/L,額定運行時,氧化型聚合硅酸鋁鐵加入量至8mg/L(以鐵計),活性炭粉末投加量為15~20mg/L,二氧化氯加入量0.1mg/L;
2臺澄清池額定運行時,出水濁度分別為2.78 NTU、2.85NTU,出水中均無活性炭粉漂浮,鋁離子、鐵離子均小于25μg/L。采用新工藝使得混凝劑消耗量有所減少,2012年12月~2013年4月期間,清水箱底部無沉積現象,過濾器運行周期為24小時,超濾、保安過濾器污堵現象得到根本治理,大大減少了過濾器、超濾反洗的廢水量,保安過濾器濾元更換周期為2.5個月。混凝劑費用共節省0.86萬元,節省濾元更換費用約22萬元。
由于活性炭粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵用于低溫低濁水處理時,氧化型聚合硅酸鋁鐵(硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5),藥劑中穩定不易分解、高價金屬的存在使得混凝劑具有較高的正電荷,因此低劑量就能對膠體物質的電中和、壓縮雙電層作用明顯、降低膠體ξ電位;同時二氧化氯能高效、快速地氧化水中的有機物,破壞了水中溶解性有機物對膠體顆粒表面形成的保護層,大幅增強了膠體物質的極性,從而使得膠體物質更容易發生快速的混凝反應,另外活性炭粉末粒徑選擇合適、加入時機恰當,有效增強了絮凝體沉降性能,從而大幅提升了混凝沉降效果。綜上所述,活性炭粉末強化氧化型聚合硅酸鋁鐵(硅、鐵、鋁摩爾比為1:1:0.5)工藝所加物質相互能夠發揮協同效應,使得低溫低濁水處理時混凝沉降效果不佳的問題得到較好的解決。

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