華能上海石洞口第二電廠化學預處理系統的設備特點和運行分析
一、概況
化學預處理系統的簡單示意圖如下：
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本廠預處理系統的主要設備為:4臺澄清池,其中2臺為工業水澄清池,用于工業水處理,2臺為補給水澄清池,用于鍋爐補給水處理,由于本廠除鹽設備不是24小時運行,一般只在白天運行,所以當除鹽設備不運行時,特別是在夜間,補給水澄清池的出水也可以流到工業水池,作為工業用水使用;６臺原水泵，３臺用于工業水澄清池，３臺用于補給水澄清池；６臺空氣擦洗重力濾池；２臺過濾水輸送泵；２臺泥渣泵；２臺反洗水泵；２臺反洗廢水泵；２臺羅茨風機；２臺次氯酸鈉泵；６臺凝聚劑泵；６臺助凝劑泵；目前又有２臺六偏磷酸鈉泵改為助凝劑泵使用，原來的助凝劑泵改為凝聚劑泵使用。
二、本廠的水源特點
本廠的水源是長江水，無備用水源。原來工業水澄清池和補給水澄清池的進水一樣都是來自于凝汽器循環冷卻水管道，目前廠里為了環保需要，爐底沖灰水采用閉式循環運行方式，工業水澄清池的進水一般情況下來自于回收水，二種進水方式可以切換。
長江水是地表水，水質隨季節變化而變化，夏秋天為豐水期，水質相對來說較好,含鹽量較少，冬天為枯水期，水質就較差,含鹽量較高。水處理設備應該也必須適應于這種變化。所以本廠水處理系統的設計水質就包含了豐水期水質和枯水期水質二部分，設計的水處理系統能夠在最壞的水質下生產出合格的補給水，滿足熱力設備的需要，不至于由于水源水質變化而影響熱力設備的正常運行。根據本廠的設計水源水質，本廠的水源有以下幾個特點：
1、本廠位于長江入海口南岸，在長江枯水期時（每年11月至翌年4月左右）水位偏低，易受海水倒灌影響，原水水質惡化，特別是 cl-很高，嚴重影響除鹽設備的正常運行，導致再生相當頻繁，酸、堿耗增大。針對這一情況，本廠在除鹽設備前設置了反滲透裝置，以減少除鹽設備的負擔。
2、本廠循環水取水口位于上海西區排污口的下游，原水中有機物COD含量較高，使原水水質受到較大污染。為此，我廠設置了活性碳過濾器，以幫助除去水中的有機物。
3、由于長江水是地表水,在夏天洪水期間,水中懸浮物含量會急劇增大,增加了澄清池的負擔。根據資料，洪水期間水中懸浮物主要是泥砂，泥砂的平均粒徑為0.15mm,而一般懸浮物的粒徑為0.031mm。為此，在實際運行中。碰到這種情況，就通過增加凝聚劑加藥量和增加排污量等措施來保證澄清池正常運行，出水合格。
三、主要設備介紹
1、澄清池
本廠共有4臺澄清池，既2臺工業水澄清池和2臺補給水澄清池，這2種澄清池除了設備尺寸、出水流量不同外，其余都相同，屬于固體接觸型，具體地說是屬于泥渣循環型澄清池,類似于國內的機械攪拌加速澄清池。該類澄清池可以處理進水懸浮物含量為1000~5000mg/l的水，處理后的出水濁度一般可小于20JTU。
工業水澄清池的最大出力為282T/H，正常出力為200T/H；補給水澄清池的最大出力為210T/H，正常出力為120T/H。設備的構造示意如圖1：
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1—進水管; 2—出水管；3—再循環器； 4—刮泥機；5—集水管；6—集水槽；7—第一反應室；8—第二反應室；9—分離室；10—助凝劑加藥管；11—凝聚劑加藥管
這種澄清池是一正方形混凝土構筑物，池頂為正方形，池底為8邊形的圓形結構，池底內切圓直徑與正方形池頂邊長相同，池底之所以為多邊形形狀，主要是為了便于刮泥板運轉，無死角造成污泥堆積。
進水從進水管引入，進入第一反應室，第一反應室筒體為圓形，進水管從切線方向引入，造成水流在第一反應室內旋轉，使于加快水與藥劑及泥渣的混合與反應。但是，在第一反應室出口處，水流是不容許成旋轉狀態，因為若水成旋轉狀態，會使整個池內水體都發生旋轉，水的澄清效果要變壞。為了防止這種情況發生，在第一反應室內的適當高度又裝有4塊 止旋擋板，使旋轉水流變為平穩上升水流。
