（环境工程专业论文）不同水源地的生物质发电厂水处理技术研究.pdf

摘要 生物质发电顾名思义就是利用生物质所具有的生物质能进行发电，而秸秆发 电属于生物质发电中最普遍的一种。相对于传统意义_ j ：n g d , 型火电厂，其具有清 洁无污染、可再生等优势，是近年来我国大力发展的一种可再生能源发电技术。 我国的生物质资源主要集中在农村，丌发利用农村丰富的生物质资源，可以缓解 农村及边远地区的用能问题，显著改进农村的用能方式，改善农村的村容村貌和 居民生活条件。 生物质发电厂根据其机组发电p 4 身的特点，对各热力系统的水质提出了具体 的需求。电厂热力系统中j k f f , 3 品质是影响电厂热力设备( 锅炉、汽轮机等) 安全、 经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的天然水含有杂质，这种水如果进 入水汽循环系统，将会造成各种危害。我国地域广阔，南北地区的气候条件差别 较大，南北水资源r l f i 的杂质成分也不相同。 主要介绍了南北两座生物质发r i l 厂的锅炉补给水处理设汁方案，北方某电厂 水源采用地下水，水中含赫量高，基本无悬浮物和杂质，冬季气温低，因此预处 理系统采用加热、过滤处理，除盐系统采用两级反渗透加电渗析法除盐。南方某 电厂水源采用河流截留的水渠水，水c f j 含盐量较低，f i ! ：悬浮物含量稍高，冬季气 温较高，凶此预处理系统采用混凝、沉淀、澄清、过滤处理，除盐系统采用离子 交换除击h 。 本文通过对这两座有代表，陛f 1 9 生物质发电厂补给水处理方案的分析比较，并 参考了常规火力发电厂的设计规范规程和技术要求，鬯, 7 7 7 出不同水源地生物质发 电厂一补给水处理方案选择的一些规律，分析牛物质发电j 一锅炉补给水系统水处理 的技术要点和一些应用经验，为相关j - 怔1 7 1 建i ! 乏提供指导。 关键词：生物质，锅炉补给水，预处理，离r 交换，膜法 山东人学硕卜学位沦文 山尔人学硕十学何论文 a b s t r a c t j u s ta si t sn a m ei m p l i e si st ou s eb i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o nb i o m a s si st h e b i o m a s se n e r g yf o rp o w e rg e n e r a t i o n ，a n ds t r a wb i o m a s sp o w e rg e n e r a t i o np o w e r b e l o n g st ot h em o s tc o m m o no n e c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a ls e n s eo fs m a l lp o w e r p l a n t ，i th a sn op o l l u t i o n ，c l e a nr e n e w a b l ee t ca d v a n t a g e s ，i st h i sy e a rt ot h ev i g o r o u s d e v e l o p m e n to fa r e n e w a b l ee n e r g yp o w e rg e n e r a t i o nt e c h n o l o g y b i o m a s sr e s o u r c e s i no u rc o u n t r ym a i n l yc o n c e n t r a t e di nt h ec o u n t r y s i d e ，t h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n o fr u r a lr i c hb i o m a s sr e s o u r c e s ，c a na l l e v i a t er u r a la n dr e m o t ea r e a st op r o b l e m s ， s i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n ti nr u r a la r e a sc a l lw a y , i m p r o v er u r a lv i l l a g ea n dr e s i d e n t s l i v i n gc o n d i t i o n s b i o m a s sp o w e rp l a n tu n i tp o w e ra c c o r d i n gt oi t so w nc h a r a c t e r i s t i c s ，t h et h e r m a l s y s t e mo fw a t e rq u a l i t yp u tf o r w a r ds p e c i f i cd e m a n d s p o u 7 e rp l a n tt h e r m a