30吨每小时温泉水软化方案.docx

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30吨每小时温泉水软化方案

30吨每小时温泉水软化方案

温泉软化水处理系统

（30m³/h）

设计方案

1、工程概况

温泉原水温度：

65℃～70℃

温泉原水硬度：

475mg/L左右

水量：

30吨每小时

2、设计原则

Ø严格执行国家关于环境保护的政策，符合国家、省市的有关法规、规范和标准。

Ø采用技术先进可靠、经济合理、符合当地的高效节能、操作简单的井水净化工艺，确保井水净化效果，尽量减少占地面积、工程总投资和日常运行费用。

Ø对公司井水实行综合治理，采取全面规划实施的原则，使工程建设与生产相协调，又最大限度地发挥工程的环境效益、经济效益和社会效益。

Ø采用成熟、可靠的控制系统，逐步实现科学自动管理，尽量减轻劳动强度，做到技术先进、经济合理。

Ø积极妥善地采用新技术，在合理利用资金的同时，充分利用先进的技术和设备，以提高行业的设备和技术水平。

3、主要技术参数及要求

3.1设计规模

项目总软化系统处理量30m3/h。

3.2进水水质

温泉原水，硬度475mg/L

3.3出水水质

保证出水水质，不会使用水设备及水泵管道结垢。

出水硬度200左右。

3.4方案选择

（1）选择合适的净化工艺可以明显的降低软化水处理系统的投资和日常运行费用，并直接关系到软水处理系统的净化效果、运行稳定性和管理操作难易，因此必须慎重；

（2）决定软化水处理工艺的几个主要因素首先是原水的水质、水量，要求的用水水质标准，其次是当地的自然环境，允许占地面积需要对各方面进行综合考虑；

（3）水质分析：

本项目为温泉水软化项目，针对公司之前对此类项目的经验效果，制订经济有效的工艺方案；

（4）工艺确定：

在工艺选择时要克服传统工艺流程复杂、占地面积大等缺点，综合考虑净化效果、使用年限、运行管理、运输施工等各个方面，经综合比较后选用纳米沉析软化系统与满室床钠离子反应系统相结合作为处理工艺，确保净化后的水质能满足用水设备进水的相应标准的要求，并在最大程度上满足节省运行费用、简化运行管理。

4、净化工艺方案设计

4.1工艺流程图

4.2工艺单元描述

纳米沉析软化净化技术基本原理：

纳米特种填料（包括NEP、NPS、NSW三大类）采用具有压电性和热电性的无机矿物材料，与其它激活材料、吸附性材料、功能辅料复配后，经过纳米超细加工、混配、造粒、混炼、焙烧等工艺精制而成。

该材料不仅具有极大的比表面积（500-700㎡/g），而且具有电能材料性质，并具备杀菌抑菌的特性。

经过特殊加工和预激活后，在材料中形成了大量的纳米级微电极，并具有较强的远红外辐射能力。

这种微电极和远红外线不仅可以在水流经过的瞬间产生大量的羟基自由基，同时可将水分子团之间的分子键打开，形成小分子水。

作为水净化填料，根据不同用途，采用不同的配方，可制成污水综合净化净化材料、软化水净化材料和饮用水深度净化材料。

其综合特性在于实现对水质的污染物净化、水质软化、小分子化、负离子化以及杀菌等功能。

纳米水净化技术原理分为两步：

1）释放羟基自由基；

纳米电解材料的微电极会使部分水分子发生电解，将水分子的氢键打开，形成氢离子H+和氢氧根离子OH—。

氢离子在微电极负极得到电子补充后还原成氢气，氢氧负离子与周边的另一个水分子结合成相对稳定的羟基自由基H3O2-，即：

H2O·OH-。

羟基自由基的氧化还原电位高达2.80V，远高于臭氧的2.04V，其氧化能力极强氧化能高达501kJ/mol。

2）吸附分解有机物沉析重金属。

水中大量的羟基自由基不仅具有很强的吸附性，能够主动捕捉水中悬浮的、材料吸附的污染物，而且具有很高的氧化还原电位，可以有效分解绝大多数污染物，从而使水质得到净化，并使材料的微孔得到清理。

