石景山热电厂反渗透预处理工艺改进的研究
Research  on  Improving  Counter－flowInfiltration  PretreetmentProcess  in  Shijingshan  Cogeneration  PowerPlant
                            北京电力高等专科学校（北京100044）　　于海琴　　  
                                    石景山热电厂（北京100041）　　陈振华

摘　要：在实验室用模拟实验探讨、选择并确定石景山热电厂反渗透预处理工艺，筛选混凝处理的最佳工艺条件，确保原水经预处理系统后污染指数FI符合反渗透进水要求。
关键词：石景山热电厂；反渗透；预处理工艺；污染指数

中图分类号：TM621．8

文献标识码：A　　

文章编号：1003－9171（2000）03－0009－04  
        石景山热电厂锅炉补给水处理工艺中的反渗透是在1994年10月投入并运行的。其预处理系统流程为：永定河水—机械搅拌加速澄清池—普通快滤池—细砂机械过滤器—活性炭过滤器—反渗透。本厂反渗透设备采用卷式复合膜，设计要求的污染指数FI值不大于4，但是运行半年后，由于污染指数FI偏高，考虑到反渗透设备投资高，污染指数FI接近4，继续运行会对膜产生较大的污染，造成反渗透膜清洗频繁，使反渗透的经济性下降；加上反渗透设备本身存在的一些问题，所以设备被解列停运。为提高设备的利用率，并从经济角度出发，厂生产部决定对预处理系统和工艺进行改造，以降低FI，从而重新投运反渗透。本试验的目的就是要分析预处理设备出水FI偏高的原因，即通过实验室试验对预处理工艺条件进行筛选，并测定、分析工艺系统改进后的FI，为电厂预处理工艺的改造提供依据。

1　试验方法和试验用仪器
1．1　试验方法
　　（1）烧杯搅拌试验确定混凝剂最优加药量、最佳助凝剂和最优搅拌条件、速度梯度；
　　（2）小型动态模拟试验筛选获取最优FI的预处理工艺及条件。
1．2　仪器
          DBJ－621型定时变速六联搅拌器；PHS－2型酸度计；
          WGZ数字式浊度仪；FI测定仪；
　　  模拟过滤系统（石英砂过滤柱和活性炭过滤柱）；
　　  玻璃器皿。
1．3　永定河水质分析结果

2　试验内容
  2．1　混凝剂最优加药量的确定
  　　混凝剂最优剂量是指达到既定水质目标的最小混凝剂投放剂量，而烧杯搅拌试验是目前确定混凝剂最优投放剂量使用最多的方法。选择搅拌条件的原则是：综合考虑烧杯搅拌试验的最优化的经验参数，并与电厂现有混合设备的实际运行参数相适应，确定出搅拌试验的模拟参数。试验为了保证加药均匀、易于调节控制和反应迅速，均采用液态加药方式，即把电厂提供的液态聚合铝配成1  mL（近似为1  mg）（Al2O3）的溶液，按确定的不同剂量分别加入到1  000  mL原水水样中，以100  r／min转速快速搅拌3  min，再以50  r／min慢速搅拌10  min，然后静置20  min，测定上清液的各项指标。由于聚合铝混凝剂对水温和pH的变化适应性强，整个试验过程对pH和温度不加以控制。
  　　石景山热电厂所用的混凝剂为聚合铝PAC，分子式为［Al2（OH）nCl6－n］m，混凝剂的性能指标如表2所示。  

聚合铝的盐基度越高，聚合物的粘结架桥能力越强。但电厂提供的聚合铝的盐基度和Al2O3含量均与聚合铝的性能标准有差距。
  　　试验烧杯加药量的确定：取200  mL水样，在慢速搅拌条件下，以每次增加1  mL混凝剂的方法向烧杯中投药，直至出现矾花，此时的加药量为最小加药量，取其1／4作为1号杯加药量、取其2倍作为8号杯加药量，在1号和8号之间按照依次增加相等量的方法确定其它6个烧杯的加药量。试验确定永定河水200  mL水样的最小混凝剂（聚合铝）加药量是3  mL（≈3  mg），试验选用的是1  000  mL容量的烧杯，1  000  mL容量的烧杯取水样800  mL可以保证在搅拌时不溢出，而且确定的加药量恰为整数，800  mL水样混凝剂的最小加药量是12  mL（≈12mg）。试验结果见表3。　　
  　　由图1可以看出，随混凝剂加药量的增加，混凝效果明显变好；当聚合铝加药量为11  mg／L左右时，上清液浊度降到0．8，除浊百分率达到86．0％，混凝效果最好，而且凝絮形成速度快、沉降快，沉降后上清液的浊度小，除浊百分率高；随加药量继续增大，浊度稍有增加，但变化不大。电厂补给水处理实际运行的混凝剂加药量与此结果基本相符。
  2．2　助凝剂种类的选择
  　　助凝剂的使用，一方面可以降低混凝剂的用量，另一方面又可以改善絮凝体的粒度、比重和密实性，使其有利于沉降，并不易破碎。试验根据电厂提供的6种助凝剂，按照上述搅拌条件，以11  mg聚合铝／L水样的最佳加药量为准，同时添加1mg／L助凝剂，做烧杯搅拌试验。结果如表4所示：