ls y s t e mo f w a t e rq u a l i t yi si n f l u e n c eo ft h e r m a lp o w e rp l a n te q u i p m e n t ( b o i l e r , s t e a mt u r b i n e ， e t c ) s a f e t ya n de c o n o m i co p e r a t i o ni so n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r s w i t h o u tp u r l f y i n g n a t u r a lw a t e rc o n t a i n si m p u r i t i e s ，t h i sw a t e ri fi n t ov a p o r yc i r c u l a t i o ns y s t e m ，w i l l c a u s ea l lk i n d so fh a z a r d s o u rc o u n t r yr e g i o ni sw i d e ，n o r t ha n ds o u t hr e g i o nc l i m a t e c o n d i t i o nd i f f e r e n c ei sb i g g e r , t h ew a t e rr e s o u r c e so ft h ei m p u r i t yc o m p o s i t i o ni sn o t t h es a m e m a i n l yi n t r o d u c e dt h en o r t ha n ds o u t ht w ob i o n l a s sp o w e rp l a n tb o i l e rm a k e u p w a t e rp r o c e s s i n gd e s i g ns c h e m e ，t h en o r t ho fac e r t a i np o w e rp l a n tw a t e ru s e g r o u n d w a t e r , w a t e rs a l i n i t yi sh i g h ，t h eb a s i cw i t h o u ts u s p e n d e dm a t t e ra n di m p u r i t i e s ， w i n t e rt e m p e r a t u r ei s l o w ，t h ea n a l y s i sp r e t r e a t i n e n ts y s t e mu s e sh e a t i n g ，f i l t e r p r o c e s s i n g ，i na d d i t i o nt o s a l ts y s t e ma d o p tt w o s t a g er e v e r s eo s m o s i sa n de l e c t r o d i a l y s i sm e t h o di na d d i t i o nt os a l t t h es o u t ho fac e r t a i np o w e rp l a n tw a t e ru s er i v e r e n t r a p m e n to ft h ed i t c hw a t e r , w a t e rs a l i n i t yi sl o w ，b u ts u s p e n d e ds o l i d sc o l l t e n ti s a l i t t l eb i th i g h e r , w i n t e ra i rt e m p e r a t u r ei sh i g h e r , t h ea n a l y s i sp r e t r c a t m e n ts y s t e m u s e sc o a g u l a t i o n ，s e d i m e n t a t i o n ，c l a r i f i c a t i o n ，f i l t e rp r o c e s s i n g ，i na d d i t i o nt os a l t s y s t e ma d o p t st h e i o ne x c h a n g ei na d d i t i o nt os a l t 匀：人学硕十学何沦文 t h i sa r t i c l et h r o u g ht ot h et w or e p r e s e n t a t i v eb i o m a s sp o w e rp l a n tm a k e u p w a t e rt r e a t m e n ts c h e m eo fs i m p l ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n ，a n dr e f e r