水的预处理培训

第一章锅炉补给水的预处理 天然水体中常含有泥砂 粘土 腐殖质等悬浮物和胶体杂质及细菌 真菌 藻类 病毒等 它们在水中具有一定的稳定性 是造成水体混浊 颜色和异味的主要原因 除去这些杂质的混凝 澄清和过滤等工艺被称为水的预处理 预处理是锅炉补给水处理工艺流程中的一个重要环节 不首先除去这些杂质 后续除盐处理将无法进行 第一章锅炉补给水的预处理 第一节混凝澄清处理第二节常用混凝澄清设备概述第三节水的过滤处理第四节常用过滤设备第五节超 微 滤第六节水的吸附和杀菌消毒处理第七节预处理系统的选择 第一章锅炉补给水的预处理 第一节混凝澄清处理投加化学药剂 混凝剂 使得胶体分散体系脱稳和凝聚的过程称为化学混凝 在混凝过程中 含有微小悬浮微粒和胶体杂质被聚集成较大的固体颗粒 使颗粒性的杂质与水分离的过程 称为混凝澄清处理 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理 1混凝澄清处理的机理1 1胶体的稳定性和 电位胶体在水溶液中能持久地保持其悬浮的分散状态的特性叫做稳定性 使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳 当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时 剪切面 滑动面 上的电位 称之为 电位 若 电位愈大 则胶体就愈稳定 若 电位等于零 胶体不带电荷 这时胶体极不稳定 易于彼此聚合成大块而沉降 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理 1 2胶体的脱稳 凝聚和絮凝改变胶体颗粒的某些特性 使之失去稳定性称之为胶体的脱稳 在布朗运动的作用下 相互凝聚成细小絮凝物的反应过程称为凝聚 细小絮凝物在范德华引力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下 相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝 向水中投加混凝剂后 经过混合 凝聚 絮凝等综合作用 可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物 凝聚和絮凝的全过程称为混凝 1 胶体的脱稳凝聚 2 絮凝和絮凝物 矾花 的形成 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理2常用的混凝药剂简介 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理2常用的混凝药剂简介 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理2常用的混凝药剂简介 铁盐与铝盐相比 铁盐生成的絮凝物密度大 沉降速度快 pH适应范围宽 混凝效果受温度的影响比铝盐小 但投加铁盐时要注意 设备运行不正常时 带出的铁离子会使出水带色 并可能污染后续除盐设备 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理2常用的混凝药剂简介 当由于原水水质等方面的问题 单独采用混凝剂不能取得良好的效果时 需要投加一些辅助药剂来提高混凝处理效果 这种辅助药剂称为助凝剂 助凝剂分无机类和有机类 在无机类的助凝剂中 有的用来调整混凝过程中的pH值 有的用来增加絮凝物的密度和牢固性 典型的无机助凝剂有氧化钙 水玻璃 膨润土 有机类的助凝剂大都是水溶性的聚合物 分子呈链状或树枝状 其主要作用有 离子性作用 即利用离子性基团进行电性中和 起絮凝作用 利用高分子聚合物的链状结构 借助吸附架桥起凝聚作用 典型的有机助凝剂有聚甲基丙烯酸钠 聚丙烯酰胺 PAM 等 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理3混凝澄清处理的主要影响因素 3 1水温水温对混凝处理效果有明显影响 因高价金属盐类的混凝剂 其水解反应是吸热反应 水温低时 混凝剂水解比较困难 不利于胶体的脱稳 所形成的絮凝物结构疏松 含水量多 颗粒细小 另外水温低时 水的黏度大 水流剪切力大 絮凝物不易长大 沉降速度慢 在电厂水处理中 为了提高混凝处理效果 常常采用生水加热器对来水进行加热 也可增加投药量来改善混凝处理效果 采用铝盐混凝剂时 水温20 30 比较适宜 相比之下 铁盐混凝剂受温度的影响较小 针对低温水处理效果较好 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理3混凝澄清处理的主要影响因素 3 2水的pH值和碱度混凝剂的水解过程是一个不断放出H 离子的过程 会改变水的pH值和碱度 反过来 原水的pH值和碱度直接影响到混凝剂不同形态的水解中间产物 从而影响絮凝反应的效果 各种混凝剂都有一定的pH适应范围 见表1 1 尽管水的pH值和碱度对混凝效果影响较大 但在天然水体的混凝处理中 却很少有投加碱性或酸性药剂调节pH值 这主要是因为大多数天然水体都接近于中性 投加酸 碱性物质会给后续处理增加负担 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理3混凝澄清处理的主要影响因素 3 3接触介质在进行混凝处理或混凝 石灰沉淀处理时 如果在水中保持一定数量的泥渣层 可明显提高混凝处理的效果 在这里泥渣起接触介质的作用 即在其表面上起着吸附 催化以及泥渣颗粒作为结晶核心等作用 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理3混凝澄清处理的主要影响因素 3 4水的浊度原水浊度小于50FTU时 浊度越低越难处理 当原水浊度小于20FTU时 为了保证混凝效果 通常采用加入粘土增浊 泥渣循环 加入絮凝剂助凝等方法 当原水浊度过高 如大于3000FTU 则因为需要频繁排渣而影响澄清池的出力和稳定性 