在第一反應室內,水除于藥劑混合外,還與泥渣混合。再循環裝置是一個由馬達驅動的攪拌提升裝置，它將池內分離室下部泥渣抽入第一反應室，與原水及藥劑混合，利用泥渣的活性，產生接觸絮凝作用，加快混凝過程，又利用高濃度泥渣，使水容易產生擁擠沉降，便于在分離室使絮狀物沉降。再循環裝置的提升流量是可調的，一般是通過變動它的轉速實現的。
在第一反應室內，還有二根加藥管，一根是凝聚劑加藥管，本澄清池設計是把凝聚劑加在回流泥渣中，這是本設計的一個特點，它對提高泥渣活性很有好處，有利于混凝過程進行；另一根是助凝劑加藥管，它在凝聚劑加藥管上方，一般二者之間距離要保證有半分鐘水的流程，即混凝開始之后半分鐘再投加助凝劑。
第二反應室實際上是起導流作用，有人稱為導流室，它是一個方型鋼板構成，上部內側附有集水槽。它的出水系統是在澄清池頂部設置8根集水管，收集分離室上來的清水，再流入方型集水槽，從引出管引出。在池頂水面處還設有空氣管，用于冬天防凍。集水管是一多孔管，水是從孔口流入（每根集水管上有12只孔）。澄清池排泥是由刮泥耙完成。在池底安裝大型衍架，整個衍架由馬達驅動，衍架下面裝有刮泥耙，刮泥耙按對數螺旋線形排列，池內的泥渣沉積在池底后，由于刮泥耙的轉動，延著螺旋形路線移向中間的污泥坑，由排泥管排出。
本澄清池的動力源是二個電動機，一個供刮泥耙刮泥使用，另一個供再循環裝置攪拌提升使用。
2、重力濾池
本廠在補給水澄清池之后，設有6臺重力式空氣擦洗濾池，來進一步處理補給水澄清池的出水。每臺重力濾池的最大出力為56m3/h,正常出力為40.2m3/h。濾池的結構如圖2。
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澄清池來水首先進入進水槽，六臺濾池共用一個進水槽構筑物，進水通過進水閥進入濾池的進水裝置。濾池的進水分配裝置是一開口的十字型水槽。在水進入分配裝置時，首先到達一方型豎直的桶狀物，水在其中由于轉彎，將空氣分離出來，隨后水進入總進水渠，它是一開口的矩形槽，上接有四根半圓形配水支管，水進入配水支管內，并從管邊溢流出來。該進水分配裝置除了用作進水分配外，還兼作反洗排水的收集裝置。對進水分配裝置總的要求是水力學特性要均勻一致，就是四根半圓形配水支管水力學特性相同。具體說，就是大小相同，安裝水平，相互距離相等，管道邊緣出水面粗糙度相仿等等。
本廠設計濾料為雙層濾料，上層為無煙煤，下層為砂。無煙煤的顆粒為1.0~1.2mm，濾層高度為305mm，裝載體積為4.1m3；砂的顆粒為0.4~0.5mm，濾層高度為305mm，裝載體積為4.1m3。
濾層下的集水裝置由水帽組成，水帽在濾池截面上均勻排布，共裝有水帽18*18只，水帽中心距203mm。水從濾層過濾之后，由水帽收集，進入下部集水室，再由引出管引出。
當濾池需要進行反洗時，水從反洗水槽中流出，反洗水槽中的反洗水是濾池本身的出水，在濾池出水進入到過濾水池之后，由反洗水泵抽出一部分水送入反洗水槽，將反洗水槽充滿備用。反洗過程中要使用壓縮空氣對濾層進行擦洗，壓縮空氣由羅茨風機產生，壓縮空氣管路上沒有閥門，為了防止水倒入壓縮空氣系統，將壓縮空氣管最高點裝設在濾池頂部，這樣可防止濾池內水流入壓縮空氣管中。另外,各個濾池之間的壓縮空氣管道上也沒有閥門,當一個濾池反洗時,由于先將水位放至濾料層表面,此時水的凈壓(壓縮空氣管口處)約為1.1m水柱,羅茨風機出口空氣壓力為2m水柱,所以壓縮空氣可以進入濾池對濾層進行擦洗,而正常運行的濾池的水位達3~4m，壓縮空氣進不去，不致影響正常運行。原設計者就是采用這種方法簡化了壓縮空氣系統，節省了閥門，但它也要求羅茨風機出口壓力穩定。