e n c et h e c o n v e n t i o n a lc o a l f i r e d p o w e rp l a n td e s i g n s t a n d a r d p r o c e d u r e s a n dt e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s ，s u m su pt h ed i f f e r e n tb i o m a s sp o w e rp l a n tw a t e rs u p p l yw a t e r t r e a t m e n t s c h e m es e l e c t i o no fs o m eo ft h el a w ，a n a l y s i st h eb i o m a s sp o w e rp l a n tb o i l e rm a k e u p w a t e rs y s t e mo fw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yp o i n t sa n ds o m ea p p l i c a t i o ne x p e r i e n c e ， i no r d e rt oh e l pt h ef o l l o w i n gs c h e m es e l e c t i o n k e y w o r d s ：b i o m a s s ，b o i l e rf e e d w a t e r , p r e t r e a t m e n t ，i o n e x c h a n g e ，m e m b r a n e v 山东人学硕十学位论文 第一章引言弟一旱 i 石 1 1 研究的意义与目的 生物质发电顾名思义是利用生物质所具有的生物质能的发电，属于可再生能 源发电的一种，是目前世界上仅次于风力发电的可再生能源发电技术。起源于上 世纪7 0 年代，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧 发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。 秸秆发电是生物质能发电的一种形式，通过在高温高压锅炉中直接燃烧经过 预加工的秸秆产生热能，再进一步转化为电能。秸秆是一种很好的清沽可再生能 源，每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤，而且其平均含硫量只有3 8 ，而 煤的平均含硫量约达1 。秸秆发电是近一两年刚刚起步的新兴产业，目前国际 上在秸秆发电方面做得最好的是煤炭资源比较缺乏的北欧国家，其1 j 又以芬兰尤 为突出。我围在国际上也处于领先水平，商追北欧。近年，随着煤炭等资源的过 度丌采利用，国家进一步关停小机组火力发f 乜厂，中国能源、电力供求趋紧，对 资源丰富、可再生性强、有利二f 改善环境和可持续发展的牛物质资源的开发利用 给予了极大的关注。我国是农业大国，农村的秸秆资源相当丰富一t 要的农作物 种类有稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类油料作物、棉花和时蔗。根据我国地理分 布和气候条件，南方地区水域多、气温高，适合水稻、甘蔗、油料等农作物生产， 北方地区四季温差大，适合玉米、豆类和薯类作物尘长，故播种面积大于其他地 区。小麦在我国各地区都普遍种植，播种面积以华中、华东地区最多；棉花产 地主要是华东和华中地区，其次是华北和旺q 部地区。在2 0 0 0 年到2 0 1 0 年期间， 我国每年秸秆资源的获得量为3 5 亿3 7 亿吨，如果将这些秸秆资源用于发电， 相当于0 9 亿k w 火电机组年i ，- 均运行5 0 0 0 h ，年发电量为4 5 0 0 亿k w h 。 _ ! 物质发电的装机容量一般在2 5 万千瓦级和1 2 万千瓦级居多，甚至更小。 我国已经并网发电的几个生物质发电厂，发i 乜方式为均采用直燃发电，即直接燃 烧秸秆! l i 热发电。虽然生物质发r 乜厂的装机容量一般小j 二5 力千瓦，发电能力与 小火f u 基本相同，但相对于传统意义上的小火电，生物质发电又存稻：着自身的一 些特点j 。 首先，燃料不同，从根本盏分了生物质发电和小火电的性质。常规小火i u 山局i 火学硕+ 学位论文 采用的是燃烧不可再生的化石能源，煤炭等等，而且大部分设备较落后，生产效 率很低，造成大量的能源浪费，生物质发电，尤其是秸秆发电，采用的是可再生 利用的农林业废料作为燃料，可供直燃发电的2 亿吨秸秆折合标准煤1 亿吨。 其次，对环境的影响方面，传统意义上f l , g d , a 电由于设备的落后，燃烧煤资 源等原因，属于重污染项目，燃烧煤炭产生大量的一氧化碳和二氧化碳，对环境 的污染非常严重。而生物质发电采用清洁的生物质资源，基本无污染。生物质在 生长周期内，对大气的二氧化碳排放量近似于零，而且收集农林废弃物，同时避 免农民焚烧带来的空气污染问题。以国能单县生物质发电为例，一天可以处理农 林废弃物大约6 0 0 吨左右。 