应用集成式污水净化技术改造含煤废水处理系统.pdf

2006 10 中国 青岛 火力发电节水技术研讨会 1 应用集成式污水净化技术改造含煤废水处理系统应用集成式污水净化技术改造含煤废水处理系统 杨秀伟杨秀伟 国华电力技术研究国华电力技术研究 北京北京 100016 摘摘 要 要 含煤废水主要是输煤廊道 制粉系统和煤场冲洗水 水的色度大 悬浮物含量高 传统处 理多数采用重力沉降 化学混凝 过滤的处理工艺过程 存在着工艺流程长 操作复杂 处理效果 不稳定 投资偏高等缺点 本文从技术应用 设备结构 处理机理 运行管理等方面对应用集成式 一体化污水净化技术对传统式含煤废水处理系统改造项目进行了详细的论述 关键词 关键词 含煤废水 净化处理 反应机理 节水降耗 运行管理 1 集成式污水净化技术集成式污水净化技术 1 1 技术采用的必要性技术采用的必要性 传统的含煤废水处理系统处理方法简单 处理效果不稳定 悬浮物超标后导致废水总排水超标 出水品质低下 无法回用 既造成环境污染 又浪费水资源 国华电力公司三河电厂和盘山电厂都 地处在华北平原北京周边地区 水资源严重短缺且污染严重 由于地表水的缺乏 三河电厂一期工 程工业补给水源全部开采奥陶纪岩溶地下水 该水源是难以补充的深层地下水资源 过度的开采浪 费 将会给环境造成难以恢复的破坏从而制约城市和企业的可持续发展 盘山电厂纲要补给水也是 采用珍贵的水库资源 专业人员在对考察国内含煤废水进行深度处理的各种技术后 确定采用集成 式煤水净化新技术对两厂的含煤废水进行深度处理后回用 既保护环境实现可持续发展 同时也能 节约用水 降低发电成本 带来可观的济效益 1 2 含煤废水特点含煤废水特点 含煤废水的主要来源是输煤冲洗水 SS浓度一般为2000 5000 mg L SS的大部分粒径0 1mm 主要污染物是以无机组分为主的煤泥 其中SiO2约占50 60 Fe2O3约占3 5 Al2O3约占20 27 CaO约占0 2 0 4 MgO约占0 8 1 2 三河电厂和盘山电厂燃煤主要以神华混煤为主 煤 泥的比重一般为1 5 1 6g cm3 传统处理工艺中含煤废水进入一级沉淀池经数小时将大颗粒的沉煤沉降后 进入二级沉淀池 进入二级沉淀池的煤水 SS 粒径大部分在 0 01mm 以下 SS 浓度在 1000mg L 左右 由于 SS 粒径小 同时水中存在胶状物质 单靠自然沉降无法净化 所以 容易造成悬浮物超标 而且处理后排水品 质低下无法回用 因而需要采用集成式污水净化系统使煤水得到彻底净化后回用 1 3 集成式煤水净化装置集成式煤水净化装置 集成式污水净化装置 是将物理 化学的处理方法融为一体 通过直流混凝 微絮凝 旋流离 心分离 悬浮过滤 污泥浓缩干化等工艺 使含煤水得到多级净化后 因为是多种净化处理技术集 成 多项净化功能在同一个反应器内 25 28 分钟 快速完成 有效地去除污水中的悬浮物 COD 色度 磷以及各种重金属离子等 代替了传统混凝 斜管沉淀 过滤工艺的反应池 沉淀池 过滤 器等多种设备 减少了占地面积 同时也方便了设备管理和自动控制 由于采用动态过滤新技术 使滤料不易堵塞 吸附的悬浮微粒易脱落 因此反冲洗周期长 净化装置底部的污泥浓缩区 在离 心力和重力作用下污泥压缩沉淀 污泥浓度高 含水率较低 排泥实现自动定时干化排放 净化器为钢制结构 净化器顶盖为椭圆体 中部为圆柱体 下部为倒圆锥体 整体由四条支腿 2006 10 中国 青岛 火力发电节水技术研讨会 2 支撑 从下而上分别设计为污泥浓缩区 下漩流反应室 上漩流反应室 悬浮过滤区 清水及反冲 洗区 净化器底部设计有排泥口 可根据进水悬浮物浓度设计自动连续或间断排泥 净化器中部圆 柱体设计有进水口 中部圆柱体设计为双柱形 即分为内圆柱体和外圆柱体 内圆柱体上部设计为 沿切线方向的进水口 污水在一定的压力作用下高速沿内桶壁切线方向进入 作下漩流运动 使固 液快速离心分离 内外圆柱体之间设计上漩流净化反应区 在外圆柱体上部设计悬浮过滤区 采用 多级配 