机械过滤搅拌澄清池改造方案.docx
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机械过滤搅拌澄清池改造方案
机械搅拌澄清池进行低浊水混凝处理的问题分析与改进意见
北京京能热电股份有限公司（北京100041）刘政修刘玉仁
摘要：
机械搅拌澄清池适于高浊度水型原水的处理，机械搅拌澄清池运行状况，直接影响后续水处理设备能否安全稳定经济运行。
通过试验，分析机械搅拌澄清池容积利用系数偏低的原因，重点在运行管理上提出解决方案。
为使机械搅拌澄清池适于低浊度原水处理的需要，从机械搅拌澄清池内部结构上，提出了合理改进意见。
关键词：
澄清池；低浊水；混凝；改进
机械搅拌澄清池在电站锅炉补给水处理系统中应用广泛，它的作用是将原水中的胶体微粒、泥沙等杂质在池中进行充分的混凝，使之成为较大的固体颗粒，并将混凝体与水进行分离，使处理后的水质得到澄清。
机械搅拌澄清池与其他类型的澄清池相比，具有体积小、产水量大的特点，属于高效池型，对原水水质、水温变化适应能力相对较强。
该种池型虽得到广泛的应用，由于原水水质、处理方式，以及对出水水质的要求不尽相同，在水处理生产实践中暴露出问题是不少的，值得提出的是该种池型作为低浊水混凝处理设备所存在的问题较为显著，特别是后续水处理系统为膜法脱盐时，其对进水水质要求严格。
澄清池出水水质的优劣已成为电站锅炉补给水处理工作的关键。
以北京京能热电股份有限公司机械搅拌澄清池为例，所存在的主要问题可大体归结两点：
（1）、机械搅拌澄清池出水携带矾花量较多，出水水质差。
（2）、水处理系统安装有膜式脱盐（EDR、RO）预脱盐设备，对原水经预处理后的水质要求严格，虽水处理系统中设有二级过滤、活性炭过滤设备，但由于机械搅拌澄清池出水水质不良，造成机械过滤器承受负荷过重，不仅自用水率大，出水水质不能满足膜式脱盐的要求。
1问题分析
1.1机械搅拌澄清池池型与原水水质不适应
机械搅拌澄清池设计的进水水质为高浊度水型，其悬浮物应在1000mg/L~3000mg/L，而北京永定河水为多级库水，悬浮物仅在2mg/L~5mg/L范围内变化，水中的泥沙及胶体颗粒数量小。
水处理方式采用碱式氯化铝混凝，依靠它去捕捉泥沙及胶体颗粒物，而两者在水中存在量极少，氢氧化铝矾花面对数量极少的捕捉对象，需要较长的混凝时间方可达到去浊目的；又由于氢氧化铝矾花自身体轻，要想将矾花自水中分离，更需要较长时间才能达到。
由于此种池型为高效池型，池子容积与水处理水量比值小，即水在池中停留时间短，在实际运行中只能采取降低澄清池运行负荷，澄清池实际出力一般为额定出力的50
~70%。
此种处理手段与机械搅拌澄清池设计初衷是相矛盾的。
有些单位为满足处理水量与出水水质的要求，不得已向低浊水中加入泥土，使本来洁净的水成为高浊水，来满足此种池型处理要求。
加泥土作为水处理技术一项工艺，无论在理论上还是在实践中，无可厚非。
但从事务的本质来看，研究是水型要满足池型条件，还是池型适合于水型，这两方面的是与非至今未未得出结论。
我们认为后者是正确的，机械搅拌澄清池应适用于低浊水处理，因此应对机械搅拌澄清池的内部结构进行改造，以满足低浊水处理的需要。
1.2碱式氯化铝和水解后含有游离酸
经对碱式氯化铝含游离酸测试，碱式氯化铝pH为2.8，将碱式氯化铝pH值提高到6.2时，每mL碱式氯化铝需加1mol/LNaOH溶液2.8ml，也就是说1L碱式氯化铝含游离酸2.8mol。
将1L碱式氯化铝药液加入含碳酸盐的原水中，会产生二氧化碳气体62.72L，是碱式氯化铝加入体积的60倍以上。
当碱式氯化铝与原水接触后，所产生的二氧化碳量除满足矾花体二氧化碳饱和需要量外，多余的二氧化碳析出，以气泡形式附着在矾花体上，进一步使矾花体减轻，促使矾花上浮。
1.3水温波动影响
机械搅拌澄清池出水质量好坏，水温是一个关键因素。
在北方冬季原水一般均采用加热升温的方式，以消除由于原水温度低对混凝效果所带来的影响。