最后，我国的生物质资源丰要集r | 一在农村，开发利用农村丰富的生物质资源， 可以缓解农村及边远地区的用能问题，疆著改进农村的用能方式，改善农村的村 容村貌和居民牛活条件。对农林废弃物的采集、加工、运输、储存，会提高农民 收入，增加农民就业机会，丌牌农业经济和县域经济新的产业。而常规小火电就 不具备这些优势。 因此，大力发展以秸秆代替煤炭的发电新能源，是利用可再生资源、大力发 展循环经理的重要尝试，有利于减少环境的污染，并且有利于经济增长方式转变 和农村经济的发展。同时，国家为推动生物质技术发展，根据国家“十+ 五”规 9 j - q x 要提出的发展目标，未来将建设生物质发电5 5 0 丁千瓦装机容量，已公布的 可再生能源中长期发展规划也确定了到2 0 2 0 年生物质发电装机3 0 0 0 万千瓦 的发展目标。 1 2 主要研究内容、所要解决的关键问题 电厂热力系统中水的品质是影响电一热力设备( 锅炉、汽轮机等) 安全、经 济运 7f 1 9 重要因素之。没有经过净化处理的天然水含有杂质，这, f q , j j ；s h 果进入 水汽循环系统，将会造成各种危害。为了保征热力系统中有良好的水质，必须对 水进行适当的净化处理。随着1 - 物质发电项目的迅猛发展，迫切需要针对生物质 发电的电厂化学水处理系统制定相应的规范。日前我国尚末有系统的根据水源地 不同，来制定相应的化学水处理方案的文献，本文将钭对这一问题展开论述。 生物质发电厂一中水净化方法，是根据热力没备列水质的要求和水源水的杂质含量 来决定的。生物质发电厂热力设备对水质要求根据机组容量大小。因此，在选择 i j _ = j i 人。学硕+ 学何论文 电厂水处理方案的时候，要首先了解电厂水源地的各种气象条件以及水源地来水 中含有杂质的概况。根据电厂来水水源的不同，生物质发电厂来水可分为江河水、 水库水、地下水等；根据地域的不同，各地区的气象条件及各种水源中含有杂质 的成分也不尽相刚3 4 】。以江河水中悬浮物的含量为例：华东、中南和西南地区 由于土质和气候条件较好，草木丛生、水土流失较少，河水浑浊度一般很低。华 北和西：l u l _ k 区，特别是黄土地区，悬浮物含量高，变化幅度大，这其中最突出的 是黄河，冬季河水浊度只有几十度，夏季悬浮物含量可达几万毫克升，洪峰时 甚至高达几十万毫克升。因此，需要根据生物质电厂水源地的不同，来制定相 应的化学水处理方案。 本论文选出两个具有典型性特点的水源地的已建生物质发电厂，对电厂采用 的锅炉补给水系统化学水处理方式进行分析讨论，以总结出不同水源地生物质发 电厂化学水处理方案的技术要，- 氧及应用经验。 第二章文献综述 2 1 电厂用水的主要技术指标 1 、悬浮物与混浊物5 1 悬浮物标识水中悬浮物质的含量，其容易在管道、设备内沉积和影响其他水 处理设备的正常运行，是水处理系统首先要清除的杂质，常用浊度来表示。 2 、溶解固形物 溶解固形物是指水中出溶解气体之外的各种溶解物质的总量，一般用含盐 量、蒸发残渣、灼烧残渣、电导率等来表示。 3 、硬度 硬度表示水中多价金属离子的总浓度，主要是钙离子( c a 2 + ) 和镁离子 ( m 9 2 + ) ，一般将水中钙离子和镁离子含量之和称为硬度，是衡量锅炉给水水质 好坏的一项重要技术指标。 4 、酸碱度 酸碱度表示水中溶液的酸碱性强弱程度，一般用p h 值来表示，p h 值 值7 为碱性。 5 、有机物 水中的有机物科，类众多，成分成分也很复杂，通常无法逐个进行测定，可问 接利用化学需氧量( c o d ) 、生化需氧量( b o d ) 、总需氧量( t o d ) 、总有机碳 ( t o c ) 等表示。 2 2 我国天然水的主要特征 2 2 1 我国江河水的主要特征 有资料数据表明 5 1 ，我国江河水中离予总量变化和化学类型变更，有以下规 律：东南沿海地区，“闩二受太平洋潮湿气流影响，降水量达，气候潮湿，可溶性 组分难以积累，河水中的离予总量低_ ： = 二5 0 m g l ，硬度在0 5 1 0 1 n m o l l 之i u j ： 淮河、长江中f 游以南的广大地区，降水量较大、气候湿润，河水中的离子总量 在2 0 0 m g l ，硬度在1 3 1 m n o l l 之| 、h j 。k 江_ _ | 二游的云贵高原，受印度洋湿润潮 湿气流的影响，河水t t i 的离予总量利硬度儿乎介j 二以上两个地【x 之间；淮河、秦 岭以北地区，降水量较小、蒸发量较大、：n 罹季仃明漫，河水中的离子总量在 3 0 0 5 0 0 m g l ，硬度在3 5 r n m o l l 之问t ：t ；西北内陆地区，由于远离海洋，干 旱少雨，河水中离子总量可达到1 0 0 0 m g l ，硬度大于5 6 m m o l l ，属于全国河 水离子总量和硬度最高的地i 必；我国东北地区，受北冰洋潮湿气流的影响，气温 偏低，降雪较多，土壤常年处于冻结状态，降水不易下渗，河水离了总量小于 1 0 0 m g l ，硬度在o 5 l m m o l l 之间，与东南沿海基本相似。 江河水的化! 学组分还受海水的影响，有些沿海地区的河流，枯水期因海水倒 灌，c 1 。含量会急剧上升，由平时的几i 一毫克升提高到几千毫克丌。 