EPS 发泡沫料滤珠 使污水通过过滤进一步净化 过滤区上层为清水区兼作反冲洗区 反冲 洗通过截头圆锥反射板使冲洗水均匀分布 净化器顶部设计有清水排放口 反冲洗进水口 排气口 和检修人孔 2 集成式煤水净化装置处理机理集成式煤水净化装置处理机理 2 1 直流混凝和微絮凝直流混凝和微絮凝 煤水在净化过程中投加无机铝盐为混凝剂和有机高分子吸附剂为助凝剂 无机铝盐通过电离 水解 高分子缩聚反应 生成多荷羟基络合物 多荷羟基络合物是线性结构带有高电荷的高分子聚 合产物 它对水中的胶体微粒既可起着压缩扩散层作用 通过添加高分子吸附剂的助凝剂又可起着 吸附架桥作用 通过压缩双电层 吸附电中和 吸附架桥 沉淀和网捕等混凝机理作用 不断增长 形成较大的网状絮凝团 在重力和离心力作用下逐渐下沉 其化学机理反应如下 电离 Al2 SO4 3 2Al3 3SO42 Al3 是属于高价反离子 它对胶体的扩散层有着强烈的压缩作用 水解 Al3 H2O Al OH 2 H Al OH 2 H2O Al OH 2 H 在Al2 SO4 3投加到足够量的情况下 Al OH 2 便自相凝聚成絮状沉淀物 它在沉降过程中 对悬浮在水中的微粒起到网捕作用 缩聚 Al3 的初级水解产物Al OH 2 和 Al OH 2 中的羟基OH 具有桥键性质 通过桥键作用水解 产物之间可发生缩聚反应 nAl OH 2 OH Al OH n n OH OH 这种缩聚产物是线性结构带有高电荷的高分子聚合产物 它对水中的胶体微粒既可起着压缩扩 散层作用 又可起着吸附架桥作用 2 2 上 下漩流离心分离上 下漩流离心分离 煤水在一定的压力作用下 一般设计为 0 2 0 25Mpa 从内圆柱体上部沿切线方向高速进入净 化器下漩流反应室 作下螺旋运动 产生离心力 污水中形成的微絮体迅速变大 在离心力和自身 重力作用下 迅速被甩向器壁 并随下漩流作用沿桶壁下滑至锥形泥斗区 污水完成一级净化 污 水完成一级净化在向下作螺旋运动到一定程度后 在压力的作用下又沿着内外桶壁间形成上螺旋运 动 污水在离心力的作用下 继续完成固液分离 絮凝体又被甩向外筒壁 下滑至污泥区 使废水 完成二级净化 离心力与颗粒物质量 污水质量 旋转速度及旋转半径及重力间的关系式为 C M MO V2 R V 2 r n 60 P M MO g 2006 10 中国 青岛 火力发电节水技术研讨会 3 C P Rn2 900 式 中 M 颗粒质量 kg MO 污水质量 kg C 离心力 V 旋转圆周线速度 m s R 旋转半径 m 式 中 n 转速 r min 式 中 P 在重力场中 颗粒所受重力 kgf g 重力加速度 9 81m s2 式 中 分离因数 从式 中可知 离心力与旋转半径成反比 与旋转线速度的平方成正比 与颗粒质量成正比 颗粒质量越大 旋转线速度越快 旋转半径越小 则离心力越大 分离效果好 但对于胶体颗粒形 成的絮凝体颗粒比较松散 旋转速度过快 絮体则易破碎 质量减小 分离效果变差 污水净化效 果也差 而旋转半径过小 处理能力小 不利于工业化使用 因此离心分离工程中 必须兼顾选择 适当的旋转线速度 旋转半径 确保离心力大于重力 尽量增大分离因数 提高分离能力和净化效 果 2 3 悬浮过滤悬浮过滤 污水经二级净化后 污水中尚有少量絮体未能分离 因此设计过滤区 过滤区承托层采用不锈 钢滤网 滤料选用多级配的EPS发泡塑料滤珠 粒径 0 8 1 2mm 堆积密度为 80 100g cm3 空隙率 0 4 0 5 比表面积为 650 850m2 m3 滤料悬浮于水中 滤速为 8 15m h 悬浮滤料借助于上漩流 运动在离心力作用下实行动态过滤 污水中小絮体加快了布朗运动与滤料颗粒间的碰撞 使具有一 定质量的小絮体沿水流切线方向抛至滤料下层表面 同时在化学键 范德华力 絮凝的作用下产生 聚结 并被甩向器壁下滑至上漩流反应区 作为接触介质加速沉降和分离 借助于离心力的作用 悬浮滤料颗粒间增加了碰撞和摩擦力 使粘附于表面的杂质易剥离 