提高澄清池出水水质的方法

李忠秀

(中国华电集团富拉尔基发电总厂,黑龙江齐齐哈尔 161041)

0 引言

保证澄清池出水的水质合格是关系到火力发电厂机组安全经济运行的重要环节之一。澄清池出水合格,才能更好地保证下一步机械除盐工作的正常稳定运行,保证长周期、高质量地生产出充足的机组补给水;反之,澄清池出水不合格,会直接影响机械除盐设备的稳定、经济运行,使运行周期缩短,造成酸、碱耗的增加,使补给水水质劣化,汽轮机、锅炉内部部件出现腐蚀、积盐和结垢现象,从而降低机组发电量,影响机组安全经济稳定运行。所以,要想保证热力系统中的设备在良好状态下运行,就必须加强水处理工艺,提高机械搅拌澄清池的出水质量。

1 机械搅拌澄清池的设计出力及技术指标

(1)机械搅拌澄清池的设计出力为200t/h。

(2)机械搅拌澄清池处理后达到的水质标准为:浊度﹤5FTU。

(3)通过对补给水的澄清处理,出水合格率达到最佳效果,完全达到机械除盐用水的设计标准。

2 机械搅拌澄清池的结构与原理

2.1 机械搅拌澄清池工作原理

原水通过进水管进入截面为三角形的环形进水槽,通过槽下面的出水孔或缝隙均匀地进入澄清池的第1反应室(又称混合室)。在这里,水、凝聚剂、助凝聚剂及回流泥渣充分均匀混合。在第1反应室中,夹带着泥渣的混合水被搅拌器上的涡轮提升到第2反应室,在这里进行凝絮长大的过程。然后,水流经设在第2反应室上部四周的导流室(消除水流的纹动)进入分离室中。由于其截面积增大,故水流的速度很慢,可使泥渣和水分离,分离出的水再经过分离室上部的斜管(延长水流途径,有利于细小凝絮物沉降,进一步提高出水水质)流入环形集水槽。集水槽位于澄清池上部出水处,以便均匀收集清水。凝聚剂、助凝聚剂应加在澄清池原水进水管上,机械搅拌澄清池结构示意图如图1所示。

图1 机械搅拌澄清池结构示意图

2.2 机械搅拌澄清池混凝原理

水中有些悬浮物,在水的流速很慢或静置的情况下会自动沉降下来,但各种悬浮物的沉降速度不一,这和悬浮物的性质有关,特别是与其颗粒大小有关。颗粒越小,沉降越慢,当它们达到胶体的大小时,已不会自行沉降。球形悬浮物沉降速度见表1。

要解决这种现状,通常最有效的是采用混凝方法,在水中加入化学药品(以硫酸铝为例),使水中的胶体与药品发生物理化学作用,在较短的时间内形成胶体群。凝絮物通过吸附作用、中和作用、表面接触作用和网捕作用,渐渐凝聚成大的絮状物,然后在重力的作用下沉降。

2.2.1 吸附作用

当氢氧化铝形成胶体时,会吸附水中原有的胶体杂质,这是混凝处理,能起到除去水中胶体杂质的作用。

表1 球形悬浮物沉降速度

2.2.2 中和作用

在上述吸附过程中,如这2种胶体带电荷相反,则由于异性电荷相吸与中和的作用,更促使它们黏结在一起并析出。

2.2.3 表面接触作用

当水中悬浮物较多时,凝絮的核心可以是某些悬浮物,即凝絮物在悬浮物表面形成。

2.2.4 网捕作用

凝絮在水中下沉的过程,好像一个过滤网在下沉,可以在下沉过程中把悬浮物带走,形成了很大的网捕作用。

3 影响出水质量的原因与解决方法

3.1 水中pH值的影响与解决方法

天然水中加入Al2(SO4)3后,其pH值会稍有降低,它对混凝过程的影响很大。

3.1.1 pH值对Al(OH)3溶解度的影响

Al(OH)3是典型的两性氧化物,水的pH值太高或太低都会促其溶解,使水中残留的铝含量增加。通过试验得出,pH值在5.5～7.5时,水中残留的铝含量都很少。

3.1.2 pH值对氢氧化铝胶粒电荷的影响

胶粒在水溶液中所带的电荷和水中离子的组成有关,特别是与氢离子有关。所以,pH值对Al(OH)3胶粒的带电性能有很大影响。试验证明,当pH值在8附近时,它就以中性氢氧化物的形态存在,因而易沉淀下来。