分解后的物质或变成了无害的二氧化碳与水，或变成了其它化合物沉淀物微粒（如金属氢氧化物）。

从而达到去除处理水硬度的目的。

Ø

能生成金属沉淀M（OH）n或正碳酸盐沉淀的所有金属阳离子：

去除各种形式的钙镁硬度、各种常见的重金属阳离子；

Ø难生物降解的有机物：

苯系物、色度、有机助剂、添加剂、染料、中间合成体。

无机有毒物质：

氨氮、硫化物、氰化物等；

Ø水特征污染物：

苯系物、卤代烃等

这些羟基自由基可以在常温常压无催化的条件下，快速无选择的攻击分解水中附近的各种污染物质，特别是较难生化降解的污染物质，可以对污染物质“断链破环”，将大分子打碎成小分子化合物，将复杂污染物分解成简单污染物；而羟基自由基更与金属阳离子及金属化合物发生反应，与各金属离子直接发生化合反应，形成沉淀物；对金属化合物可以沉析出各种能形成氢氧化物沉淀的金属阳离子，形成化合物M（OH）n，诸如常见的二三价碱金属阳离子Pb、Cd、Ag、Zn、Cu、Ni、Fe、Mn、Ca、Mg等，使金属离子被去除，因此可以减轻对厌氧微生物的毒性抑制；而反应中过量的羟基负离子则以氢氧根离子的形式在水中形成微弱的碱度。

纳米沉析软化技术特点：

纳米沉析软化技术偏重于产生氢氧根环节，而省略了较多产生羟基自由基环节的物质配方，以提高其产生氢氧根离子浓度的能力。

纳米沉析软化技术除了用于重金属阳离子净化外，更常用于各类水的钙镁硬度软化净化，包括各种中低压锅炉进水、冷却循环水除硬度；重金属离子吸附沉析净化，包括各类矿业企业及电镀行业重金属的净化，特别是最难进行的重金属最后的深度净化。

●

可作为各类水的钙镁硬度软化处理，包括各种中低压锅炉进水、冷却循环水除硬度；纳米沉析软化材料接触时间（HRT）在10分钟时的效率可以稳定在70%以上。

●可作为RO工艺的水质改性预处理段。

可以去除大部分的钙镁铁锰及其化合物、悬浮颗粒物以及有机物SDI。

因此延长RO膜的反冲洗周期和RO膜的使用寿命、节约反洗用水70%左右。

延长使用寿命就是减少了RO膜更换的折旧成本，可将原水电解成小分子水，在其反渗透效率不变的情况下，提高RO膜的产水率。

●

可作为离子交换的预处理设备，减少金属阳离子总量降低阳床负荷，延长再生周期，节省药剂费，延长其使用寿命。

特别是降低重金属离子（例如最常见的Cu、Fe离子）对阳床的不可恢复性损伤有非常好的保护作用。

●作为低压锅炉软化水给水、冷却循环水给水处理系统，可有效防止在锅炉内表面及热交换器的结垢问题。

独有的形成超细碳酸钙的能力，有将反冲洗周期提高到10天左右。

●软化效率高、再生周期长、水排放少、可有效去除水中最常见的钙、镁、电镀及金属行业中的各种二三金属阳离子，金属离子越大效率越高。

●不仅降低水的硬度，而且还可以去除水中重金属及游离氯、硫化物、氨氮等溶解无机物，长效杀菌抑菌，使用寿命较长久的新型软化净化水质的材料。

可实现节省70%RO浓水排放，节省65%-80%的运行费用。

大幅度环保节能，并提高水质，降低SDI。

技术优势

1）软化效率高：

瞬间软化效率高（10-30min）。

可沉析金属阳离子去除率至少达80%以上。

2）运行费用低：

运行过程中再生周期长（是离子交换树脂再生周期的5倍），耗水少，排放低，无额外能耗。

应用于RO预处理，无需另外加混凝剂、阻垢剂、离子交换树脂等，大大降低运行成本。

3）材料稳定性极强，不会发生破裂或溶解的情况。

4）故障率低：

因为设备很少，仅一组管道泵，环节少，几乎没有故障。

5）具有多种功能：

除了可以软化水质外，还有杀菌、降低浊度、去除重金属、化学有机物、残留农药及氯化物、硫酸铜等溶解无机物。

还能提供小分子水。

6）安装简单、无需加药、安全可靠、没有污泥，设备极少，几乎不需维护。

7）寿命较长久：

设备可长久使用，正确使用一般都能做到4-6年以上，大大超越离子交换树脂的使用寿命。

8）自动化程度：

容易实现自动化，人员安排及日常维护费用相当低。

9）安全性好，本材料无任何毒副作用，对环境无二次污染。

在本方案中，选用纳米沉析软化技术（NPS）与石英砂过滤器配合使用，首先硬度较高的水先由NPS系统沉析软化，再经过石英砂过滤器，过滤掉水经过NPS形成的小水渣，达到去除原水硬度的目的。