结果表明，加入助凝剂后，混凝效果都比未加助凝剂的要好，上清液浊度均不大于0．8；助凝剂对pH、残留铝离子和氯离子几乎没有影响，但对有机物的去除有明显的影响。助凝剂AN910SH在搅拌试验中形成的矾花量适中，颗粒中等大小，沉降速度较大，凝絮紧密，而且上清液残留浊度最小，有机物残留量也很低，所以认为AN910SH  是比较适合的助凝剂。助凝剂AN912SH形成的矾花较大，数量相对少些，除浊效果与AN910SH的差别不大，在考虑药品价格对生产经济性实际影响的前提下，可以考虑选用助凝剂AN912SH。虽然助凝剂AN923SH处理后的产品水COD最小，但因其除浊效果最差，不宜选用。
  2．3　最佳搅拌条件的确定
  　　混凝剂加入水中后，必须创造适宜的水力条件使混凝过程顺利进行，这也正是电厂为提高设备的实际处理效果而需要重视的。聚合铝的水解和聚合过程在进入澄清池设备之前已经完成。混合阶段：施加强烈搅拌使混凝剂迅速分散并与水中的胶体接触，开始凝聚，产生一定密度的微絮凝体，强烈搅拌时间不宜过长，防止破坏后续絮凝作用。絮凝阶段：施加慢速搅拌，使微絮凝体碰撞聚集、接触长大，搅拌强度太大不利于凝絮长大。
  2．3．1　搅拌强度的确定
  　　试验以已经确定的最佳混凝剂剂量和助凝剂为基础，以240  r／min速搅拌30  s使药品混合，然后1～4号烧杯分别按50  r／min、100  r／min、150  r／min和200  r／min搅拌5  min，最后调到50  r／min保持5  min，停止搅拌后静置20  min取上清液测定各指标，结果如表5所示。

结果表明：在混凝剂加入水中快速混合后，以100～150  r／min的速度搅拌，有利于矾花长大，此时成长速度适合使矾花形成密度适当的絮凝体，有利于沉降，除浊效果好。
  2．3．2　搅拌时间的确定
  　　试验以已经确定的混凝剂最佳剂量和助凝剂为基础，以240  r／min快速搅拌30  s使药品混合，然后1号～3号烧杯按100  r／min分别搅拌3、5、7min，最后调到50  r／min保持5  min，停止搅拌后静置20  min取上清液测定各指标，结果如表6所示。

　结果表明：搅拌时间超过5  min，除浊百分率达到90％以上，继续延长搅拌时间，效果改变不明显。说明在搅拌速度确定的情况下，一定的搅拌时间就已经足够保证矾花长大到最佳，长成的矾花其大小和密度保证了沉降效果。
  2．3．3　静置时间的确定
  　　试验以已经确定的混凝剂最佳剂量和助凝剂为基础，以240  r／min快速搅拌30  s，然后按100  r／min搅拌5  min，最后调到50  r／min保持5  min，停止搅拌后分别静置不同时间取上清液测定各指标，结果见表7。

絮凝体应该在澄清设备中停留足够的时间，才能充分沉降、分离。结果表明：沉降时间超过5min，除浊百分率达到90％以上。在搅拌速度和搅拌时间确定的情况下，矾花的大小和密度保证了沉降效果，随沉降时间的延长，沉降效果变好，但沉降时间超过一定值后，效果改变不明显。另外，从pH稳定的结果看，沉降时间对絮凝体聚合物的形态没有影响。  

