浅层气浮技术.doc

浅层气浮技术气浮净水技术在国内外应用广泛。国内应用的气浮装置有分散空气气浮法、电解气浮法、压力溶气气浮法等(以下简称传统气浮法)，目前压力溶气气浮法应用最广。但是近年来刚刚进入中国市场的浅层气浮装置后来居上，该装置由美国克拉福达(Krofta)公司经过几十年研究开发，本文对该装置的结构作一介绍。 1 工作原理浅层气浮装置的结构如图1所示。原水通过泵1进入气浮装置2的中心管3，通过可旋转的水力接头4和可旋转的分配管5均匀地配入气浮池底部，溶气水经过中心管7进入可旋转的分配管8，与原水同步进入气浮池底部。9亦为一个可旋转的水力接头。饱含微气泡的溶气水与原水在气浮装置的底部充分碰撞、粘附，使原水中的微粒形成比重1的浮渣上升到水面而被除去。原水的分配管5和溶气水的分配管8被固定在同一旋转装置10上，其旋转方向与原水进入气浮池底部的水流方向相反，但速度相等。本装置的关键部分是成功地利用“零速度”原理，使进水对原水不产生扰动，固液分离在一种静态下进行。表面形成的浮渣层由螺旋撇渣装置11收集，然后经过排渣管12将其排到池外。澄清后的水由旋转集水管13收集后排到池外，集水管13与中央旋转部分14连在一起，这样原水在气浮池中的停留时间就是中央旋转部分的回转周期。连在旋转行走装置上的刮板将池底和池壁上的沉泥刮到泥斗6中，定期排放。另外一项重要的改进就是固定在旋转行走架10上相互之间有一定间距的一组同心锥形板装置15，与配水部分一起沿气浮池同步旋转。每相邻两块锥形板组成一个倾斜的环行气浮区域16，该区域内水时刻处于层流状态，加速了颗粒杂质随微气泡的上升速度。浅层气浮装置还包括一对并联运行的溶气管20(简称ADTS)，进水泵17的压力较低，只需202.6 kPa。进水首先通过与两个ADTS连接的三通阀18，ADTS的另一端布置溶气出水口。压缩空气也经过一个三通阀19与压力水在同一端进入ADTS，压缩空气的压力一般为707.8 kPa。所有的三通阀靠一只调节器联动，正常运行时，一只ADT的进、出水口均被打开释放溶气水，而进气口被关闭；同时另一只ADT的进水口和出水口被关闭，压缩空气通过2040 m的微孔不锈钢板进入ADT，靠压缩空气的压力将空气溶于水中，而不是靠水的压力。水沿着切线方向高速进入ADT中，流速可达10 m/s，压力水在ADT中呈螺旋状前进，达995 r/min，进水口可以调节，以便控制流量和流速。2 浅层气浮与传统气浮装置的比较 传统气浮装置中，池深一般为2.02.5 m，这是因为设备是静止的，水体是运动的。水体从反应室进入接触区时会产生流向的改变和流速的重新分布，即把水流转变成均匀向上的流动，这就需要有一定的时间和高度来完成这一变化，其高度一般不低于1.5 m。而浅层气浮由于“零速度”原理的应用，实现了设备是运动的，水体是静止的，消除了由于水体的扰动对悬浮颗粒与水分离的影响，降低了对高度的要求；另外在传统气浮装置中，难免有泥砂或絮粒沉于池底，为防止带出池底的泥砂，出水管一般悬高300 mm，而在浅层气浮装置中，由于池底设置了刮泥装置，因此不需设置悬高段。通过以上分析，浅层气浮装置的有效水深一般为400500 mm。 传统气浮装置中，水体的停留时间一般控制在1020 min；而浅层气浮装置中，停留时间只需23 min。传统气浮装置中，溶气系统配备的是溶气罐，若按溶气罐的实际容积来计算，其水力停留时间为24 min；而浅层气浮装置中，溶气系统采用的是溶气管，取消了填料，使溶气管的容积利用率达100%，其水力停留时间只有1015 s。 在传统气浮装置中，刮渣器定期对浮渣层进行清除，无法根据浮渣的浮起时间进行有选择性的清理，因此不但对水体有较大的扰动，而且浮渣的含水率也较大；在浅层气浮装置中，螺旋撇渣器安装在配水系统的前部，清除的浮渣总是气浮池内浮起时间最长(23 min)的浮渣，即固液分离最彻底、含水率最小的浮渣。通过以上分析和比较，浅层气浮装置和传统气浮装置有本质的区别，其优越的技术性能已逐渐受到国内用户和环保界人士的重视。如果能加快该技术的引进并使之国产化，必将带来巨大的经济效益和社会效益。