濾池的反洗水槽是一個六臺濾池共用的構筑物。另外，每個濾池頂部都裝有一水位觸點信號開關，在濾池運行中，由于濾層中污泥增多，阻力加大，造成濾池內水位升高，當升高到水位觸點信號開關時，開關發出信號，濾池由運行轉入反洗，該水位觸點信號開關發出信號時的濾池水位是3.97m。
四、藥品
1.凝聚劑
本廠水的預處理過程中使用的凝聚劑是聚合硫酸鐵（PFS），是1976年由日本提出的一項專利。它是用FeSO4溶液加入適量的H2SO4，并在某種氧化劑作用下進行氧化聚合而得，也是一種無機高分子凝聚劑，其分子式是〔Fe2(OH)n(SO4)3—n/2〕m 。這是一種粘稠狀的液體凝聚劑，日本專利的最初報告表明，它對廢水中有機物去除率較高，它除了具有鐵鹽凝聚劑的優點之外，對COD的去除率也較好，國內從1982年開始制造，目前已逐步推廣、使用。
2.助凝劑
使用的助凝劑是陽離子型助凝劑聚丙烯酰胺（PAM），它是由丙烯酰胺單體聚合而成：
市售聚丙烯酰胺有粉劑和膠狀二種，粉劑含聚丙烯酰胺80%，透明膠狀物中含聚丙烯酰8—9%。它在水處理中使用，一般是在凝聚劑投加之后半分鐘再行投加，因為此時已處于凝聚劑水解結束，進行絮凝的時候。它對絮凝過程十分有利，所以它可以降低出水濁度，提高礬花沉降特性，但它不能提高有機物去除效果。值得注意的是市售的聚丙烯酰胺中經常存在一些單體丙烯酰胺（國產品中曾達到2.65%），它在水凝聚過程中，會溶解于水中而帶出，丙烯酰胺是一個有毒物品，生活飲用水中規定它的含量最高為0.01mg/l（對非經常使用時可放寬到0.1mg/l），所以它的使用劑量不能太高，特別是對供應生活飲用水的處理設備。一般來說，如經常使用的，其劑量不超過1mg/l，對非經常使用的，也不應超過2mg/l。
3、殺菌劑
本廠使用的消毒殺菌劑是次氯酸鈉NaClO。次氯酸鈉是電解食鹽過程中產生的氯氣
再于NaOH反應而得，它是一種強氧化劑，通過水解反應生成次氯酸，因而具有殺菌消毒的功效。
NaOCl→Na++OCl-
OCl-+H2O→←HOCl+OH-
其殺菌作用主要是HOCl，因為HOCl是很小的中性分子，容易擴散到帶負電荷的細菌表面，并穿過細胞壁到達菌體內部，氧化細菌的酶系統，殺死細菌等微生物，OCl-雖然也有一定的殺菌能力，但因帶有負電荷，難以擴散到細菌表面，殺菌效果只有HOCl的1/20，所以次氯酸鈉的殺菌效果與其HOCl和OCl-比值有關，而影響該比值的因素主要是OH-，也就是說與PH有關。當PH﹤5.0時，HOCl占100%，幾乎沒有離子化，殺菌效果最好；當PH=7.5時，HOCl和OCl- 幾乎各占一半；當PH≧9.5時，OCl-占100%，殺菌效果已很微小。在電廠水處理中，這PH值基本上就是指所要處理的水的PH,因為加藥量很小,藥品本身的PH對最終的PH影響很小,天然水PH值一般在7.5～8.5,所以次氯酸鈉的殺菌效果并沒有充分發揮出來。次氯酸鈉的加藥量一般是與水中細菌微生物的多少有關，當水中微生物多時，易于繁殖，加藥量就要增加，反之則可減少。通常用處理后出水中的殘余氯量來控制，稱之為游離氯，一般游離氯控制在≦0.1mg/l。
五、設備的運行管理
在平時的正常生產中，當除鹽系統運行時，4臺澄清池同時運行；當除鹽系統不運行，
特別是夜間工業水用量較小時，就根據當時實際工業水用量，在控制盤上調節4臺澄清池的出力或停運1臺澄清池，保證工業水池的水位在滿液位的80%以上，以滿足全廠的工業用水需要。重力濾池與補給水澄清池的關系是3臺濾池對應1臺澄清池，即A、B、C3臺濾池對應于補給水澄清池A，D、E、F3臺濾池對應于補給水澄清池B。當一臺補給水澄清池運行時,就投運與之匹配的重力濾池。