因此滤料不易堵塞 反冲洗周 期长 滤料上层设计一定数量的半球形排水滤头 ABS材质 安装在承托钢板上 2 4 污泥浓缩污泥浓缩 在净化器下端设计锥形污泥斗 锥斗角度为 55 60 污泥斗中上部有一浑液面 污泥浓度为 1 3 在聚合力作用下 颗粒群体结合成一整体 各自保持相对不变的位置呈层状沉降 在污泥斗 中下部 污泥浓度相对较高 颗粒间距离小 颗粒相互接触 相互支撑 在净化器内水压力及上层 颗粒重力 离心力和结构变形的作用下 颗粒间的孔隙水不断被挤出界面 颗粒浓度不断提高并被 浓缩压密完成压缩沉淀 最终污泥从排污口排出 其浓度可达 6 12 污泥浓缩及排放计算公式 a 锥形污泥斗容积计算公式 式中 V1 锥形泥斗容积 m3 V1 3 h R12 R22 R1R2 H 锥形斗高度 m R1 锥形斗顶部半径 m 即净化器半径 R2 锥形斗底部排泥口半径 m b 单位时间污泥产生量计算公式 G 106 S1 S2 V2 Q 2006 10 中国 青岛 火力发电节水技术研讨会 4 式中 V2 单位时间污泥产生量 m3 h Q 单位时间处理污水量 m3 h S1 进水悬浮物浓度 mg L S2 净化后出水悬浮浓度 mg L 污泥容重 T m3 一般取值 1 05 1 15 G 污泥浓度 一般取值 0 06 0 10 c 排泥间隔时间计算公式 式中 T 排泥间隔时间 小时 K 污泥斗临界排泥参数 取值 0 8 0 85 3 集成式煤水净化装置工艺流程集成式煤水净化装置工艺流程 含煤废水收集后进入沉池 经过初一级一级沉煤池及二级沉煤池沉淀后 废水用泵输送到集成 式污水净化器 输送过程中分别投加无机混凝剂和有机复合絮凝剂 药剂与污水充分混合后通过切 线方向进入净化器 产生漩流式上升 首先较大颗粒悬浮物靠自身重力沿罐壁下沉到污泥浓缩区 细小颗粒悬浮物通过混凝和絮凝作用又凝聚成较大颗粒悬浮物 经旋流产生固液分离 大部分悬浮 物下沉至污泥浓缩区 尚有少量细颗粒悬浮物随着旋流上升至动态过滤区 经悬浮滤料层吸附截留 同时使水净化上升至清水区 再通过顶部出水管自流入外排管 集成式煤水净化器底部煤泥及反洗污水均排入污泥池 通过煤泥泵输送到煤泥脱水机压滤处理 后运至煤场 一级沉淀池内煤定期通过抓斗清至煤场 含煤废水处理工艺流程框图含煤废水处理工艺流程框图 集成式煤水净化是一个快速净化过程 混凝反应的时间一般在 5 20 秒内完成 絮凝时间一般在 4 6 秒即可完成 根据这一原理 一体化煤水净化器不设混凝反应池 在泵后投加混凝剂通过管道混 合器混合 在直流管道的临界凝聚点再计量投加助凝剂 借助管道及水流作用快速完成微絮凝 一 般控制在 4 6 秒范围内 时间过长 絮凝体变大 当污水高速进入下漩流反应区时 势必被水流的 剪切力所裂碎 造成胶体絮体重新成分散稳定状态 4 集成式煤水净化装置的运行集成式煤水净化装置的运行 4 1 运行特点运行特点 4 1 1采用高新集成技术实现煤水的多级净化 净化效果很好 SS去除率 99 出水SS稳定 12 mg l 达到回用要求 排泥 反冲洗 泵 含煤废水 沉煤池 管 道 混合器 混凝剂 助凝剂 煤 水 净化器 煤泥池 回用 管 道 混合器 泵 煤泥脱水机 干煤泥至煤 泵前池 沉煤至煤场 V KV1 T 2 2006 10 中国 青岛 火力发电节水技术研讨会 5 4 1 2 集成式污水净化工艺流程短 多级净化一次完成 克服传统工艺复杂工艺链 污水净化实现 在线监测和自动化控制 4 1 3 煤泥浓缩效果好 排放煤泥浓度高 煤泥排放量比传统工艺减少 4 5 倍 4 2 运行管理运行管理 4 2 1 净化器反冲洗周期长 反冲洗时要比输煤系统正常冲洗时需要水量大很多 所有在回用水系统 设计配备变频泵和工频泵 正常冲洗用水时只启动变频泵 净化器反冲洗时变频泵和工频泵同时启 动 既节能又保证冲洗效果 4 2 2 净化药剂有絮凝剂和助凝剂两种 助凝剂一般选用聚丙稀酰胺 由于聚丙稀酰胺难溶 溶解效 果不好时药液中有未溶团块 堵塞 Y 形过滤器 影响出水质量 所以