2 2 2 我国湖水的主要特征 由于湖水的进卅水交替缓慢，所以即使处于同一气候带的湖水和河水，湖水 中离子总量的变化额度也比较大，湖水中按离子总量分为淡水湖、咸水湖和盐水 湖，淡水湖的离子总量小于1 0 0 0 m g l ；咸水湖的离子总量小于1 0 0 0 2 5 0 0 0 m g l ， 咸水湖的离子总最大于2 5 0 0 0 m g l 。我国淡水湖主要分布在东部平原、东北平原 和云贵平原三大区域。东部平原的湖水离子总量大部分小于2 0 0 m g l ，且呈现离 子总量d j 南向北逐渐增加的趋势，这种趋势是由这些地区的气候条件和土壤条件 所决定的。东：i 匕平原地i x 的湖水离子总鼍为15 0 2 5 0 m g l ，略高于长江中下游 地区。云贵高原地区的湖水离子总量基本与东北平原的湖水离子总量相等 6 】。 2 2 3 我国地下水的主要特征 埋减在地表以f 的所有天然水都称为地卜水，按其埋藏的条件分为浅层地下 i v , , 承压水两利；，地下水由于与大气圈接触少，而与岩石矿物接触时坩长，是地 下水不同程度含有地壳中的所有化学成分，目与地表水相比，悬浮物含量很少， j 搬b 寻7 封t l j t 透明。我圈浅层地下水的化学组分与江河水类似，呈现出从南和东南向西和 西北方向逐渐演变的特征。 2 3 发电厂化学水处理的重要性 锅炉、汽轮机与过热器、再热器、凝汽器、高低压加热器和除氧器等主要辅 助发备构成了火电机组的热力系统o l 。 依锅如! j - e 力的不同，分为低爪、r f l 瓜、次高压、高压、超高压等匿力机组。 锅炉补给水系统是指凝汽器出口至省川寸- ：f i ”i q r 入i1 的水系统，给水是 j 汽机凝结水、 化学补给水和各f , t , i f g 水组成的。在生物质发t 乜厂一，通常是使化学补给水补入除氧 器后再1 jt 凝水和各种疏水混合后进入给水系统】。 2 3 1 锅炉给水水质调节的重要性 锅炉给水系统金属的腐蚀，不仅会损坏给水管道和相关设备，而且由于腐蚀 产物随给水带入锅炉中，而导致在锅炉蒸发面上发生金属腐蚀产物沉积，甚至造 成锅炉管的损坏。给水中的金属腐蚀产物主要是在低压和高压加热器以及在除氧 器内形j 戈n 9 ，另一部分来自凝汽器和疏水系统。在锅炉启动期间及启动后的运行 初期，大部分的锈蚀产物来源于给水。 给水系统金属材$ t - n 9 腐蚀 1 2 ，主要有：1 ) 溶解氧腐蚀；2 ) 二氧化碳腐蚀； 3 ) 除氧器运行不良；4 ) 机组在停用期问炉前系统未受到良好的保养等等原因。 2 3 2 汽包锅炉炉水水质调节的重要性 锅炉给水水质调节之后，给水水质得到改善，但给水进入锅炉之后，在高温 高压下吸收炉膛热能变成蒸汽，这时候各种盐类物质和金属腐蚀产物的溶解特性 及蒸汽对它f l i t - j 9 携带性能，都与常温： 犬态不f 司，如控制不当，会在炉管管壁、过 热器和汽轮机内沉积【12 | ，因此还需要陆炉水水质进行调节。 热力设备投运后，在某些条件下就会在受热面与水接触的金属表面上生成 一些坚硬的固态附着物，这些附着物成为水垢。如果析出的固态附着物在锅炉水 中成悬浮状，或；! ) e 积在汽包和下联箱底部的水流缓慢处，这些附着物成为水渣。 由于水垢的导热性能很小，所以会降低热力设备的传热效率，增加热损失。结有 水垢r i g # j 管，容易因过热而产生蠕变、鼓包、穿孔、破裂、爆管等事故。另外， 水垢还可以导致金属发生沉积物下腐蚀。炉水中的水渣过多，一方面影响蒸汽品 质，另一方面可能堵塞管路。 2 3 3 循环水处理的重要性 在生物质发电厂生产过程中，火都以水作为汽轮机排汽的冷却介质，冷却水 在循环利用过程一f 1 ，不仅温度升高，而且有结垢、腐蚀和微生物生长等问题，如 不采用冷却构筑物降低水漏和对水质进行处理，将难以保证安全运行。用水作为 冷却介质，通常订两种水系统：直流式冷却水系统和循环式冷却水系统。前 者是指冷却水只通过换热设备一次排放，彳i 循环利用，此要求必须具备充足的水 源。后者分为密闭式循环冷却水系统和敝) 1 ：式循环冷却水系统。 密闭式循j = 1 ：水冷却系统是指冷却水在完个密闭的系统中不断循环，不与空气 接触。因此此种系统的特点是：水不蒸发、 l ；f l l i 放、补充水罱小，通常用软化水 山东人学硕+ 学位论文 或除盐水多为冷却水补充水。 敞丌式循环冷却水是由循环水泵送入凝气器内进行热交换，升温后的冷却水 经冷却塔降温后，再由循环水泵送至凝汽器循环利用，这种循环利用的冷却水叫 循环冷却水。这种冷却水系统容易产生结垢、微生物滋长、换热器材锈蚀等问题。 在生物质发电厂中，此类循环冷却方式较为普遍。敞开式循环冷却系统水质的控 制标准详见表2 1 27 1 。 表2 - 1 敞开式循环冷却系统水质的控制标准 注：质最浓度9 的单位是m g l ，其中c a 2 、m g p 、h c 0 3 、c 0 32 以c a c 0 3 计。 2 4 发电厂锅炉补给水处理工艺介绍 生物质发电厂水源一般为天然水，根据锅炉补给水的水质特点，其处理过程 大致为：混凝处理，沉淀、沉降和澄清处理，过滤处理，消毒和吸附处理，除盐 处理等。天然水中常含有泥沙、粘土、腐殖质等悬浮物和胶体杂质及细菌、真菌、 藻类、病毒等微_ ! 