但在澄清池实际运行中对水温的稳定性要求非常严格，通常要求水温变化不超过±1℃/h，一般情况下，原水预热器达不到上述要求。
因此，应尽力维持原水温度稳定，把原水温度波动范围控制在最小程度。
以上仅针对石景山热电厂澄清池运行效果不良主要原因做了技术分析，其他问题如管理、监督、调整等，也影响澄清池出水质量，不在此赘述。
2解决问题的原则
2.1指导思想
2.1.1结合现场实际，进行科学分析。
2.1.2以试验为基础，采集数据，为澄清池改造提供依据。
2.2解决途径
2.2.1池型与水型应进一步适应----澄清池结构改进。
2.2.2工艺改进:
包括控制工况与加药工艺。
3澄清池有效容积系数测定试验
1995年5月4日石景山热电厂化学车间，对#1、#2澄清池进行了有效容积系数测试试验，其目的是鉴定澄清池的水力特性，给澄清池改造提供参考。
3.1试验方法：
向空气分离器加饱和食盐水15kg，每隔5min，测定澄清池第二反应室泥渣水及清水的氯根。
3.2采样点布置
由于人力的限制，未能在澄清池整个截面分布取样点，而只是在澄清池的顶部局部区域选择了具有代表性的测点，参见图1、图2
图1#1澄清池采样点分布图2#2澄清池采样点
3.3试验结果
通过#1、#2澄清池有效容积系数氯根的测试，其结果列于表1、表2（附后）。
我们可以看出，#1澄清池进水流量为140t/h，相当铭牌负荷70%，提升叶轮转速800rph（13.3rpm），提升叶轮开度100%。
9:
08投加氯化钠，清水区出现氯根高峰时间为9:
55，水在池内停留时间47min（管道停留时间可略）。
#2澄清池进水流量为130t/h，相当铭牌负荷65%，提升叶轮转速与开度与#1澄清池相同。
10:
36投加氯化钠，清水氯根出现高峰时间为11:
25，水在池内停留时间49min。
3.3.1有效容积系数
η=tφ/tm
tφ—水在澄清池内理论停留时间
tm—水在澄清池内实际停留时间
η—有效容积系数
机械搅拌澄清池的有效容积，是指第一反应室、第二反应室及清水区。
经计算，第一反应室容积为87.29m3，第二反应室容积为16.60m3，清水区容积为96.29m3，三者总容积为200.18m3。
#1澄清池试验时流量为140t/h，澄清池水在池中理论停留时间为：
tm1=200.18÷140=1.43h；#2澄清池试验时流量为130t/h，澄清池水在池中理论停留时间为：
tm1=200.18÷130=1.54h。
#1澄清池η1=0.783÷1.43=0.55
#2澄清池η2=0.817÷1.54=0.53
从测试结果来看，澄清池有效容积系数偏小，其原因待后面分析。
3.3.2清水上升流速V1
200t/h澄清池清水区表面积为58.34m2
#1澄清池清水上升流速
V1=140÷58.34×1000÷3600=0.67mm/s
#2澄清池清水上升流速
V2=130÷58.34×1000÷3600=0.62mm/s
3.3.3泥渣回流比计算
3.3.3.1水在清水区停留时间t1
200t/h澄清池清水区设计高度为1.7m
#1澄清池清水在清水区停留时间t1=1700÷0.67÷60=42.28min
#2澄清池清水在清水区停留时间t1ˊ=1700÷0.62÷60=45.69min
3.3.3.2水在第一、二反应室停留时间
#1澄清池t2=47-42.28=4.72min
#2澄清池t2ˊ=49-45.69=3.31min
3.3.3.3叶轮提升水量Q1（估算）
#1澄清池Q1=87.29*÷4.72×60=1109.6t/h
#2澄清池Q1ˊ=87.29÷3.35×60=1563.4t/h
*87.29为一反应室容积，单位：
m3
3.3.3.4泥渣回收量Q2与回收比P
#1澄清池回流量Q2=1109.8–140=969.6t/h
#2澄清池回流量Q2ˊ=1563.4–130=1433.4t/h
#1澄清池回流比P=1:
969.6÷140=1:
6.93
#2澄清池回流比Pˊ=1:
1433.4÷130=1:
11.03
3.3.4有效容积系数偏小原因分析
通过#1、#2澄清池有效容积系数的测定，出现了一个异常情况，二台澄清池试验流量为铭牌负荷65~70%，从计算数据上看清水上升流速不足0.7mm/s，较设计流速1mm/s低，按道理水在池中停留时间应该长，应高于水在池中停留1小时以上设计数值（经计算第一、二反应室及清水区总容积为200.18m3，基本上是铭牌负荷（200t/h）的1倍容积）。
可是本次试验水在池中停留时间仅为47~49min，为什么呢？
针对此问题现分析如下：
3.3.4.1斜管管壁自身体积与斜管倒塌堵塞，使清水区有效面积减小，造成水在池中停留时间缩短。
3.3.4.2泥渣回流量过大
虽然泥渣回流量在计算方面存在有偏差较大，如流量表指示的准确性、斜管占用的容积、实际尺寸与图纸尺寸的偏差等，但通过计算基本上仍能反映出一些问题，这也和试验期间的一些控制参数相符，提升叶轮开度已达100%，叶轮转速为800rph，与相关资料对照，其泥渣回收量是大的。
由于泥渣回收量过大，造成水在第一、二反应室停留时间短，分离水室也失去了缓冲性，此方面也是造成水在池中停留时间短的不可忽视的因素。
4关于中和碱式氯化铝原液和水解后游离酸的试验
为提高澄清池出水质量，进行了中和碱式氯化铝原液和水解后游离酸的试验室试验，水样为永定河水。
4.1试验目的
4.1.1中和碱式氯化铝原液和水解产生的游离酸，减少铝盐矾花体二氧化碳气泡附着量，克服矾花上浮现象。
4.1.2提高碱式氯化铝碱化度，增大矾花体积，提高下沉速度。
4.2试验内容
4.2.1碱式氯化铝原液与水解后含酸中和需碱量
取碱式氯化铝10ml滴加1molNaOH，当pH达到6.2时，所需1molNaOH量为28ml。
每升碱式氯化铝含游离盐酸2.8mol，相当于盐酸含量为10.22%。
在正常运行条件下，1L碱式氯化铝能够处理10t原水，每吨水中的矾花体将含有6L二氧化碳气体，对澄清池的稳定运行影响很大。
4.2.2中和与不中和碱式氯化铝混凝对比试验
4.2.2.1试验方法
（1）、取两支500ml烧杯，分别加入1ml碱式氯化铝药液，向每支烧杯各加入1molNaOH2.8ml混匀。
中和游离酸后，各烧杯分别加入500ml试验水样，搅动5分钟后，将试验水样置于500ml量筒中，观察矾花体下沉状况。
（2）、另取两支500ml烧杯，分别加入1ml碱式氯化铝药液，各烧杯分别加入500ml试验水样，其他条件与
（1）相同。
（3）、此项试验重复一次。
4.2.2.2试验结果
（1）、未进行碱中和混凝试验结果
碱式氯化铝未加碱中和，在500ml量筒中静止观察，1min后矾花细碎，筒底无明显矾花，水中有气泡上浮。
12min30s时矾花较前有所增长，矾花体粘有数个气泡向上浮动升至水面，随时间延长水面聚集矾花体数量增加。
测定其清液浊度分别为3.31mg/L、3.37mg/L、3.55mg/L，平均为3.43mg/L。
（2）、加碱中和后混凝试验结果
A、加碱中和后无气泡产生，克服了矾花体上浮现象。
B、加碱中和后矾花体积大，沉降速度快。
C、清水浊度有所改善，加碱中和后清水浊度四次测试值分别为0.96mg/L、2.52mg/L、1.48mg/L、1.49mg/L，平均值为1.61mg/L。
加碱中和与未中和清水浊度测试结果相比，加碱中和后清水的浊度值降低了1.82mg/L。
在这里有一点需要说明，使用浊度计测量清水浊度值，只能相对说明问题，这是因铝盐矾花体透光性能好，对浊度测量有一定的干扰，按实际情况加碱中和与不中和二者的清水浊度值差别是更大的。
5改进意见
5.1运行管理方面
5.1.1降低泥渣回流量
通过澄清池有效容积系数的测定，泥渣回收量过大。
在澄清池运行负荷只为铭牌负荷70%的条件下，由于泥渣回流量过大，水在分离水室来不及分离、澄清即进入清水区斜管之中。
虽然斜管具有一定的捕泥效果，但对于低浊水采用单纯铝盐混凝的处理方式，其除泥效率只为20~40%，大量矾花随水通过斜管，造成澄清池出水混浊。