我国所用地表水大多属于中低浊度水 少数高浊度原水经预沉淀后亦属于中等浊度水 第一章锅炉补给水的预处理第一节混凝澄清处理3混凝澄清处理的主要影响因素 3 5混凝剂剂量混凝剂剂量是影响混凝效果的重要因素 当加药量不足 尚未起到使胶体脱稳 凝聚的作用 出水浊度较高 当加药量过大 会生成大量难溶的氢氧化物絮状沉淀 通过吸附 网捕等作用 会使出水浊度大大降低 但经济性不好 对于不同的原水水质 需通过烧杯试验确定最佳混凝剂剂量 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述1混合设备 混合设备的作用是 使药剂迅速 均匀地分散到水流中 并形成的带电粒子并与原水中的胶体颗粒及其它悬浮颗粒充分接触 形成许多微小的絮凝物 又称小矾花 为了增加颗粒间的碰撞 通常要求水处于湍流状态 并在2min以内形成絮凝物 为使水流产生湍流可利用水力或机械设备来完成 混合设备种类很多 分管道混合 水泵混合 水力混合和机械混合等 其中管道混合 水泵混合常用于直流凝聚 直流凝聚是在过滤设备之前投加混凝剂 原水和混凝剂经混合设备充分混合后直接进入过滤设备 经过滤层的接触混凝作用就能较彻底地去除悬浮物 直流凝聚处理通常用于低浊水的处理 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述1混合设备 1 1管道式混合管道式混合是将配制好的药液直接加到混凝沉降设备或絮凝池的管道中 因为它具有不需另设混合设备和布置简单等优点 所以应用较多 为使药剂能与水迅速混合 加药管应伸入水管中部 伸入距离一般为水管直径的1 3 1 4 另外 为了混合均匀 通常规定管道式混合投药点至水管末端出口的距离不小于50倍的水管直径 而且管道内的水速宜维持在1 5 2 0m s 加药后水在沿途水头损失不应小于0 3 0 4m 否则应在管道上装设节流孔板 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述1混合设备 1 2水泵式混合水泵式混合是一种机械混合 它是将药剂加至水泵吸水管中或吸水喇叭口处 利用水泵叶轮高速旋转产生的局部涡流 使水和药剂快速混合 它不仅混合效果好 而且不需另外的机械设备 也是目前经常采用的一种混合方式 管道式混合与水泵式混合都常用于靠近沉降澄清设备的场合 如果距离太长 容易在管道内形成絮凝物 导致在管道内沉积而堵塞管路 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述1混合设备 1 3涡流式混合 主要原理是将药剂加至水流的漩涡区 利用激烈旋转的水流达到药剂与水的均匀快速混合 近些年来 人们研究了各种型式的 静态混合器 并得到广泛的应用 这种混合装置呈管状 接在进水的管路上 管内按设计要求装设若干个固定混合单元 每一个单元由2 3块挡板按一定角度交叉组合而成 形式多种多样 图1 2给出了一种单元的示意结构 当水流通过这些混合单元时被多次分割和转向 达到快速混合的目的 它有结构简单 安装方便等优点 图1 2静态混合器示意图 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述1混合设备 图1 2静态混合器示意图 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述1混合设备 1 4机械混合机械混合是利用电动机驱动螺旋器或浆板进行强烈混合 通常在10s 30s以内完成 一般认为螺旋器的效果比浆板好 因为浆板容易使整个水流随浆板一起转动 混和效果较差 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 图1 3机械搅拌澄清池示意图1 进水管 2 环形进水槽 3 第一反应室 4 第二反应室 5 导流室 6 分离室 7 集水槽 8 泥渣浓缩室 9 加药管 10 搅拌叶轮 11 导流板 12 伞形板 2 1机械搅拌澄清池 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 机械搅拌澄清池是一种泥渣循环型澄清池 池体由第一反应室 第二反应室和分离室三部分组成 这种澄清池的工作特点是利用机械搅拌叶轮的提升作用来完成泥渣的回流和接触絮凝 原水由进水管进入环形三角配水槽内混合均匀 然后由槽底配水孔流入第一反应室 在此与分离室回流泥渣混合 混合后的水再经叶轮提升至第二反应室继续反应以形成较大的絮粒 第二反应室设有导流板 以消除因叶轮提升作用所造成的水流旋转 使水流平稳地经导流室流入分离室沉降分离 分离区的上部为清水区 清水向上流入集水槽和出水管 分离室的下部为悬浮泥渣层 少部分排入泥渣浓缩器 浓缩至一定浓度后排出池外 混凝剂一般加在进水管中 絮凝剂加在第一反应室 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 2 2水力循环澄清池 1 混合室 2 喷嘴 3 喉管 4 第一反应室 5 第二反应室 6 分离室 7 环形集水槽 8 穿孔集水管 9 污泥斗 10 伞形罩 11 进水管 12 排泥管 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 2 3澄清池的运行管理 运行前的准备工作a检查池内设备的空池运行情况 b进行原水的烧杯试验 取得最佳混凝剂和最佳投药量 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 启动运行a 尽快达到所需泥渣浓度 使进水量为设计出水量的1 2 2 3 适当加大投药量 约正常计量的1 2倍 减小第一反应室的提升水量 b 在泥渣形成过程中 逐步提高泥渣回流量 c 在形成泥渣过程中 应定期取样测定池内各部位的泥渣沉降比 若第一反应室和池底部泥渣沉降比逐步提高 通常泥渣层在2 3h后即可形成 可逐步减少加药量 若发现泥渣比较松散 絮凝体较小或原水水温和浊度较低 