凝聚劑加藥量是通過控制澄清池出水PH來決定的，一般來說，澄清池出水PH控制在6.9~7.1之間。活性泥渣量是通過控制一反底部泥渣沉降比（V/V10）來決定的，其數值控制在10%~25%之間。當工業水澄清池的進水為閉式循環水時，出水PH就隨進水的PH變化而變化，一般認為出水PH比進口PH低1.5左右就可以了，沉降比控制在5%~10%左右。
重力濾池的反洗可分為自動和人工二種方式,自動是由重力濾池的水位來決定的。反洗過程有反洗程序控制器來執行。
澄清池的排泥方式分為手動和自動二種，手動方式就是根據某只澄清池的泥渣量直接開啟該只澄清池手操排泥閥進行排泥，自動方式就是由排泥程序控制器根據設定的排泥頻率來進行排泥，但是控制器不是控制單個澄清池的，而是一組一組控制的，即不能直接控制某只澄清池的排泥頻率，而是2只工業水澄清池或2只補給水澄清池一起控制的，在平時的生產中根據每個澄清池的泥渣量，兩種方式結合起來使用。
澄清池的出水指標：濁度<10NTU
濾池出水指標：濁度<1NTU
六、運行過程中發生的問題及處理情況
在平時的運行中，我們碰到和解決了不少問題。剛開始運行時，澄清池中加入的是10% 濃度的凝聚劑（聚合硫酸鐵）和進口的助凝劑，后來發現，聚合硫酸鐵的凝聚效果很好，在單獨使用而不加助凝劑的情況下，也足夠能保證澄清池出水水質的合格，所以現在當澄清池的進水為長江水時，只加凝聚劑而不加助凝劑；當工業水澄清池進水為閉式循環水時，由于進水中活性泥渣量很小,PH值比較高且波動較大,在只加凝聚劑的情況下,出水水質較差,因此這時在工業水澄清池中既加凝聚劑又加助凝劑,出水水質有了很大的改善,能夠符合要求。在起初使用聚合硫酸鐵的過程中，發現有時加藥泵打不出藥來，使澄清池中無藥或只有少量藥加入，出現出水PH提高、濁度上升、水質不良的情況，尋找原因，結果發現是聚合硫酸鐵的水解物把藥泵進口濾網的網眼給堵塞了，造成藥泵打不出藥來，這種原因一度是影響澄清池出水水質穩定性的一大因素，后來我們在實際工作中不斷摸索，不斷總結經驗，不斷調整凝聚劑濃度，從開始的10%濃度逐步改為現在直接使用生產廠家供應的原液，情況大為改善，堵塞現象很少發生，大大地提高了澄清池出水水質的穩定性。我們在生產中也碰到過另一個問題是在澄清池的自動排泥過程中，有時會發生自動閥門打開后，被泥渣中的垃圾卡住，排泥結束后關不緊，造成由于澄清池中泥渣量過少，甚至沒有而出水水質不良的情況,但因閥門無法拆開,在澄清池運行時只能采取一些應急措施,不能根本解決問題。后來我們利用機組大修、用水量較少的機會，在澄清池的檢修過程中，在澄清池排泥管中間添加了一只球閥，以便以后再碰到這種情況時，進行隔離檢修。有一段時間，補給水澄清池B的出水水質比較差，于是，我們從各個環節去查找原因，包括加藥量、沉降比、再循環器的轉速、刮泥機的運行情況、放水檢查池內設備結構有否異常等等，結果沒有發現有重大異常，但經過一段時間的試驗，發現當沉降比在10%~15%之間時，出水水質較好，為此，補給水澄清池B的沉降比目前就控制在這個數值，運行情況良好。
還有，我們遇到的另外一個問題是有時特別是在夏季，澄清池的出力跟不上全廠的用水量，影響到全廠設備的正常和安全運行。于是，我們就通過加高消防水池圍墻、減少消防水池的溢水、調大工業水澄清池出力的方法來增加出水量，另外，和有關部門通力協作，尋找泄漏點，減少浪費。通過這些措施，大大地緩解了這方面的矛盾。
七、結論
經過十幾年的實際運行情況證明,這套設備系統基本上能夠滿足生產需求。在生產中，我們不僅能夠生產出足夠的水量來滿足全廠的生產用水，而且能夠在工作中加強管理，不斷總結經驗，發現問題及時尋找原因予以解決，不斷提高設備的性能，使設備處于最佳運行狀態。當然，在以后的生產中，我們必將加倍努力工作，不斷提高設備的運行性能，使得我們的生產情況朝著更好的方向發展。
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