对高浊水，要求控制泥渣回流比在1:
3~5，其理由是由于泥渣量多，且泥渣密度大，为维持第一、二反应室适当的泥渣浓度，增大泥渣回流量后泥渣易分离，使多余泥渣进入分离室中的泥渣浓缩室，连续排出池外。
而低浊水情况恰好相反，维持第一、二反应室必要的泥渣浓度是相当困难的。
另外泥渣含水量大、密度小，增大泥渣回流量后由于泥渣分离效果差，必然有一部分泥渣（矾花）随水流出，不仅出水含矾花量多，而且也造成泥渣的损失。
针对上述问题，将#1澄清池提升叶轮转速由800rph至300rph，（#1澄清池提升叶轮开度不详，观察#2澄清池提升叶轮开度已达100%），经五天的运行观察清水区未见大量矾花上浮，出水清澈，进一步说明了降低泥渣回流量对提高出水质量会起到一定作用。
5.1.2减小提升叶轮开度，增加转速
减少泥渣回流量，关键是减小提升叶轮开度。
上述#1澄清池降低转速的做法，是对提升叶轮开度不清楚的情况下所采取的手段，如以#2澄清池为参照的话，#1澄清池叶轮开度也已达100%，为降低泥渣回流量，只能降低转速。
当提升叶轮开度减小后，可适当增加转速，以增加第一、二反应室泥渣碰撞机会，减少池底的污泥沉积，对提高出水质量会带来好处，这些工作都要通过出水质量来鉴别与确定。
5.1.3通过运行摸索，确定排泥周期
泥渣随出水流出是害处，当第一、二反应室缺少泥渣，影响混凝效果，也是害处，在运行生产实践中已证实了这一点，清水区斜管上部矾花漂浮像锅稠粥，而第一、二反应室泥渣极少，为减少清水区矾花，只能采取加强排污的处理方式，造成了恶性循环。
目前，澄清池存在的问题依然不够明朗，有许多方面仍需要认识和重视。
对低浊水混凝处理问题，维持泥渣一定浓度是至关重要的，现提出以下二点原则要求，供参考。
（1）、控制第一、二反应室泥渣沉降比在10%~20%。
（2）、分离室泥渣面应控制在导流筒出口以下。
针对以上原则，确定澄清池合理的排污周期间隔和排泥时间。
5.1.4斜管应定期进行冲洗，防止堵塞
通过上述试验可以了解到，水在澄清池中停留时间不足50min，不均匀系数a=1.07，虽然影响二者的因素是多方面的，但不能排除与斜管倒塌、堵塞无关。
从#2澄清池来看，1994年更换斜管，斜管规格为外切圆直径为Φ600mm，较正常水处理所采用的斜管直径大0.5倍，但仍有不少斜管被泥渣堵塞。
论其原因，与供水紧张、澄清池运行工况恶化，又无条件停运冲洗是有直接关系的。
5.2消除尚存缺陷
5.2.1#1澄清池内的斜管倒塌严重，需进行更换。
新更换的斜管应注意管径不宜过大，建议选择规格为外切圆直径Φ40mm的斜管。
5.2.2#2澄清池布水三角区堵塞，长期未能得到解决，需消除此项缺陷。
5.2.3#1、#2澄清池集水槽孔眼水平度差，造成出水偏流。
5.3改进
5.3.1 目的
5.3.1.1 减少水温波动对出水水质量的影响，保证冬季安全供水。
5.3.1.2 延长水在澄清池内停留时间，提高出水质量。
5.3.3 改进内容
5.3.3.1集水槽的改进
改进原因：
#1、#2澄清池现在集水槽为水泥环型槽，槽壁开孔水平度差，引水不均，造成偏流，使澄清池运行稳定性降低。
改进方案：
仿石热3#澄清池改为铁制放射状集水槽，水平度便于人工调整，收水均匀。
方案见图8:
330mm
1650mm
槽宽：
200mm数量：
8个
图1集水槽改进示意图
5.3.3.2三角区出水加装导流板，延至一反应室伞板下沿。
改进原因：
延长混凝时间，减缓水温变化对出水水质的影响。
改进方案：
澄清池三角区原有Ф100mm通水孔16个，自三角区加装导流板，延第一反
应室伞板向下延伸，至伞板底部，接近于池底，使新鲜的原水自池底与回流泥渣混合，第一反应室容积得到了充分利用，不仅延长了混凝时间，而且对减轻池底泥渣厌氧也会起到积极作用。
参见图2。
5.3.3.3导流板延伸
改进理由：
创造分离区无回流扰动的环境，形成稳定的泥渣吸附层，延长出水净化分离高度，改善分离环境。