可适当向池内投加粘土促使泥渣层尽快形成 d 当泥渣层形成后 出水浊度应达到设计要求 将加药量减至正常值 然后逐渐加大进水量 每次增加水量不超过额定水量的20 间隔不得低于1h e 当泥渣面达到规定高度时 应进行排泥 使泥渣层高度稳定 为使泥渣保持最佳活性 一般控制第二反应室泥渣沉降比在5min内控制10 20 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 3 正常运行a澄清池应保持稳定的加药量和合格的出水质量 应每隔2 4h记录一次进水流量 压力 测定一次进 出水浊度 pH值及各部位泥渣沉降比 b澄清池的负荷应稳定 不宜大幅度波动 c进入澄清池的水应无空气 以避免由于空气的扰动而影响澄清池的出水质量 d当澄清池需要提高 或降低 负荷运行时 每次增加水量不超过额定水量的20 间隔不得低于0 5h e澄清排泥一般每天排放1 2次 排泥时间不宜过长 以免活性泥渣排出太多 影响澄清池的正常运行 f当澄清池停运8 24h重新启动时 因泥渣处于压实状态 所以应先从底部排出少量泥渣 并控制较大的进水量和加药量 使底部泥渣松动 活化后 然后调整出力至设计值2 3左右运行 待出水水质稳定后 再逐渐降低加药量 加大进水负荷至正常进水量运行 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述2泥渣循环型澄清池 4 运行中的故障处理a当清水区出现细小絮凝体 出水水质浑浊 第一反应室絮凝体细小 反应室泥渣浓度变小时 都可能是由于加药量不足或原水浊度太低造成的 应随时调整加药量或投加助凝剂 b当分离室泥渣层逐渐上升 出水水质变坏 反应室泥渣浓度增高 泥渣沉降比达到25 以上 或泥渣斗的沉降比超过80 以上时 都可能是由于排泥量不足 应缩短排泥周期 加大排泥量 c清水区出现絮凝体明显上升 甚至出现翻池现象 可能有以下几种原因 日光强烈照晒 造成池水对流 进水量超过设计值或配水不均匀造成偏流 投药中断或排泥不适 进水温度突然上升 应需要根据不同原因进行调整 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述3气浮澄清池 用于生活污水处理 3 1气浮澄清池机理及工艺过程气浮澄清池的运行原理是以微小气泡作为载体 粘附水中的杂质颗粒 使其视密度小于水 然后颗粒被气泡携带浮升至水面并与水分离去除的方法 常用的气浮澄清池采用的是部分回流加压溶气气浮法 设备结构紧凑 将接触室和分离室设计为一个整体水流衔接更为合理 设计回流比控制在20 30 之间 其附属设施包括气浮反应罐 压力溶气罐和溶气水泵 第一章锅炉补给水的预处理第二节常用混凝澄清设备概述3气浮澄清池 用于生活污水处理 1 接触室 2 分离室 3 进水管 4 溶气释放器 5 集水装置 6 集水1 接触室 2 分离室 3 进水管 4 溶气释放器 5 集水装置 6 集水斗 气浮式澄清池示意图 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理 水经过澄清处理后 其浊度仍然比较高 通常在10 20mg L 这种水还不能直接送入后续除盐系统 而需要进一步降低水中浊度 最有效的方法就是过滤处理 水的过滤是一种去除水中悬浮颗粒状杂质的操作过程 过滤不仅可以降低水的浊度 而且还可以除去水中的部分有机物 细菌甚至病毒 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理1过滤的基本概念 过滤是杂质脱离流线在滤料颗粒表面被截流 大颗粒 被吸附 小颗粒或带电粒子 的过程 用于过滤的材料称为滤料或过滤介质 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土构筑物称为滤池 装填粒状滤料的钢制设备称为过滤器 运行时相对压力大于零的过滤器称为压力式机械过滤器 悬浮杂质在滤床表面截留的过滤称为表面过滤 在滤床内部截留的过滤称为深层过滤或滤床过滤 水通过滤床的空塔流速简称滤速 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理2过滤工艺的类型 过滤池 器 按水流方向分 有下向流 上向流 双向流等 按构成滤池 器 中填充滤料的种类分有单层滤料 双层滤料和三层滤料滤池 按阀门分有单阀滤池 双阀滤池 无阀滤池等 过滤设备通常位于澄清池或沉淀池之后 过滤浊度一般在15mg L以下 滤出浊度一般在2mg L以下 当原水浊度低于150mg L时 也可以采用原水直接过滤或接触混凝过滤 有的地下水 虽然浊度较低 一般在5mg L以下 但为了除去铁和锰等金属化合物 常用接触混凝或者锰砂过滤 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理2过滤工艺的类型 按进水水质分类直接过滤 原水不经过混凝澄清而直接通过滤池 器 这种过滤形式只能除去水中较粗的悬浮杂质 对于胶体状态的杂质去除能力低 适用于原水常年浊度低 对胶体杂质的去除要求不高的情况 混凝澄清过滤 原水经混凝处理后 絮凝物主要在澄清设备中除去 滤池 器 进水中只含微量絮凝物 在澄清良好时 滤池 器 进水是近乎恒定的低浊度水 过滤速度一般为5 20m h 适用于各种水源 凝聚过滤 接触凝聚 原水经过滤料层前 向水中投加混凝剂 有时同时投加絮凝剂 使水中胶体脱稳凝聚形成初始矾花 水进入滤料层前的凝聚反应时间一般为5 15min 这种过滤形式的特点是省去了专门的混凝澄清设备 混凝剂投加量少 适用于常年原水浊度小于50mg L 有机物含量中等以下的水源和地下水除铁 锰 胶体硅 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理2过滤工艺的类型 按水流方向分类下向流过滤 运行时进水自上而下通过滤料层 清洗时冲洗水向上通过滤料层 因为反冲洗时的水力筛分作用 这种形式的滤池 器 的滤料层是由小到大自上而下排列的 