高效過(guò)濾器在化學(xué)水處理中的應用

生水過(guò)濾系統是熱電廠(chǎng)化學(xué)水處理的重要環(huán)節，生水水質(zhì)的好壞直接影響著(zhù)后續水處理設備的正常運行及除鹽水的水質(zhì)，從而關(guān)系到動(dòng)力、熱力設備長(cháng)期安全的運行。我廠(chǎng)原系統設計最大出力為480t/h，由于“十五”擴建工程的需要,外供除鹽水量的增加，生水水量相應增加及水質(zhì)要求的提高,原有的2臺處理能力為240t/h的重力無(wú)閥濾池無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，且系統存在問(wèn)題,改造已成必然。經(jīng)過(guò)調研和充分論證決定采用一種新型的束狀軟填料——纖維材料為濾元的壓力式高效纖維過(guò)濾器。
    1　生產(chǎn)系統工藝現狀及問(wèn)題分析
    1.1　原工藝流程
　　原生水過(guò)濾設備無(wú)閥濾池是采用顆粒狀石英砂為濾元，利用水力學(xué)原理設計的一種等速濾池，流速為6～10m/h。其生水系統工藝流程見(jiàn)圖1。原水來(lái)自長(cháng)江,經(jīng)粗濾進(jìn)入供水系統低溫電站換熱器(換4)與煉油回熱水(熱除鹽水)換熱加熱至40℃左右后,經(jīng)無(wú)閥濾池過(guò)濾到清水箱(池)，由清水泵引至后續水處理設備(除鹽水處理系統)。
    1.2　原系統存在的問(wèn)題
　　(1)由于系統來(lái)水水質(zhì)惡化,2臺換4堵塞及積泥垢十分嚴重,影響生水加熱；常需停運一臺進(jìn)行檢修，而單臺換4的出力小，生水溫度達不到工藝要求；降低了離子交換器的周期制水量，增加制水成本。
　　(2)無(wú)閥濾池反洗自用水消耗量大，且帶走大量的熱量，造成熱量的極大浪費。
　　(3)無(wú)閥濾池占地面積太大，處理能力為240t/h的無(wú)閥濾池外型尺寸為8m×4m×3.6m，由于受場(chǎng)地及生產(chǎn)情況限制，無(wú)法增建一套大的無(wú)閥濾池，且顆粒狀濾料進(jìn)行過(guò)濾，其過(guò)濾精度受濾料粒徑限制，其出水濁度高達5mg/L，濾料的清洗操作過(guò)于繁重；容易產(chǎn)生板積，更換濾料頻繁，勞動(dòng)強度大。
    2　可行性分析
　　為了解決原系統存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)調研分析，我們本著(zhù)工藝技術(shù)領(lǐng)先且自動(dòng)化程度高的原則，采用PLC控制對生水系統工藝流程進(jìn)行改造，工藝流程見(jiàn)圖2。系統來(lái)生水先經(jīng)4臺D3000mm高效纖維過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)低溫電站換4加熱，然后進(jìn)清水池。單臺高效纖維過(guò)濾器設計出力為210t/h。
    2.1　高效纖維過(guò)濾器的工作原理
　　高效纖維過(guò)濾器是一種將下端掛有重墜的膨化纖維長(cháng)絲(D20～50μm)束叢，懸吊于設在過(guò)濾器上部的多孔板上充當過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾設備。在纖維束叢中貼近多孔板的部分設置有若干個(gè)膠囊,過(guò)濾時(shí)先向囊內充水強行擠壓周?chē)睦w維束使之密實(shí)，然后水流自下而上穿過(guò)纖維孔隙進(jìn)行上向流過(guò)的操作。纖維過(guò)濾器工作時(shí)的狀態(tài)見(jiàn)圖3。
　清洗時(shí)先排盡囊中的水，撤消對纖維束的擠壓，使纖維束叢在重力和膨化纖維的彈力聯(lián)合作用下恢復其膨松狀態(tài)，然后進(jìn)氣、水聯(lián)合拌動(dòng)擦洗。
　　由于用作濾元的纖維是一種能彎曲而柔軟的材料，其濾料直徑可達幾十微米，并且在濾料層中存在著(zhù)大量的縫隙空間,在過(guò)濾操作過(guò)程中,通過(guò)控制對纖維束的擠壓條件就可以得到不同的纖維孔隙率,過(guò)濾器的效率和阻力就可以控制在設定的范圍內,解決了傳統的過(guò)濾設備無(wú)閥濾池、虹吸濾池、機械式過(guò)濾器等均采用顆粒狀濾料如石英砂進(jìn)行過(guò)濾,其過(guò)濾精度受濾料粒徑較大限制的問(wèn)題。
微小的濾料直徑,極大地增加了濾料的比表面積和表面自由能,增加了水中雜質(zhì)顆粒與濾料的接觸機會(huì )和濾料吸附能力,從而提高了過(guò)濾效率和截污容量。 