改进方案：
顺导流板斜度向下延伸至第一反应室伞板下沿，导流斜板与一反应室伞板间距为500mm，导流板改进后距池顶垂直深度为4.35m，增加垂直深度达两米之多，为分离室消除干扰因素创造了条件。
参见图2。
6澄清池改进后的效果评估
6．1机械搅拌澄清池的内部结构改进后，杜绝了池内水流走捷径问题，澄清池的有效容积得到了充分发挥，提高了澄清池有效容积系数，使之进一步适应低浊水型的要求。
6．2机械搅拌澄清池内部结构改进后，不仅保留了泥渣循环功能，而且创造了分离室泥渣吸附的环境条件，对提高和稳定出水水质是十分有利的。
6．3机械搅拌澄清池内部结构改进后，泥渣沿着固定的途径循环，泥渣循环水流在不同的空间均有不同的速度梯度（G值）的明显变化，为泥渣相互间的碰撞提供了有利条件。
6．4由于氢氧化铝矾花含水量大，易破碎，对机械搅拌澄清池来说，泥渣回流量过大是影响矾花破碎的主要因素，澄清池经改进后，由于新鲜的原水被引伸到池底，将会减轻池底泥渣厌氧现象产生，为降低泥渣回流量提供有利条件。
6．5澄清池内部结构改进后，需要进行调整试验，以确定运行负荷、药剂计量、第二反应室泥渣沉降比和回流比等。
经改进后的澄清池为一些参数（泥渣沉降比、回流比等）提供了可控制的基础条件，只有严格控制运行各项参数，低浊水澄清处理会提高到一个新的水平。
图2机械搅拌澄清池内部结构改造示意图（实线部分为待改造内容）
表11#澄清池有效容积系数各点氯根测试结果
序号
时间
A
A1
A2
B1
B2
不均匀系数
1
9：
05
78
78
82
82
84
2
9：
10
87
84
84
84
3
9：
15
82
82
118
86
118
4
9：
20
80
83
116
86
118
5
9：
25
80
84
110
82
112
6
9：
30
84
86
108
82
118
7
9：
35
86
84
104
82
96
8
9：
40
88
89
102
82
100
1.09
9
9：
45
88
88
100
84
100
1.05
10
9：
50
98
92
98
102
98
1.11
11
9：
55
107
94
98
106
100
1.14
12
10：
00
107
106
94
104
98
1.03
13
10：
05
96
101
94
100
96
1.05
14
10：
10
94
94
90
100
96
1.06
15
10：
15
94
93
92
98
92
1.05
16
10：
20
94
94
88
96
92
17
10：
25
93
93
88
94
88
表22#澄清池有效容积系数各点氯根测试结果
序号
时间
D
D1
D2
C1
C2
不均匀系数
1
10：
35
78
78
80
82
2
10：
40
82
80
102
82
106
3
10：
45
83
83
116
82
114
4
10：
50
82
81
110
82
104
5
10：
55
83
81
102
83
100
6
11：
00
86
85
100
83
104
7
11：
05
100
91
98
85
102
1.18
8
11：
10
101
93
96
92
98
1.10
9
11：
15
103
100
92
94
96
1.10
10
11：
20
103
104
92
100
90
1.04
11
11：
25
102
103
92
103
96
1.04
12
11：
30
102
102
86
100
90
1.02
13
11：
35
99
103
88
98
88
1.05
14
11：
40
100
101
88
98
96
1.03
15
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
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