物，这些物质在水i i j 有4 定的稳定性，是造成水体浑浊、颜色 羽1 异昧的主要原因，混凝处理、沉淀、沉降和澄清、过滤处理以及消毒和吸附处 理，日的就是去除这些物质，使水中的：悬浮物含量降到5 m l ，可统称为水的预 i 、弹，、 以下简要介绍各处理过程的t 艺特点： 2 4 1 混凝、沉淀、沉降和澄清处理 在水处理中，从原水投入混凝剂开始，到产生大颗粒的絮凝物为止，整个过 程叫混凝处理过程。混凝的目的足除去水中的悬浮物，同时使水中的胶体、硅化 合物以及有机物有所降低，常以浊度来作衡量。一股分为两个阶段：首先是胶体 颗粒脱稳，一般可在1 0 3 0 s 内完成；第二个阶段是絮凝，它是指脱稳后的胶体 颗粒聚合成大颗粒絮凝物的过程，这个过程需要一定的聚合时间1 4 。 常用的混凝剂为铝盐和铁盐两种 1 1 。另外，水温、p h 值、混凝剂剂量、接 触介质等对混凝处理的效果有很大的影响。 水的沉淀处理就是在水中投加一种化学药剂是该药剂与水中的结构性离子 进行化学反应，生成难溶的化合物。早期的沉淀剂有石灰、苏打、氯化钙、氢氧 化钠和磷酸钠等 1 5 - 1 6 。由于离子交换和膜法等水处理技术的发展，目前仍应用的 只有冷法石狄处理，同时，由于市场供应的石狄纯度低，容易造成设备及管路系 统的磨损和堵塞，污染一房周围环境等，一般只应用在原水碳酸盐硬度比较高的 情况。 水中悬浮颗粒在重力作用下，从水中分离出来的过程叫沉降。悬浮物在沉降 和澄清过程中常有四种情况 1 5 - 1 6 ：当水中悬浮颗粒浓度较小时，沉降过程可以按 絮凝性的强弱分为离散沉降和絮凝沉降；当颗粒浓度较大缺颗粒具有絮凝性呈层 状沉降；当浓度很火时颗粒呈压缩状态。 澄清池是集水的混凝、沉淀、沉降和澄清过程于一体的设备。澄清池中起 到截留分离杂质颗粒作用的介质是呈：怂浮状的泥渣。在澄清池中，沉泥被 提升起来并使之处于均匀分布的悬浮状态，在池中形成高浓度的稳定活性 泥渣层，该层悬浮物浓度约在3 1o g l 。原水在澄清池中由下向上流动， 泥渣层由于重力作。订可在上升水流中处于动态平衡状态。当原水通过活性 污泥层时，利用接触絮凝原理，原水中的：悬浮物便被活性污泥渣层阻留下 来，使水获得澄清。清水在澄清池上部被收集。澄清池的设计参考数据详见 表2 2 1 5 , 1 7 - 2 1 。 表2 - 2 清池的设计数据 序号私称主要设计数据 备注 进水浊度小。j - 5 0 0 0 度 特点：1 该i o e x , j 。水质、水鼙、 水温的变化适节性强、运行稳 定、投药鼙少、易丁控制2 池 是否改机械刑泥装置应根 机械搅拌 清水k 上升 一般叮采j | j 据池祭人小、底坡人小、进水 1 流速1 ) 0 8 m m s 1 1 m m s 低 ，悬浮物含鼙及其黝! 粒f l lj j 戈等冈 ；鼙清池 温低浊水取州醍 蔡确定。当池径小j i1 5 m ，底 水红i 池i 停 留时间 1 2 1 1 1 5 h 坡不小_ 。4 5 ，含沙龄不人 时，可不殴机漩刮泥装置。u i 搅拌叶轮提 为进水量的3 5 倍 水浊度小丁1 0 度，低温低浊水 升流醚 小r1 5 度。 为第二絮凝室内径的 7 0 一8 0 并应设凋 叶轮直径 整1 1 i 轮转速和开启度 的装置 升温速度 2 厂h 进水浊度 2 0 0 0 度 单池生产能 不商：人丁7 5 0 0 m d 刀 水力循环 滴水区上升 一般可采j j 特点： 2 流速 0 7 m m s1 o m m s ， 构造简单，维修i ：作j 垲a 小， 澄清；也 低珏i 低浊水取卜f j 艮 但对水质、水避、水湍变化的 池导流筒( 第 适f 每性较筹。 二絮凝室) 有 3 m 一4 n 1 效高度 m i 流水耳i i l 为进水流艟n 勺2 4 倍 池斜l 掣j 水 不i ：小j i4 5 。 、1 i 面的夹f f j 1 斜饭澄清 进水怂浮物 5 0 0 1 n g l 特点：) 池悬浮物之除可应h 丁给水、丁业污水、废 人丁：9 5 ! 生二 水等。 排泥浓度 2 4 i 地小、效率高 进水浊度 2 0 0 0 度 特点： 絮凝时间 5 1 0 分钟 反应时间短，产生钒花人而密 接触絮凝实，易丁沉降。适应性强，对 4 沉淀池微污染及低温、低浊度水处理 上升流速 2 o m m s 3 5 m m s 效果妤。 有效水深3 6 1 1 14 1 m 上升流速高，表面负荷人。 进水浊度 2 0 0 0 度 单池生产能 不宜人_ 7 5 0 0 1 1 1 3 d 昆合反应歹j 5 沉淀池一般可采川o 7 1 t l m 清水区k ；r t 。 1 o m m s ，低；品低浊水 流速 取 邛良 迸水浊度小 二3 0 0 0 度特点： 清水i x 。l 升一1 般可采川0 7 1 该池对水域、水质、水温 流速1 o n u n s变化的适应性较著，对排泥控 脉冲周删3 0 s 4 0 s制要求严：洛，要求连续运行 充放n c f 比 3 ：l 4 ：12 常j j ，仪式为真空式、s 型 脉冲澄清 池悬浮层高 虹吸式 6 1 5 m 2 o m 池 瘦 3 戍采川穿孔管配水，上设 人字形稳流扳 池清水i x 高 4 虹r 吸式日永冲池的西e 水总 度 1 5 m 2 o m管，应设排气装鬣。