浅除盐技术介绍浅除盐水处理技术就是根据工艺要求, 不完全处理水中盐类物质的一种新技术, 具体地说就是对水质影响不大的SiO32-不作处理。这种技术特别适用于工业锅炉的水处理(工业锅炉的给水一般只作软化处理) , 与常规的软化处理相比工艺系统相近,但运行费用可大幅降低, 在有氨源的企业特别适合,它是在原来的软化处理系统基础上进行改造, 具有投资省、改造工程量小的特点, 能使水质由软化水提质为浅除盐水。下面将对该项技术做详细介绍：1、浅除盐技术工艺特点(1) 浅除盐技术为局部脱盐工艺。所谓“浅除盐水”为: 处理后水质导电率为10100 s/cm (含盐量5 60mg/L ) ,比除盐水(含盐量在15 mg/L ) 稍差。除盐水的脱盐率为98% 左右, 浅除盐水为90% 95% ,浅除盐属于部分脱盐。(2) 出水具有一定的酸度。常用的浅除盐工艺为: 前置阳床(弱酸树脂) 阳床阴床(弱碱树脂) 除碳器浅除盐水箱。由此可见, 浅除盐只能除去水中的强酸性阴离子(SO42- 、Cl- 、NO3-) , 而水中的弱酸阴离子(HSiO3- 、HCO3- ) 则不变, 因此, 出水呈酸性, 这是由弱碱树脂的特性所决定的。(3) 工作交换容量高, 系统运行周期长。浅除盐使用交换容量高的弱酸树脂(前置阳床) 和弱碱树脂。制水时, 前置阳床处理碳酸盐硬度, 减轻了阳床负担, 阴床内为特种弱碱树脂, 这样能充分发挥弱型树脂交换容量高的优点, 使系统运行周期长, 水质稳定。(4) 强酸树脂的再生废液再生弱酸树脂, 再生比耗低, 废酸排放量少, 经济性好。前置阳床与阳床一同串联再生。再生时, 全部再生液首先通过阳床, 再进入前置床, 对阳床中的强酸树脂来说为过量再生(再生比耗215 310) , 再生度大大提高, 而整个阳床、前置床的比耗仅为110, 比较经济。同时, 废酸排放浓度低, 排放量少, 有利于防止环境污染和降低废液的处理成本。(5) 阴床一般采用低浓度氨水或化肥生产中的废碳铵液再生, 这对具有氨源的化肥生产企业比较适合, 可实现原料自给, 并可有效利用化肥生产过程产生的废碳铵液解决了废碳铵液出路及污染问题, 变废为宝, 经济效益、环保效益明显。(6) 系统简单、操作方便、运行可靠。2、应用浅除盐技术对原有软化水处理系统进行改造2. 1改造前的水处理(软化) 工艺流程图(见图1) 图1二级钠离子交换软化水处理工艺流程图工业水经氢离子交换器和、级钠离子交换器处理后, 软化水的硬度10g-N/L。软化水进入锅炉汽包后, 经蒸发浓缩使锅炉炉水的碱度增高, 增加了金属苛性脆化的可能性, 需增大排污率; 另外水中的Ca2+ 、Mg2+ 等金属离子由Na+ 取代, 软水中的阳离子主要是Na+ , 而阴离子如SO42- 、Cl- 等未处理, 使处理水中的总固形物比原水有所增加, 总含盐量有所增加。因而在蒸汽中溶解度较大的NaCl、Na2SO4 就成为蒸汽溶解携带的主要物质。携带量随压力的提高而增大, 形成了蒸汽污染导致蒸汽用户化肥系统触媒结块、活性降低, 管道堵塞和腐蚀。针对上述问题, 采用浅除盐水处理新技术, 以原有的软化水处理系统为基础进行改造, 成功地解决了水质差的问题,使给水由软化水提质为浅除盐水, 满足了工艺要求,并对系统再生排废酸的问题进行完善, 使给水成本大幅度降低。2. 2改造后的浅除盐水处理系统2. 2. 1图2 给出了改造后浅除盐系统工艺流程图。 经过上述系统有效处理, 水中的阳离子、阴离子(硅酸盐离子除外) 均得到有效处理, 出水的硬度5g-N/L 、电导率15 s/cm。2. 2. 2改造说明将原有系统的级钠离子交换器, 经防腐处理后改造成阴床, 内装徐州水处理研究所专利产品大孔型特种弱碱树脂, 四台阴床, 二开二备。阴床再生用合成氨分厂的废铵液作再生剂, 其氨浓度应保持1% (质量分数) 左右。脱碳器后置。按常规设计, 脱碳器应在阴床前, 但是阳床前加了前置阳床, 而工业水压力仅0. 2M Pa, 满足不了工艺要求, 因而将脱碳器放在联床后, 其原有的中间水箱与除盐水箱连通。阳床不作改动。增设前置床。