这是一种最常见的工艺型式 其优点是设备结构简单 运行管理方便 缺点是单层滤料时过滤周期较短 滤料层的截污能力不能得到充分利用 上向流过滤 运行时进水自下而上经过滤层 清洗时冲洗水和空气也是自下而上 这种滤料层粒度分布是由小到大自上而下排列的 运行时进水先通过较粗的滤料 因而阻力小 运行周期长 滤料层的截污能力高 缺点是运行流速必须严格控制在滤料层膨胀流速以下 并要求滤速稳定 因而对运行管理要求严格 双向流过滤 对流 这种滤池 器 同时采用向下和向上流的过滤方式 过滤水从滤层中部引出 因而相当于两个并列的滤池 器 出水量相当于单向流滤池 器 的2倍 反洗时冲洗水和空气自下而上 要求反洗后的滤料层粒度分布均匀 避免细滤料集中于滤层上部致使上下部配水不均 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理2过滤工艺的类型 按滤层结构过滤单层非均质过滤 同下向流过滤单层均质过滤 在整个滤层深度内滤料粒径分布是均匀的 这种过滤工艺在反冲洗时增加了滤料混合过程 常用压缩空气 和不使滤层膨胀的漂洗过程 而使反冲洗后的滤料层粒度分布均匀 所谓变空隙或变粒度过滤就属于这种类型 运行时杂质可渗入滤层深部 水流阻力小 过滤周期较长 多层过滤 采用不同材质的滤料组成双层或三层滤料层 极少用三层以上 密度较小的滤料在上层 密度较大的滤料在下层 双层滤料一般采用无烟煤和石英砂 三层滤料一般采用无烟煤 石英砂和磁铁矿砂 反冲洗时因为滤料密度不同而自动分层 这种过滤方式具有截污能力大 过滤周期长 出水水质好 允许采用较高的滤速等优点 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理3滤料的种类 作为滤料的材料 必须是满足下列要求的固体颗粒 a有足够的机械强度 以减轻在运行和冲洗过程中因摩擦而磨损 破碎的程度 b具有足够的化学稳定性 在过滤过程中极少的发生溶解现象 c外形接近于球状 表面粗糙而有棱角 d价格便宜 满足上述要求可用作滤料的有 天然砂 人工破碎的石英砂 无烟煤 磁铁矿砂 石榴石 大理石 白云石 花岗石等 其中石英砂 无烟煤和磁铁矿砂较为常用 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 过滤运行呈循环状态 是由反洗 正洗 过滤组成的周而复始的过程 当颗粒状滤料工作到滤层中截留有较多量泥渣时 为了恢复其过滤能力 需要将滤层进行反冲洗 如果冲洗不当 会使滤池的水头损失加快 过滤周期缩短 正洗是在反冲操作之后 将按水的过滤方向通水 将不合格的出水排走 待正洗完成后 即可重新投入运行 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 4 1滤池的反冲洗 1 反冲洗周期滤池的反洗周期与过滤速度 滤层厚度 滤料粒径 进水品质 要求的出水品质等因素有关 在运行中一般以下列指标来决定反冲洗频率 a滤池的水头损失 出水浊度达到预定的极限值 b滤池的运行时间达到一定值 这种定时冲洗方法一般只使用于进水品质较稳定 滤池 滤速稳定或定水头降速过滤的场合 c当滤池出水量达到一定值时 这种定量冲洗方法一般只适用进水品质较稳定的场合 按照最优设计的滤池 运行时的水头损失和出水浊度应该几乎同时达到极限值 但一般设计大多是水头损失先达到 因此以水头损失决定冲洗频率的较多 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 2 滤池的反洗强度过滤设备反洗时 利用水的动力使滤层松动 滤料间高速水流产生的剪切力使滤料颗粒相互碰撞 摩擦 将粘在滤料颗粒表面的泥渣剥离下来 为了保证良好的反洗效果 滤料的膨胀度和冲洗强度应保持适当 冲洗强度过小时 下部滤层浮不起来 冲洗强度过大时 滤料之间碰撞机率减小 细小滤料也易流失 一般来讲 石英砂的反洗强度为15 18L m2 s 无烟煤的反洗强度为10 12L m2 s 反洗膨胀率为50 反洗时间为5 10min 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 3 冲洗方法滤池的冲洗方法主要有水冲洗 辅以空气擦洗的水冲洗 带表面冲洗的水冲洗 水冲洗 从滤池底部通过滤层使滤层流化 凭借水力冲刷作用和滤料的相互摩擦使吸附在滤料上的杂质脱落 随冲洗水带出 这种冲洗方式必须要有一定的冲洗流速 使滤层的膨胀率至少达到15 最佳膨胀率为45 左右 辅以空气擦洗的水冲洗 冲洗滤池时 将压缩空气从滤池底部进入 借助空气的搅动将滤料层冲成流化状态 这样可提高冲洗频率 减少冲洗水量 缩短冲洗时间 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 带表面冲洗的水冲洗 这是一种利用高速水流对表层滤料进行强烈搅拌来提高冲洗效果的冲洗方式 在下列情况下一般可采用表面冲洗 a多层滤料滤池和截污能力强 杂质穿透深 只用水冲洗不易冲洗干净时 b水源受有机物污染 滤层结块或形成纵向沟道 滤池不能正常工作时 c采用高分子物质作为助凝剂 助滤剂时 d为提高滤池工作效率 延长过滤周期 减少冲洗水量时也可采用表面辅助冲洗 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 4 2过滤运行1 过滤效果 通常由两个方面来评价 一是出水水质 也就是水中残留悬浮物的多少 二是滤层的截污能力 滤层的截污能力又称泥渣容量 是指每1m3滤料所能除去泥渣的质量 它与下列因素有关 a滤料粒径 滤料粒径大 形成的滤孔通道体积大 截污能力也大同时滤料粒径大 悬浮物也易于渗透到滤层深处 使截污能力相应增大 如果滤料粒径过大 水中的悬浮物颗粒易产生穿透 从而影响出水浊度 b处理方式 过滤水中的杂质随处理方式不同 其被截留的能力也不同 据测试 当滤料粒径为0 5 1 0mm时 未经处理的水 其截污能力为0 5 1 0kg m3 经石灰处理的水 其截污能力为1 5 2 