此型澄清 池不如机械搅拌澄清池处理效 果好 强制“j 水域 单层2 0 3 0 i 总f u 水崩 的白分比 双层2 5 4 5 单层小j 二3 0 0 0 度 进水浊度 双层人j 二3 0 0 0 度 单层0 7 1 1 1 1 n 悬浮澄清 清水区上升 1 o m m s 1 池宜采4 j 穿孑l 管配水，水 7 流速双层0 6 n m l 进入池前应有气水分离发施 池 2 对低浊水及有机物含昔高 0 9 m m s 的水处珲效果不女， 污泥浓缩室i 尊关0 6 m m 上升流迷0 8 m m s 强制水 矗：单层2 0 3 0 i 总j i 水繁 f 1 , 3 自分比 双层2 5 4 5 单0 山而积 不人 ii5 0 m 2 山东人学硕十学位论文 短形每格池 土二 不人丁3 m 见 清水区高度 1 5 m 2 o m 悬浮层高度 2 o m 2 5 1 1 1 池斜壁与水 5 0 。6 0 o 平面夹角 进水浊度小。 j1 0 0 度 接触室上升 流速 10 m m 2 0 m n u s 分离室向卜 流速 1 5 m m 2 5 m m t s 单格宽度 不人y - 1 0 m 池k不人t - 1 5 m 特点：1 适丁处理含藻类等密 有效水深 2 o m 2 5 m 度小的怂浮物的原水：2 r i i - 地 8 气浮池 溶气胝力 0 2 m p a 0 4 m p a 少、造价低、；争水效率高、泥 同流比5 1 0 渣含水率低、运行稳定可靠 压力溶气罐总高一般采h j3 0 m ，填料 高一般宜为1 0 m 1 5 m ，截面水力负 荷1 0 0 m 3 t ( m 2 h ) 1 5 0 m 3 ( m 2 h ) ， 刮渣机行午速度一般不人丁5 m m i n 注1 ：表中数据参照 2 给排水设计手册、g b j1 3 。 注2 ：澄清池清水区上升流速，应根据相似条f ，卜 电厂或水厂的运行经验或试验资料确 定。表中所列上升流速在i 也厂宜采肘i v s j d 数据：常温、常浊水不火丁0 8 m m ! s ：低温、 低浊水不人丁o 7 m m s 。 2 4 4 过滤处理 水经过澄清处理之后，浊度通常在1 0 2 0m g l ，还需要进一步降低水中的 浊度，才能进入后续的除盐系统。这个方法之一即为过滤处理。水经过多孔材料 层去除悬浮物的过程，称为过滤。电一中i f “t , - t 用的过滤材料是石英砂。过滤设备中 堆积的滤料层称为滤层或滤床。装填粒状滤料的钢筋混凝：上构筑物称为滤池。装 粒状滤料的钢制设备称为过滤器，运行时相列压力大于零的过滤器又称为机械过 滤器。悬浮杂质在滤床表面截留的过滤称为表面过滤；而和滤床内部截留的过滤 称为深层过滤或滤床过滤。水流通过滤床的流速简称滤速，慢滤f 也i q q 滤速般为 0 1 ( ) 3 m l h ，快滤池的滤速一般火于5 m t h 。目前应用普遍的是快滤池。过滤设 山乃：人学硕十学位论文 备通常位于沉淀池或澄清池之后，进水浊度一般在1 5 m g l ，出水浊度一般在 2 m g l 以下。过滤不仅可以降低水的浊度，而且随着浊度的降低可同时除去水中 的有机物、细菌甚至病毒。 常用的快过滤器为机械过滤器和活性炭过滤器两种，设计参考数据详见表 2 3 。 表2 - 3 常用快过滤器的设计数据 滤料 反洗强度l m 2 s 过滤器( 池) 型式种粒径 f 一】吉 水反 风水合洗 ，z j 司备注 空 类 n l mm m 洗 水 气 水洗历时 1 0 i j 英 6 0 04 1 0 2 7 1 5 r a i n ，空 细砂过滤o 3 o 5 砂 8 0 01 23 3 气擦洗历 时3 ) m l n 石英1 2 历时5 砂 0 5 1 21 2 0 02 0 单层滤料 1 51 0 m i n 无烟l o 历时5 煤 0 5 1 28 0 01 0 1 2 1 0 m i n “英 砂 0 5 1 28 0 0 双层滤料 1 3 1 0 8 ， 历时5 无烟 1 61 51 01 0 m i n 煤 0 8 1 8 4 0 0 机械过滤器无烟 4 5 0 ， 不宜采用 煤 o 8 1 6 6 0 0 空气擦洗 “英 砂 0 5 0 8 2 3 0 历时5 0 2 5 1 0 m i n 7 0 0 5 承质 0 5 1 05 0 1 6 二层滤料虿“ i 1 0 2 05 0 1 8 2 0 4 05 0 4 0 8 05 0 此部分为 8 0 1 6 1 0 0 承托层 砾 本层顶 面高度 彳j1 6 3 2 应高出 虻水系 山东人学硕士。t ”何论文 统- j l f l e 1 0 0 空气气源 上向 宜采用罗 茨鼓风机， 洗 空气压力 丙纶 7 纤维过滤纤维 1 2 0 0 0 0 5 m p a 6 0 5 ；卜 1 3 0 0 0 1 m p a ，清 粜 向洗 6 洗水压力 0 1 m p a ， 1 0 清洗时间 2 0 6 0 m i n 水洗历时 2 0 1 5 0 0 3 0 r a i n ，空 活性炭过滤器 71 0 2 0 0 0 气擦洗协 n d 1 5 2 0 r a i n 注1 ： 表中所列为反洗水温2 0 。c 的数据，水温每增减1 ，反洗强度相应增减l 。 