且本系统NPS技术完全适合高温水软化处理。

4.3针对温泉水软水处理应用中，纳米沉析软化技术的优势

NPS软化技术产生的不完美结晶超细氢氧化物对结垢的影响

1、技术原理

在软化水水处理，采用NPS技术进行处理后的水由于NPS可以在有压力水经过的时候产生纳米微电场，可以产生如下现象：

1）纳米微电解水中的水分子，形成氢氧根离子（OH-）和氢离子（H+）

2）在纳米材料表面发生氧化还原反应，生成羟基自由基（·OH）及新生态的氢[H]

3）氢氧根离子、羟基自由基可以与水中的金属二三价阳离子及银镍等一价金属离子形成可以沉析的氢氧化合物水渣，如采用自来水作为软化水水源则会产生超细碳酸钙和超细碳酸镁等。

4）在小分子水的作用下产生不完美结晶的水垢（软垢、粉状垢），从而抑制锅炉结垢，避免锅炉因结垢引起暴管、鼓包事故发生。

不完美结晶的水垢的最直观的表现就是超细级的氢氧化物水渣的存在。

因此只要获得NPS出水超细氢氧化物的量变化的情况，即可判断NPS填料的是否正常发挥功效。

2、技术相关数据采集与分析

2.1样品采集试验方法

为验证上述理论，自2010年在四川攀钢的生产项目反应器在运行过程中，我们2012年4月下旬截取了自4月22日至5月11日区间，强制不再生的情况下的出水进行深度分析。

本项目是对已经使用2年多的NPS填料在一次再生之后，连续20天不再生对其软化的水进行了重点分析，并每日观察锅炉内结垢情况。

试验着重对出水的超细氢氧化物的含量进行称量分析。

2.2超细氢氧化物采集及分析方法

超细氢氧化物的测定范围是平均粒径0.01μm＜d≤0.1μm的颗粒粒径的氢氧化物水渣。

故试验通过采用超滤（0.1μm）+反渗透膜（0.01μm）分离和蒸发皿蒸干称量法测定。

2.3数据分析及汇总

生产模拟性试验用NPS填料反应器的负荷取值为10m³/（t·h），经过取NPS进出水，以及对比锅炉长垢的情况，得到实验数据如下：

NPS处理锅炉水处理生产性试验取样检测

3、数据与技术分析

1）通过上述表格可以认定，经过NPS处理后的硬度去除效率主要体现在早期的3~5天之内。

而5~10天之后硬度去除效率已经降低到40%以下。

见图1。

2）通过对比发现，超细氢氧化物（主要是氢氧化钙、氢氧化镁）的浓度出现了一抛物型曲线发展趋势。

早期时随出水硬度增高而浓度逐步走高；但自第9-10天出现浓度最高值之后，随出水硬度增高而逐步走低，出现缓慢的下降趋势。

见图2。

图1硬度去除率分析表图2出水硬度与超细氢氧化物浓度关系

4、结合日常使用及试验现象的综合分析

经过上述实验，验证了超细氢氧化物的存在的情况，以及对硬度的构成贡献影响程度。

攀钢项目目前采用的为10d周期再生，后续小锅炉的水垢增长极为缓慢，而试验用反应器再长时间如果控制为15d则加速出现水垢情况，而如果采用20d再生周期则水垢增长速度为15d为周期的近5倍量。

因此超细氢氧化物水渣量出现峰值，也印证了NPS填料硬度处理效率下降是因为填料被水渣包裹，降低了有效空间，同时产生氢氧根离子和羟基自由基减少，也影响了超细氢氧化物的产生。

5、结论

一般对于硬度在120~180mg/L范围的自来水，在NPS负荷为10m³/（t·h）的情况下，处理水中的硬度基本前1~10天效率较高，硬度去除效率为40~80%，但锅炉基本不会结垢。