0kg m3 对于混凝处理的水为2 5 3 0kg m3 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 2 滤速滤池的滤速不宜过快或过慢 滤速过慢则单位过滤面积出水量小 为了达到一定的制水量则必须增大过滤面积 这不仅需要增加投资 而且会使设备过多而系统复杂 滤速太快会使出水质量下降 运行时水头阻力增加过快 过滤周期变短 一般最大滤速与滤料的粒径 出水中允许悬浮物含量 混凝处理方式等有关 滤料粒径小 出水允许悬浮物含量小 则允许的滤速就小 在过滤经过混凝和澄清处理后的水时其滤速可设定为10 12m h 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 3 滤料级配A 单层滤料单层滤料经反洗后 由于水力筛分的作用 滤层颗粒成 上小下大 排列 上层砂最细 吸附表面积也最大 当水自上而下进入滤层时 水中部分悬浮物由于吸附和机械阻留作用 被滤层表面截留下来 此时悬浮物之间会发生彼此重复和架桥等作用 所以运行一段时间后 会在滤层表面形成一层由悬浮物构成的 滤膜 在以后的过滤作用中 这层滤膜起了主要的过滤作用 也就是通常所说的 薄膜过滤 薄膜过滤 的设备运行周期短 制水量少 由于过滤仅在表面滤层进行 下面大量的床层滤砂并未发生吸附和截留作用 因而经济性也差 但是单层滤料级配简单 滤料可以采用无烟煤 也可以采用石英砂 铺筑简单 检修维护容易 反洗强度也好掌握 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 b双层滤料双层滤料的出现是为了使过滤作用在较深的床层中进行 提高过滤速度和截污能力 延长工作周期 目前使用的双层滤料 一般都是由无烟煤和石英砂组成 无烟煤的密度为1 5 1 8g cm3 石英砂的密度为2 65g cm3 由于无烟煤比石英砂轻 所以它的滤料粒径可以选得比石英砂大些 形成 上大下小 的级配 因而当反洗时 颗粒较大而密度较小的无烟煤在上层 颗粒较小而密度大的石英砂在下层 两种砂层基本不混层 双层滤料与单层滤料相比 由于过滤时 水中大部分杂质被截留在煤层及煤砂交界处 因而截污能力约增加1倍以上 在相同的滤速下 工作周期增长 出水量约增加0 5 1倍 因此 滤速可以提高 水头损失增加也比较缓慢 第一章锅炉补给水的预处理第三节水的过滤处理4过滤的工作过程 c三层滤料三层滤料的原理和结构与双滤料相似 在三层滤料过滤器中 大粒径 小密度的滤料在上层 中粒径 中密度的滤料在中间 小粒径 大密度的滤料在下部 滤层的三种滤料平均粒径由上而下逐渐变小 形成一个 上大下小 的滤层 使滤层的截污能力可以得到充分的发挥 目前三层滤料大都采用轻质滤料 无烟煤或焦炭 石英砂 重质滤料 通常为磁铁矿 组成 而在三层滤料中 由于滤料分为三层 上层可以采用较大颗径的滤料以发挥其 接触混凝过滤 的作用 提高截留量 下层则可以采用较小颗径的滤料以除去水中细小的悬浮物 保证出水浊度 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备1重力式无阀滤池 1 1基本结构及工作原理 1 1基本结构及工作原理 1 辅助虹吸管2 虹吸上升管3 进水槽4 清水箱5 出水堰6 挡板7 滤池8 集水区9 滤板10 连通渠11 进水管 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备1重力式无阀滤池 工作原理 水由进水管送入滤池 经过滤层上而下的过滤 滤后的清水即从连通管注入清水箱内贮存 水箱充满后 水从出水槽溢流入清水池 滤池运行中 滤层不断截留悬浮物 造成滤层阻力的逐渐增加 促使虹吸上升管内的水位不断升高 当水位达到虹吸辅助管管口时 水自该管中落下 通过抽气管 借以带走虹吸下降管中的空气 当真空达到一定值时 便发生虹吸作用 这时 水箱中的水自下而上的通过滤层 对滤料进行反冲洗 此时滤池仍在进水 反冲洗开始后 进水和冲洗水同时经虹吸上升管 下降管排至排水井排出 当冲洗水箱水面下降到虹吸破坏管管口时 空气进入虹吸管 破坏虹吸作用 滤池反洗结束 滤池进入下一周期的工作 无阀滤池每次反洗仅10min左右 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备1重力式无阀滤池 无阀滤池主要优点是节省大型阀门 造价较低 冲洗可完全自动 也可进行强制冲洗 因而操作管理较为方便 但池体土建结构较为复杂 滤料处于封闭结构中 装卸较为困难 1 2主要工艺参数滤料 一般采用石英砂或天然河砂为滤料 粒径为0 5 1 2mm 滤层厚度 700mm 过滤速度 设计时一般采用10m h 过滤周期 由水位自动控制 最大允许水头损失1 5 2 0米水柱 当进水浊度小于10FTU时 过滤周期大于10h 反冲洗强度 12 15L s m2 反冲洗历时 4 5min 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 2 1基本结构及工作原理压力式过滤器 亦称机械过滤器 外壳为一个密闭的钢罐 在一定压力下进行工作 压力过滤器的滤料层可以是单层 双层或三层的 它的适用范围广 主要用于除去用沉淀方法不能除去的悬浮固形物 胶体物和未沉淀下来的沉积物 以避免其后处理步骤中所用的活性炭或离子交换树脂受污染 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 2 1基本结构及工作原理 运行时 进水自进水管进入过滤器后经进水档板均匀配水 自上而下通过过滤层 清水经过水帽进入下部配水空间 然后由出水管引出 当过滤阻力达到极限值时 停止运行进行冲洗 冲洗方式可根据需要采用水冲洗或辅助空气擦洗 冲洗时一般是先将过滤器内的垫层水放到滤层边缘 然后从底部送入压缩空气冲洗滤层 再用气 水同时冲洗 最后单用水冲洗 待滤料洗净后停止冲洗进行正洗 待正洗水质合格后进入下一周期运行 