将原有的三台级钠床拆除, 更新为三台52000 的阳床, 内装D113 大孔型弱酸树脂。阴床再生仍用硫酸再生。因为原有的阳床用2%的硫酸溶液再生, 其再生酸比耗2.5,即有60%的pH值在12之间的废酸排放, 造成很大浪费; 另外排出的废酸虽经中和池中的萤石处理, 但是仍达不到排放标准, 对排水管道设施造成严重腐蚀, 废酸水渗漏使排出线管网及周围多处地基下沉, 设备倾斜, 给公司生产造成很大的损失和许多不安全隐患。设置前置阳床后, 阳床再生后的废液经前置床再生吸收利用, 由于前置阳床内装的树脂的特性, 可以使排出废液接近中性, 达到不排酸, 既使阳床再生用的硫酸溶液得到充分利用, 又保证了前置阳床的再生, 提高了系统的经济性, 满足环保要求。2. 2. 3改造前后水质指标比较见表2。表2改造前后水质指标比较3应用中注意事项虽然浅除盐水处理技术在一些中小型氮肥厂得到推广, 但有些单位采用该技术后系统运行并不十分理想, 主要原因是没有很好掌握浅除盐技术的特点, 对浅除盐出水水质、应用范围认识不足。在实际应用中, 应重点注意以下几方面的问题。3.1浅除盐水处理出水呈酸性阳床酸性来水经弱碱阴床后, 水中的强酸阴离子被除去, 而H2CO3、H2SiO3不变, 再经除碳器除去大部分CO2 后,出水仍呈酸性。阴床出水pH值一般在5.0左右, 经脱碳(脱除二氧化碳)后, 出水pH 值在6.5左右, 这样的水腐蚀相当厉害, 无法单独使用。所以, 浅除盐系统必须采取在除碳器后加氨水或氢氧化钠来调节pH值, 保证浅除盐水pH 值在8.5 9.2范围, 满足锅炉及化工设备水质要求。3.2锅炉炉水pH值偏低浅除盐属局部除盐, 含盐量相对较高, 它含各种杂质, 特别是这种工艺硅化物基本不除, 除盐水中还可能有离子交换树脂的碎片等有机物。这些杂质进入锅炉后, 在炉内高温高压下分解形成无机强酸和低分子有机酸, 使炉水的pH 值下降。虽然浅除盐工艺采用加氨水来调节给水pH值, 保护供水管网, 但氨水是挥发性弱碱, 进入锅炉后, 氨受热又挥发到蒸汽中, 使炉水pH值下降。炉水pH值一般在8.5 9.0之间, 有的甚至更低。许多单位没有注意到采用浅除盐后炉水pH值的变化, 未采取有效措施, 造成锅炉酸性腐蚀。3.3蒸汽中硅含量的控制该技术不除硅。浅除盐水作为锅炉补水, 当锅炉浓缩倍率提高, 排污减少时, 炉水的含硅量也随着升高, 使蒸汽含硅量超标。所以, 必须通过试验, 确定合理的锅炉排污率, 控制炉水中硅含量在一定范围, 防止锅炉形成硅垢。当原水中硅含量较高且对水质要求高时, 要考虑进一步除硅。一般情况下, 该技术对中、低压锅炉, 特别是以供热为主, 冷凝液回收量少或不回收的工业锅炉都适用。3.4合理应用前置床水处理技术目前, 在浅除盐工艺中, 为减轻阳床负担, 提高周期产水量, 大部分设有前置阳床。前置阳床内树脂一般为D113 弱酸阳离子交换树脂, 这样可以发挥弱酸树脂工作交换容量大、易再生的优点, 但在使用中要注意以下几点。(1) 弱酸树脂只能除去碳酸盐, 不能除去非碳酸盐, 因此, 该工艺适宜于碳酸盐硬度高, 非碳酸盐硬度低的原水。一般认为, 碳酸盐硬度与总阳离子的比值大于0.5 时经济效益最好。实际使用中, 虽然不在这一范围, 但只要碳酸盐硬度200 m g/L (以CaCO3 计) , 效益也很好。(2) 弱酸树脂的再生用强酸树脂再生排出的酸再生, 因此, 对流再生和顺流再生的工作交换容量相差不大, 宜采用顺流串联再生, 这样使系统简单, 操作方便。3.5防止油污染树脂采用浅除盐技术的许多单位, 利用尿素生产过程中产生的废碳铵液作为阴床再生的再生液。但由于废碳铵液中杂质较多, 有油、铁的腐蚀产物、尿液等, 会对树脂造成污染。特别是油, 它会使树脂结块, 交换容量下降, 水质变差。实际应用中, 除对尿素生产工艺加强控制, 降低碳铵液中杂质外, 还需采取有效的除油措施。我公司利用粒焦对废碳铵液进行过滤处理, 处理后油含量可降至5mg/L以下, 除油率达70% 80%,同时, 还能去除碳铵液中一些铁的腐蚀产物, 好地满足了再生需要。3.6阴床