结合目前实验反应器日常运行多年来每周定期再生一次（再生周期7日）不会产生水垢的情况，已经可以认定目前出水虽然有垢，但是仅仅以软垢形式存在，软垢基本上为不完美晶格的超细氢氧化物，其不会固结在锅炉内壁上，长期应用没有对普通低压锅炉造成负面影响。

而出水的超细氢氧化物水中经过分离后的浓度为20~60mg/L，在第9~10天基本出现了最高值，之后随后下降，说明NPS填料产生超细氢氧化物的能力已经出现衰竭。

如果认为是超细氢氧化物抑制了结硬垢，则目前该生产性试验的水质情况下，再生周期最多可以延长到9~10天。

NPS出水小分子含有一定硬度和超细氢氧化物的水，其水质虽然不能用传统硬度和电导率来评估是否影响锅炉结垢，但是在合理的再生周期控制下，其不会对锅炉造成结垢影响。

6、设计参数指标参考值

对于一般低压锅炉软化水项目可以采用NPS负荷为10m³/（t·h）进行软化。

再生周期一般为4~7日（最长不超过9~10日）可以抑制NPS软化出水造成低压锅炉出现结垢的倾向。

4.5纳米沉析软化系统案例

（1）韩国泰荣集团软化水回用项目

处理原水为首尔市荣泰化学涂料废水，处理后的水直接用于生产再生水回用。

（2）内蒙古东源科技340m³/h循环水回用项目:

（3）厦门市杏林兴业大厦、建昌大厦、东方牡丹园等多座楼顶空调冷却水旁路软化项目设备

冷却水规模一般在1000~5000t/h，处理软化规模为20~100吨/h。

（4）北京美高时标签制品有限责任公司软化水工程

该设施水处理量为200t/d，处理原水为自来水。

（5）青岛派森涂料厂污水及工业软化水处理

（6）攀钢集团钢铁钒钛股份软化水项目

（7）怀柔区卧佛山庄冷水虹鳟养殖循环水处理工程

5、主要设备设计选型

纳米沉析软化系统（NPS）

5.1提升泵

功能：

提升进水压力，保证后续处理工艺有足够的压力，能正常进出水。

提升泵需满足以下技术参数，在原设备出水在设计流量下（30t/h）

流量30m3/h（1用1备）

扬程30m

备注：

根据甲方要求选择泵体材质。

5.2纳米沉析软化净化系统

功能：

在工作压力大于0.2MPa的条件下材料产生静电形成微电场，将水磁化成为小分子水，对水分子进行微电解后形成负离子可以去除水中的金属阳离子同时杀灭水中的细菌。

沉析软化系统过滤器

装填纳米沉析软化材料——填料球

数量1个

规格Φ1.8×3.6m（直筒2.4米）

单个罐体装填数量3.5吨

NPS填料　3.5吨

填充率80%

堆积密度75%

材质碳钢衬胶

进水装置：

多孔塔板带ABS滤帽（塔板钢衬胶材质，滤帽ABS材质）

出水装置：

多孔塔板带ABS滤帽（塔板钢衬胶材质，滤帽ABS材质）

5.3纳米沉析软化系统再生反冲洗系统

沉析软化过滤器反冲洗需要药剂反洗，反冲洗药剂浓度为15%NaCO3（苏打），及5%NaHCO3（小苏打）的混合溶液，可以在储水箱中配置反冲洗溶液，利用污水泵对NSW过滤器进行反冲洗，冲洗后的溶液可回流至储水箱中，反洗时间为1～2小时，冲洗后，用清水或污水正常过滤30分钟后即可。

再生药剂箱

数量1座

规格1.5×2×2.5m

有效水深2m

结构形式玻璃钢

反洗泵

数量2台

运行方式1用1备

型号50m3/h

扬程35m

功率18.5kW

混合搅拌器

数量1台

型号MA0.37/6-210-960

功率0.37kW

5.4石英砂过滤系统

数量1个

规格Φ1.8×3.6m（直筒2.4米）

单个罐体装填数量3.5吨

填充率80%

材质碳钢衬胶

出水装置：

多孔塔板带ABS滤帽（塔板钢衬胶材质，滤帽ABS材质