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 2 2主要工艺参数1 滤料 滤料及滤层规格见下表 2 过滤速度 单层滤料为8 10m h 双层滤料为10 14m h 三层滤料为18 20m h 用于接触凝聚过滤时过滤速度应适当降低 3 过滤周期 一般以水头损失控制 单双层滤料控制在5 6m水柱 三层滤料控制在10m水柱以内 4 反冲洗强度 单层滤料采用12 15L s m2 双层滤料采用15 18L s m2 三层滤料采用18 20L s m2 以滤层膨胀率达到40 50 为宜 反冲洗历时 5 7min 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 压力式过滤器滤料层规格 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 a 滤料填装装填滤料前 应仔细检查滤料的品种 规格 数量是否符合设计要求 按设计要求的滤料高度和滤料视密度 估算装填数量 对多层滤料过滤器 应先装入比重较大的滤料 后装入比重较小的滤料 装填前 设备应充水至水帽上方约500 800mm处 以免滤料下落时损坏水帽 装填完毕 观察滤层表面是否平整 如不平整 应打开上人孔盖板 平整后紧固人孔盖板 b 滤料清洗过滤器在装料后应进行反冲洗 按流速5 8m h水流由下往上冲洗 脏水由上部排污口排出 以除去滤料中的赃物和形成滤层合理分布 至出水澄清即算合格 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 c 过滤正洗排水 查看排水是否澄清 如已澄清 即可投入正常过滤 每小时观察出水一次 发现水质达不到要求时 立即停止 进行反洗或根据进出口压差来决定反洗 一般压差不超过0 15MPa d 反洗关闭进水阀 缓慢地打开反洗进水阀 水从底部进入 当空气阀向外溢水时 应立刻关闭空气阀 打开排水阀 水从上部排出 流量逐渐增加 最后保持一定的反洗强度 三层滤料 10 12L m2s 以出水中不含有正常颗粒的过滤介质为宜 直至反洗出水水质完全无色透明为止 一般需5 10min 然后关闭反洗进水阀及上排水阀 第一章锅炉补给水的预处理第四节常用的过滤设备2压力式过滤器 e 正洗正洗时先打开进水阀及下排水阀 水由上往下清洗 正洗流速为5m h 正洗至出水透明时即关闭排水阀 打开出水阀 投入正常运行 f 过滤器反冲洗时注意反洗时不应有跑滤料现象 遇到反洗时而出水仍然不清的异常情况 应停止反洗 找出原因 必要时打开人孔 检查设备内部构件是否损坏 而不应加大反洗强度 以免损坏设备及多孔板上的排水帽 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤 滤膜法液体分离技术从分离精度上划分 一般可分为四类 微滤 MF 超滤 UF 纳滤 NF 和反渗透 RO 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤 微滤能截留0 1 1微米之间的颗粒 微滤膜允许大分子和溶解性固体 无机盐 等通过 但会截留住悬浮物 细菌及大分子量胶体等物质 微滤膜的运行压力一般为0 7 7bar 超滤能截留0 002 0 1微米之间的大分子物质和蛋白质 超滤膜允许小分子物质和溶解性固体 无机盐 等通过 同时将截留下胶体 蛋白质 微生物和大分子有机物 用于表示超滤膜孔径大小的截流分子量 MWCO 范围一般在1000 500000之间 超滤膜的运行压力一般1 7bar 纳滤能截留纳米级 0 001微米 的物质 纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间 其截留有机物的分子量约为200 800MWCO左右 截留溶解盐类的能力为20 98 之间 对可溶性单价离子的去除率低于高价离子 纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素 地下水中的硬度及镭 且部分去除溶解盐 在食品和医药生产中有用物质的提取 浓缩 纳滤膜运行压力一般3 5 30bar 反渗透是最精细的膜分离产品 其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物 同时允许水分子通过 反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化 锅炉补给水 工业纯水及电子级高纯水制备 饮用纯净水生产 废水处理和特种分离等过程 反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar到海水的70bar 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 截流分子量 膜的一种特性 描述对一种已知进料体系中溶质的公称截留率 即被截留污染物的最小尺寸 基本原理 超滤是利用超滤膜为过滤介质 以压力差为驱动力的一种膜分离过程 在一定的压力下 当水流过膜表面时 只允许水 无机盐及小分子物质透过膜 而阻止水中的悬浮物 胶体 微生物等物质透过 以达到水质净化的目的 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 2 超滤膜元件 四种 板式膜 它是最早出现的膜 但因为难以保证膜表面适当的流速及复杂的密封问题 这类膜的应用非常有限 前处理要求不严格 卷式膜 以板式膜为起点发展起来的 因为卷式膜的格网带来死点及无法反洗 通常不适用于工业原水处理 它们适用于高温 高压物料分离等 前处理要求也不严格 管式膜 因为它的能耗较大 从经济上来说不适用于普通水处理 一般适用于高固体含量或高含油浓度的流体 在四种膜中 它的前处理要求最不严格 中空纤维膜 因为它压力低 通道无死点 通量高 能进行反洗 所以除特殊水体 如高含油 高固体含量等 外 都是很好的选择 对四种膜而言 在水处理中应用最为广泛 