注2 ：滤料反洗膨胀率( 做没计计算朋) ：石英砂单层滤料过滤为4 5 ；双层滤料过滤为 5 0 ；三层滤料5 注3 ：当使j f ；j 表面冲洗设施时，冲洗强度可取低值。 注4 ： 应考虑全年水温、水质变化冈素，有适当调整反洗强度的可能。 注5 ： 选抒反洗强度时，应考虑所h j 混凝荆的品种。 注6 ：发汁纤维过滤器时，其进水水质宜控制在5 2 0 n t u 。 注7 ： 采川t 水反洗和压缩空气交替反洗时，水反洗强度应适当降低。 2 4 5 水的消毒与吸附处理 在锅炉补给水处理中，有时候需要考虑水的消毒与吸附处理。主要存在于需 自行解决生活和生产用水需求的电，。 水的消毒处理分为化学法和物理法两种吲【2 4 ：化学法包括加氯或氯化物、 臭氧和二：氧化氯处理等；物理法包括加热、紫外线和超声波处理等。 水在用氯化物消毒的过程中，又产生了许多对人体有害的副产物，如三卤甲 烷等，因此需去除余氯。去除余氯的方法就是在过滤处理过程后面在进行活性炭 吸刚处理。 2 4 6 除盐处理 去除l x 水中的溶解性盐类，目前主要有三种方法：离子交换法、膜分离法和蒸 馏法。离子交换法是指某些物质遇水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷 l 弓 山东人学硕十学位论文 的离子进行交换反应的方法。采用离子交换法可制取软化水、除碱水和除盐水。 2 4 6 1 离子交换法 除去水中离子态杂质最普遍的方法是离子交换法，普遍用于水处理中的离子 交换剂是离子交换树脂。离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化 合物。在它的分了结构中，可以人为地分为两个部分：一部分称为离子交换树脂 的骨架，它是高分子化合物的集体，具有庞大的空间结构，支撑着整个化合物； 另一部分是带有可交换离子的活性基团，它化合在高分子骨架上，起提供可交换 离子的作用。活性基团也由两部分彳i 成：一是固定部分，与骨架牢固结合，不能 自由移动，称为同定离子；二是活动部分，遇水可以电离，并能在一定范围内自 由移动，可与周围水中的其他带同类电荷的离子进行交换反应，称为可交换离子。 1 、离子交换树脂的分类【2 3 ( 1 ) 根据离子交换树脂所带活性基团的性质，分为阳离子交换树脂和阴离 子交换树脂。带有酸性活性基团、能与水中阳离子进行交换的称为阳离子交换树 脂；带有碱性活性基团，能与水中阴离子进行交换的称为阴离子交换树脂。按活 性基团卜h + 或o h 一电离的强弱程度，又可分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性 阳离子交换数字；强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂等。 ( 2 ) 按离予交换树脂的孔型分类分为凝胶型树脂和大孔型树脂。 凝胶型树脂是有苯乙烯和二乙烯苯混合物在引发剂存在下进行悬浮聚合得 到的具有交联网状结构的聚合物，这种聚合物呈透明或半透明状态的凝胶结构， 所以称为凝胶型树脂。凝胶型树脂的网孔通常很小，平均孔径约1 2 n m ，且大小 不一。因凝胶型树脂孔径小，不利于粒子运动，直径较大的分子通过时，容易堵 塞网孔，再d - t t , 寸也不易脱洗下来，因此易受到有机物污染。 大孔型树脂的制备方法与凝胶型树脂的不同主要是高分子聚合物骨架的制 备，要在单体混合物中加入指控季，待聚合反应完成后，再将致孔剂抽提出来， 便留下了永久性网孔。大孔型树脂整个树脂内部存在着比凝胶型树脂更多更大的 孔，孔径一般在2 0 3 0 n m ，因此比表面积大，具有抗有机物污染的能力，被截 留在网孔中的有机物容易在再生过程中被沈脱下来，但交换容量比凝胶型树脂低 些。 按合成树脂的单体种类不同，离子交换树脂还町分为苯乙烯系、丙烯酸系等。 2 、离子交换过程 电厂1 水处理中常用的动态离子交换，即水在流动的状态下完成离子交换过 程，一般是在离子交换器( 柱) 中进行的。运行制水和再尘时离子交换处理的两 个主要阶段，运行制水是交换剂交换容量的发挥过程，再生时交换容量的恢复过 程。 离子交换装置的种类很多，固定床离子交换器是生物质发电厂中应用最为广 泛的一种装置，所谓的固定床是指交换剂在一个设备中先后完成制水、再生等过 程的装置。固定床离子交换器按水和再生液的流动力向分为：顺流再生式、对流 再生式( 又称逆流再生式) 和分流再生式。按交换其内树脂的状态又分为：单层 床、双层床、双层双室床、双室双层浮动床、混合床掣4 1 。按功能分为：阳离子 交换器、阴离子交换器、混合1 寄予交换器等。电厂中除盐系统的选择可参见表 2 4 2 5 - 2 6 。 在离子交换水处理过程中，受外界杂质的影响或树脂本身的化学结构受到破 坏，离子交换树脂的性能相应的逐渐改变，使出水水质刁i 能达到需求。其中，如 果树脂本身的化学结构受到破坏，即树脂变质，无法进行恢复，只能作更换树脂 处理。向- 如果树脂因为外界杂质污染而改变了原有性能，则可以采取适当的措施， 如清沈、反洗、酸碱再生等，清除这些污染物，使树脂性能得到恢复。 表2 - 4 水处理系统选择 山水质避 序电导率，一：氧化砖 r l 系统名称通，l