3.1.3 pH值对水中有机物的影响

当pH值高时,有机物呈溶解性的腐植酸盐,除去效果较差;当pH值低时,有机物呈带负电的腐植胶体,易于除去。有机物最适宜的pH值为6.0～6.5。

3.1.4 pH值对胶体凝聚速度的影响

胶体的凝絮速度和其电位有关,电位的数值愈小,胶体间的斥力愈弱,因此,其凝絮速度愈大。当电位为零,即达到等电位点时,其凝聚速度最大。

3.1.5 解决方法

通过试验论证,找出它的最佳pH值,以铝盐为例,通过多次试验测得出的结论是pH最佳值为6.5～7.5。

3.2 水温的影响与解决方法

水温对混凝的效果影响很大,尤其是铝盐。当水温太低时,产生的凝絮细而松,水分较大,沉降很慢,所以效果差;温度过高时,水中含有气体不断释放,遇凝絮物黏附,使沉降速度减慢,气泡多时凝絮物反而会上浮,导致水质变差。通过反复试验,证明水温控制在25～30℃最好;同时,还要注意温度变化不要过大、过频繁,温度变化一般应不超过2℃。

3.3 水和混凝剂的混合速度的影响与解决方法

在水与混凝剂混合时,应由快到慢,使水中混凝剂由开始就充分混合,及时与水中的杂质起作用,在搅拌机的搅拌下得到充分混合。搅拌机的速度应控制好,不易太快和太慢,太快易打破凝絮物,太慢不利于混凝剂与水中杂质和水充分混合,一般应控制在6～8r/min。混凝速度最好为1m/s。

3.4 凝聚剂加药量的影响和解决方法

澄清池加入凝聚剂的目的是使水中的胶体、悬浮物在单纯化学反应中形成正负电解质,与水中悬浮物和胶体形成附着,增加其密度利于沉降。如果凝聚剂量小,达不到最佳效果;如果加入量大会使出水中铝离子含量增加,呈酸性,对下一步的除盐设备工作造成不良影响。因此,凝聚剂的加入量应根据水质及水源情况而确定,在不同情况下找出最佳值。如夏季或雨季汛期,天然水杂质、泥沙量及浮游生物较多,水的色度大,应增加凝聚剂加药量,夏季凝聚剂加药量一般控制在0.05～0.08mmol/L。冬季天然水中杂质少,泥沙量少,色度也小,凝聚剂加药量应保持在0.03～0.05mmol/L。

3.5 澄清池泥渣层的影响和解决方法

澄清池在澄清过程中,会使水中悬浮物、泥沙、杂质和浮游生物沉积下来,由于时间的作用,池中泥渣层会不断提高,使池中的分离区逐渐变小,出水得不到有效沉降,出水水质变差,不易形成凝絮物沉淀。所以,必须控制好泥渣位,腐渣、死渣应及时排掉,保证泥渣活性和新鲜。通过沉降比试验得出,一般情况下,第1反应室的泥渣位控制在20%～30%,第2反应室的泥渣位控制在15%～20%。保证泥渣活性是因为死渣、腐渣中含有微生物和细菌较多,在适当温度下易于繁殖,对下一步的除盐设备中树脂有污染,导致出水差,而且进入汽轮机、锅炉内部部件后易产生结垢现象,影响机组安全经济稳定运行。解决的办法就是通过沉降比试验,定期进行排查。当渣位低时可以人工制造泥渣,调整渣位的高低。泥渣同时具有接触介质的作用、吸附作用和催化作用,泥渣在凝絮过程中起到结晶核的作用,所以要控制好泥渣的渣位,特别是夏季更应注意保持泥渣的鲜活性。

3.6 澄清池加装斜管的作用

澄清池上部清水分离区加装高1.5m、倾斜角度为60°的塑料斜管,可以延长水的上升路径,使水中的细小凝絮得到充分沉降。加装斜管的澄清池应定期对斜管进行清洗,以防管壁长时间挂垢影响出水,一般应每半月清洗1次。

3.7 助凝聚剂的作用

在混凝过程中,为了提高混凝效果,有时可以添加辅助剂。如江水汛期或江水枯期,水中色度大、悬浮物、杂质较多时,为了达到更好的混凝效果需加助凝剂;另外,澄清池初启动时,也可加助凝剂,使澄清池尽快形成泥渣,起到加速凝絮作用,增加凝絮的牢固性,充当凝絮的骨架材料。

4 结论

(1)根据上述处理方法,中国华电集团富拉尔基发电总厂机械搅拌澄清池稳定出水量可达到170 m3/h。

(2)机械搅拌澄清池出水合格率完全达到技术标准的规定。出水浊度最佳时可小于1.0FTU。

(3)目前,机械搅拌澄清池的出水水质完全可以满足200MW机组对水质的要求,为机械除盐过程中对水质的要求提供了必要的保证。

今后如能将这一方法应用到大型机组的补给水的预处理过程中,相信也将达到同样的效果。澄清池调整的方法和途径很多,需要深入仔细地研究,运用科学方法反复试验论证,找出更方便、更快捷、更经济的解决方法和途径。

[1]武汉水利电力学院电厂化学教研室.热力发电厂水处理[M].北京:水利电力出版社,1985.