通常要求超滤膜材料要具有很好的分离 过滤 能力 亲水性 强的抗污染能力 以及水在膜表面的接触角要小 附着力强 水容易透过 这样的膜才具有低能耗 大通量 抗污染的性能 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 3 超滤膜组件超滤膜组件是按一定技术要求将超滤膜与外壳 连接器等其他部件组装在一起的组合构件 一般还应包括产水取样或用于检测完整性的透明管等 组件一般至少包含一个膜元件 有时包含多个膜元件 如荷兰诺瑞特公司的膜组件包含四个元件 超滤产品按照膜分离的推动力可分为压力式和浸没式两种 压力式膜分离的推动力由泵在进水侧加压提供 膜组件在正压下工作 浸没式膜分离的推动力依靠产水侧抽真空提供 膜组件在负压下工作 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 4 超滤装置超滤装置是指将若干个超滤膜组件并联组合在一起 并配备相应的水泵 自动阀门 检测仪表 支撑框架和连接管路等附件 能够独立进行正常过滤 反洗 化学清洗等工作的水处理装置 通常根据用户的需要 设计出超滤装置特点各异 如具备在线检测和完整性测试的功能 有些超滤膜组件需要气洗系统 有单独的局部控制PLC和操作界面等 许多超滤装置以单套装置为基本单元 当其中一套进行反洗或化学清洗时 其它装置仍可正常制水 从工艺上实现连续产水 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 5 错流过滤错流过滤是指超滤的进水以平行膜表面的流动方式流过膜的一侧 当给流体加压后 产水以垂直进水的方向透过膜 从膜的另一侧流出 形成产品水 错流过滤的特点是 进水为一股水 产品水和浓水分两股水流出 从而实现膜表面的自清洗 与反渗透的运行方式不同 当水质较差时 超滤可以错流运行 而反渗透只能是错流运行 错流的浓水如果排放掉则会使系统水回收率降低 与全量过滤相比 其结垢和污染倾向较低 出力下降的趋势相对小 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 6 全量过滤全量过滤又称死端过滤 是指超滤的进水以垂直膜表面的方式流动 产水以平行进水的方向透过膜 从膜的另一侧流出 形成产品水 在电厂中 通常采用全量过滤 采用全量过滤 能量消耗小 水回收率高 但是全量过滤 杂质都压在膜表面 在进水杂质含量高时在一个制水周期里将使得过滤阻力迅速增大 通常认为 错流过滤时由于流体在膜表面产生剪切力 从而可以减少浓差极化 对提高通量 减轻膜的污堵很有帮助 一些公司的超滤产品手册中提到 当原水浊度高时 系统需从全量过滤改为错流过滤 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 7 平均水回收率平均水回收率是指超滤装置平均净产水流量和平均进水流量之比 净产水量不包括反洗用水等 实际计算中可根据超滤的工艺参数估算 8 超滤膜通量 是指单位时间内通过单位超滤膜面积的产品水体积 单位为l m2 h 在初始设计时 需要合理选择一个超滤膜通量 即设计超滤膜通量 如果设计时选择膜通量偏大 虽然可以减少超滤膜元件的用量 但势必造成较高的透膜压差 膜的性能将快速衰减 因此 在实际运行时 膜通量应当低于设计值 在筛选超滤膜时 经常用纯水透过率来反映膜的特性 使得不同膜之间有更好的可比性 但对电力系统一般用户 此方法实际操作不大容易 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 9 透膜压差 TMP 透膜压差指超滤膜进水侧与产品水侧之间的压力差 又称过膜压差 是衡量超滤膜性能的一个重要指标 它能够反映膜表面的污染程度 对于压力式超滤用下式计算 对全量过滤可以视进水压力和浓水压力相等 TMP 浸没式超滤在计算透膜压差时可按全量过滤考虑 供应商一般提供相应的计算公式 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 1 透膜压差实际是与膜通量联系在一起的 从某种程度讲 减轻膜的污堵要通过维持低的膜通量 而不是低的过膜压差 2 对特定的膜和特定的水质 应当有一个特定的膜通量 或者过膜压差 高于此通量 膜的长期抗污堵性能就可能存在问题 此时如错流速度是相对次要因素 因此 实际运行时膜通量应不大于 最大膜通量 而这个 最大膜通量 不只是查阅膜供应商的资料 建议由中试确定 为工程设计提供依据 3 慢启动 概念 膜开始投入运行时 要小心控制操作参数 使得过膜压差及膜通量在低于设计值下运行数小时 然后再逐渐提高到设计值 据研究表明 启动时短时间超负荷运行会导致膜的不可恢复性污堵 而 慢启动 与 快启动 相比 可以使得膜长期通量增加13 26 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤1基本概念 10 膜过滤能力指超滤膜通量和透膜压差 TMP 的比值 从而使不同膜之间有一定的可比性 但这种可比性也有很大局限 不同材质的膜其过滤能力会相差很大 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤2超滤膜组件的操作方式和工作过程 2 1超滤膜组件的操作方式 图 压力式操作的过滤方式 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤2超滤膜组件的操作方式和工作过程 2 2超滤装置的工作过程 图 超滤装置的运行方式 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤2超滤膜组件的操作方式和工作过程 2 3超滤对预处理的要求超滤装置的进水一般应经过预处理 压力式超滤水处理装置一般应设计预过滤器 浸没式超滤水处理装置应保证进水中不含有易划伤超滤膜的颗粒物质和易缠绕膜丝的丝 带状物 