2．4　FI的测定
　　污染指数FI是确定预处理系统对反渗透膜的影响程度的最佳指标。用上述试验确定的最佳混凝条件，结合过滤、杀菌，组成完整的反渗透预处理模拟工艺，利用污染指数测定仪测定模拟系统的运行效果。
　　取足量水样（40  L），分别按流程1：原水（永定河水）—混凝处理—细砂过滤—活性炭过滤；流程2：原水（永定河水）—混凝处理—次氯酸钠杀菌—细砂过滤—活性炭过滤（维持石英砂过滤器出口活性氯的含量为0．2  mg／L）进行预处理。混凝处理采用已经确定的最佳条件，包括助凝剂，用泵做动力，维持污染指数测定仪所需的压力（0．21MPa）。测定要求出水量所需要的时间，并计算FI值，结果见表8。

从结果看，两种预处理流程的污染指数都远在4以下，并且加氯处理后的污染指数由未加氯时的1．25降到0．41，加氯处理对于河水杀菌处理效果较好，对反渗透保护膜有较大的影响。结果表明采用优化的运行工艺和操作条件后，均可以使预处理的污染指数满足反渗透的要求。
  
  3　试验总结和建议
  　　根据混凝烧杯搅拌试验和模拟反渗透预处理系统出水污染指数FI的测定结果，对于以永定河水为原水的石景山热电厂，我们认为：
  　　（1）电厂应加强运行管理，对混凝处理的条件进行系统调试，以提高混凝处理效果。用聚合铝混凝剂对河水进行混凝处理，聚合铝加药量在11mg／L左右；混凝处理在保证搅拌强度100～150r／min、搅拌时间达到5  min、凝絮在设备中停顿5min以上时，混凝处理效果较好。
  　　（2）助凝剂加入水中后，明显改变了处理效果，对降低混凝剂剂量、加大絮凝体强度和沉降速度都有促进作用。建议电厂在综合考虑运行费用
  和水质改善的基础上，对设备改造和操作负担进行更深入的论证。
  　　（3）反渗透预处理系统采用混凝处理＋次氯酸钠＋细砂过滤柱＋活性炭过滤柱的工艺和混凝处理＋细砂过滤柱＋活性炭过滤柱的工艺，其污染指数都能满足设备用水要求，但考虑到石景山热电厂所用水源为永定河水，特别是到夏季时，城市附近的河水有适宜的温度和生物营养成分，生物繁殖速度和数量较大，再加上近些年我国地表水污染越来越重，所以我们建议最好是选用混凝处理—次氯酸钠杀菌—细砂过滤—活性炭过滤—保安过滤器的工艺，使反渗透的运行效果和经济性有保障。
  　　（4）实验室搅拌试验结果对实际设备的生产过程具有重要的参考价值，但和电厂实际生产设备的运行结果会存在较大的偏差，这是不可避免的。实验室设备和系统基本上都是采用有机玻璃或塑料材料，而电厂实际生产设备的管路是铁合金金属材料，铁腐蚀产物的胶体对FI的影响是比较大的，会使现场设备在相同条件下的FI远远高于实验室测定值。这一点是需要现场运行管理人员特别注意的。
  　　（5）现场设备和实验室设备的尺寸存在很大的差别，由此造成的水力学参数差异对FI的影响也是很大的，这是无法平衡的。实验室模拟试验只是为现场实际工艺提供参考，在此基础上需要对实际设备和系统进行严格的调试。
  　　（6）高分子聚电解质的助凝剂溶解性较差，在试验过程中，发现使用助凝剂时有“鱼眼”现象产生，从而降低助凝剂的使用效率，尤以固体药品严重。所以建议电厂在使用助凝剂时，应根据助凝剂的溶解能力尽量提前配成溶液，但又要协调好液体药品加药时间和储存时间的关系，因为液体助凝剂储存时间长易水解和滋生菌类。
  参考文献
  ［1］姚重华等．混凝剂与助凝剂．北京：中国环境科学出版社，1992．
  ［2］范瑾初等．混凝技术．北京：中国环境科学出版社，1992．
  ［3］施燮钧．火力发电厂水质净化．北京：中国电力出版社，1993．
  ［4］冯逸仙．反渗透水处理．北京：中国电力出版社，1997．
  （收稿日期：1999－12－06）　　（改回日期：1999－12－28）  

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