   3　實(shí)施
    3.1　工藝流程
　　高效纖維過(guò)濾器在我廠(chǎng)的工藝流程見(jiàn)圖4。
　　在過(guò)濾器運行前,將囊充水,以保證加壓室達到設定壓力。在過(guò)濾器啟動(dòng)時(shí)必須預運行,檢測出水濁度合格后方能并入系統。過(guò)濾器運行過(guò)程中,對流量的調節必須平穩,防止流量突變使過(guò)濾產(chǎn)物被帶出,而造成出水濁度超標。過(guò)濾器的清洗過(guò)程為：囊排水→風(fēng)機啟動(dòng)→下向洗→上向洗四個(gè)步驟。
    3.2　運行狀況
　　該過(guò)濾系統自2000年7月29日在水處理系統投用至今。為了掌握運行規律,使該過(guò)濾系統能夠安全、高效、合理運行,我們對過(guò)濾器的運行周期進(jìn)行了試驗。
　　該系統采用PLC控制,對單臺過(guò)濾器失效控制采用三參數控制：(1)進(jìn)出口壓差≥70kPa；(2)出水濁度≥2mg/L；(3)設定周期累計制水量。滿(mǎn)足其一確認其失效。
　　該系統在應用中設計了四種運行模式：點(diǎn)操——人工控制每 各個(gè)閥門(mén)開(kāi)關(guān)； 操——人為控制每 的時(shí)間；半自動(dòng)——整個(gè)過(guò)程分為囊充水,運行,清洗三 ;全自動(dòng)——從囊充水至清洗完達備用狀態(tài)。由于水的濁度分析是采用人工分析,一般情況下采用半自動(dòng)的運行模式就能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要。
　　由于來(lái)水受長(cháng)江季節的影響,季節不同,周期制水量也有所不同,周期制水量在8000～10000t之間能保證出水的水質(zhì)。來(lái)水濁度最大達60mg/L,最小只有5mg/L,但出水濁度可以達到要求。過(guò)濾器在任何情況下都能起到截留作用。對后續工序起到保護作用。
   4　經(jīng)濟效益及社會(huì )效益
　　生水系統經(jīng)過(guò)改造運行一年半來(lái),解決了原工藝中存在的問(wèn)題,提高了出水水質(zhì)及出力,降低了生產(chǎn)成本。
　　(1)水耗計算：高效纖維過(guò)濾器周期制水量大,反洗水耗小,減少了水耗,降低了排污量。水耗對比計算見(jiàn)表2。
　　過(guò)濾器全年節約水量=(過(guò)濾器制水率-無(wú)閥濾池制水率)×全年生水總量=(0.983-0.974)×3500000=31500t　　全年節約排污費=4.5×31500≈14萬(wàn)元
　　(2)熱能計算：由于采用新工藝,過(guò)濾設備用反洗水未經(jīng)過(guò)加熱,減小了熱量損失。
　　無(wú)閥濾池全年反洗水量=全年制水量×(1-制水率)=3500000×(1-0.974)=91000t
　　反洗水熱量損失=生水溫升×反洗水量×4.18=15×91000×4.18=5.71×106MJ
　　折標準油=5.71×106/41.87=136.37t式中：41.87——1kg標準油熱值,MJ/kg。
　　(3)工藝效果：高效纖維過(guò)濾器的出水水質(zhì)有了提高,使出水濁度穩定并小于2mg/L,減少了陽(yáng)離子交換器的負擔,可有效地提高離子交換器的周期制水量,降低酸堿耗,減輕了對樹(shù)脂的污染。
　　(4)解決了換4堵塞問(wèn)題,提高了換4換熱效果,節約了檢修費用。改造前兩臺換4由于原水水質(zhì)差經(jīng)常堵塞,每年每臺需檢修2～3次,生水由換熱器旁路直接進(jìn)無(wú)閥濾池,熱除鹽水由循環(huán)水冷卻增加了循環(huán)水場(chǎng)的負荷。同時(shí)由于生水溫度低,后續設備離子交換器的周期制水量下降,酸堿耗增加。改造一年半來(lái)未發(fā)生堵塞現象,節約了檢修費用,降低了工人的勞動(dòng)強度。
    5　結束語(yǔ)
　　以纖維為濾料的高效纖維過(guò)濾器與以石英砂為濾料的無(wú)閥濾池相比,具有過(guò)濾效率高、濾速快、截污容量大、周期制水量大、自耗水低、占地面積小的特點(diǎn),同時(shí)解決了原工藝流程中存在的問(wèn)題,有較高的經(jīng)濟效益及社會(huì )效益。如能改進(jìn)濾料的清洗技術(shù),簡(jiǎn)化過(guò)濾設備的內部結構,使之具備直接處理高濁度進(jìn)水能力以及較好的解決纖維過(guò)濾設備大型化的問(wèn)題,可在水處理領(lǐng)域得到更廣泛的應用。