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤2超滤膜组件的操作方式和工作过程 2 4正常操作程序例 正常操作程序为 产水 正洗 反洗 正洗 产水 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤2超滤膜组件的操作方式和工作过程 为避免在产水侧对膜产生污染和杂质对膜孔堵塞 一般采用超滤产水作为反洗水 或除去颗粒的纯净水为反洗水 要考虑到不要给后续的操作带来影响 化学增强反洗水流向与反洗一样 也是分为两个程序 但化学反洗的时间较长 一般为1 10min 化学反洗频率为每天1 4次 化学药剂可根据不同的情况选用 其目的是为了防止细菌的生长和污染物的过快累积 化学清洗化学清洗采用正冲化学清洗药剂循环回清洗水箱的方式进行 所选用的化学药剂要根据污染物的种类进行选择 化学清洗的时间要根据膜间压差 TMP 的上升数值来确定 比如TMP为0 07MPa时 系统要进行化学清洗 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤4超滤膜的污染和浓差极化及控制对策 4 1超滤膜的污染超滤膜的污染是指由于物理化学作用或机械作用使超滤膜表面或膜孔内吸附杂质和沉积造成膜孔径变小或孔堵塞 使膜通量及膜的分离特性产生不可逆变化的现象 也就是说 水中的微粒 胶体或大分子物质改变了膜性能 一般用膜阻力增大系数来表征膜污染程度 其测定的步骤是先测定膜的初始纯水通量 再测定膜污染后仅用自来水漂洗后的纯水通量 它们之间的比值m为 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤4超滤膜的污染和浓差极化及控制对策 4 2浓差极化在浓度梯度的作用下 靠近膜面的溶质又以相反方向向被处理水的主体扩散 平衡状态时膜表面形成溶质浓度分布边界层 对溶剂等小分子物质的运动起阻碍作用 这种现象称为膜的浓差极化 是一个可逆过程 界面上溶质的浓度比主体溶液浓度高的区域就是浓差极化层 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤5超滤膜分离系统及工艺流程 全量过滤类似于砂滤 料液垂直流过膜面 所有被截留的物质都沉积在膜表面 溶剂及小分子物质透过膜 由于被截留的物质在膜面不断积累 膜的过滤总阻力持续增大 导致膜通量逐渐降低 为了维持膜通量 需要对膜组件进行定期的反冲洗 所以全量过滤的优点是回收率高 而膜污染严重 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤5超滤膜分离系统及工艺流程 错流过滤时 进水分成两股 进水主体平行于膜面流动 透过液垂直透过膜 高速流动的水流能将沉积在膜面的物质带走 从而减慢过滤阻力的增长速度 错流过滤能减少污染 但回收率较低 这是膜组件在工业应用中经常采用的操作方式 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤5超滤膜分离系统及工艺流程 综合这两种操作方式的优点 开发出全量 错流联合流程 又称为半全量系统 水流平行流过中空纤维膜内腔 小分子物质垂直透过膜后被收集在中心渗透管内 被截留的物质沉积在膜面 由于被截留物质在膜面的积累 膜通量降低 一段时间后 反洗泵通过中心渗透管对膜进行反洗 反洗结束后 关闭反洗阀 水流又经过进料泵进入膜组件 如此循环反复 采用这种操作方式可以在较高的回收率下维持较高的膜通量 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤6超滤膜分离技术的主要用途 超滤用于电厂水处理时 对于膜材质的关心主要集中在两个方面 首先是化学稳定性 其次是亲水性 化学稳定性不仅决定了膜材料在酸 碱 氧化剂以及微生物等的作用下的寿命 它还直接关系到清洗可以采取的方法 亲水性则决定了膜材料对水中有机污染物的吸附程度 直接影响膜的通量 在水处理领域我们最关注的是膜材料耐酸 碱 氧化剂这三种的能力 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤6超滤膜分离技术的主要用途 电力系统的超滤处理 主要用于循环冷却排污水 反渗透预处理 废水 污水处理系统排水等 水质不是非常稳定 pH变化范围较大 绝大多数的膜组件要能够承受进水水质pH在2 12之间变化 在酸性或碱性较强的条件下 pH12 会导致多数膜组件性能下降 其构件也会因水的原因受到腐蚀 超滤膜的抗氧化性可用耐氯性来衡量 一般应大于250 103 mg L h 保证系统杀菌的同时膜组件性能不变 第一章锅炉补给水的预处理第五节超 微 滤6超滤膜分离技术的主要用途 需要进行超滤处理的水质中游离氯的含量不是很稳定 范围在0 150mg L之间变化 因此 结合各公司膜组件的性能 推荐耐氯性要求应大于250 103 mg L h 也有一些超滤膜产品耐氯性大于1000 103 mg L h 并且允许长期处于100mg L浓度的游离氯环境 第一章锅炉补给水的预处理第六节水的吸附和杀菌消毒处理 在锅炉补给水的预处理中 采用混凝 澄清 过滤的预处理工艺对于水中的悬浮物 浊度的去除是十分有效的 但对有机物的除率为40 50 还需要考虑处理水的吸附与杀菌消毒处理 特别是目前天然水源受到污染程度日益严重 水的吸附和杀菌消毒处理工艺就越显重要 最常用的 活性炭吸附处理大孔树脂吸附处理水的杀菌消毒处理 第一章锅炉补给水的预处理第六节水的吸附和杀菌消毒处理1活性炭吸附处理 在锅炉补给水的预处理中 为了减少水中有机物而进行氯化处理 为了防止余氯对后续水处理材料 如离子交换树脂 反渗透膜 造成危害 必须考虑除去余氯 目前除去水中余氯和有机物的主要方法之一就是采用活性炭吸附处理工艺 1 1活性炭的性质活性炭是由多种含碳原料经脱水 炭化 活化 筛分加工制成 制造活性炭的原料包括木材 褐煤 泥煤 硬果壳 甘蔗渣 锯末 动物骨头及石油残渣 第一章锅炉补给水的预处理第六节水的吸附和杀菌消毒