石家莊纖維過濾器在水處理中的應用
摘 要：采用以纖維材料為濾元的纖維過濾器替代無閥濾池，解決了原生水系統(tǒng)存在的生水處理能力小、出水濁度大、過濾設備反洗自用水量大、換熱器堵塞等問題，保證了生水系統(tǒng)及后續(xù)水處理設備的正常運行，且節(jié)能降耗效益顯著。
關鍵詞：過濾器；生水；工藝流程
生水過濾系統(tǒng)是熱電廠化學水處理的重要環(huán)節(jié)，生水水質的好壞直接影響著后續(xù)水處理設備的正常運行及除鹽水的水質，從而關系到動力、熱力設備長期安全的運行。我廠[河北勁捷環(huán)?！吭到y(tǒng)設計zui大出力為480t/h，由于“十五”擴建工程的需要,外供除鹽水量的增加，生水水量相應增加及水質要求的提高,原有的2臺處理能力為240t/h的重力無閥濾池無法滿足生產需求，且系統(tǒng)存在問題,改造已成必然。經過調研和充分論證決定采用一種新型的束狀軟填料——纖維材料為濾元的壓力式纖維過濾器。
1 生產系統(tǒng)工藝現狀及問題分析
1.1 原工藝流程
原生水過濾設備無閥濾池是采用顆粒狀石英砂為濾元，利用水力學原理設計的一種等速濾池，流速為6～10m/h。原水來自長江,經粗濾進入供水系統(tǒng)低溫電站換熱器（換4）與煉油回熱水（熱除鹽水）換熱加熱至40℃左右后,經無閥濾池過濾到清水箱（池），由清水泵引至后續(xù)水處理設備（除鹽水處理系統(tǒng)）。
1.2 原系統(tǒng)存在的問題
（1）由于系統(tǒng)來水水質惡化,2臺換4堵塞及積泥垢十分嚴重,影響生水加熱；常需停運一臺進行檢修，而單臺換4的出力小，生水溫度達不到工藝要求；降低了離子交換器的周期制水量，增加制水成本。
?。?）無閥濾池反洗自用水消耗量大，且?guī)ё叽罅康臒崃?，造成熱量的極大浪費。
?。?）無閥濾池占地面積太大，處理能力為240t/h的無閥濾池外型尺寸為8m×4m×3.6m，由于受場地及生產情況限制，無法增建一套大的無閥濾池，且顆粒狀濾料進行過濾，其過濾精度受濾料粒徑限制，其出水濁度高達5mg/L，濾料的清洗操作過于繁重；容易產生板積，更換濾料頻繁，勞動強度大。
2 可行性分析
為了解決原系統(tǒng)存在的問題，經過調研分析，我們本著工藝技術且自動化程度高的原則，采用PLC控制對生水系統(tǒng)工藝流程進行改造，系統(tǒng)來生水先經4臺D3000mm纖維過濾器過濾后進低溫電站換4加熱，然后進清水池。單臺纖維過濾器設計出力為210t/h。
2.1 纖維過濾器的工作原理
纖維過濾器是一種將下端掛有重墜的膨化纖維長絲（D20～50μm）束叢，懸吊于設在過濾器上部的多孔板上充當過濾介質的過濾設備。在纖維束叢中貼近多孔板的部分設置有若干個膠囊,過濾時先向囊內充水強行擠壓周圍的纖維束使之密實，然后水流自下而上穿過纖維孔隙進行上向流過的操作。纖維過濾器工作時的狀態(tài)見圖3。
清洗時先排盡囊中的水，撤消對纖維束的擠壓，使纖維束叢在重力和膨化纖維的彈力聯合作用下恢復其膨松狀態(tài)，然后進氣、水聯合拌動擦洗。
由于用作濾元的纖維是一種能彎曲而柔軟的材料，其濾料直徑可達幾十微米，并且在濾料層中存在著大量的縫隙空間,在過濾操作過程中,通過控制對纖維束的擠壓條件就可以得到不同的纖維孔隙率,過濾器的效率和阻力就可以控制在設定的范圍內,解決了傳統(tǒng)的過濾設備無閥濾池、虹吸濾池、機械式過濾器等均采用顆粒狀濾料如石英砂進行過濾,其過濾精度受濾料粒徑較大限制的問題。
微小的濾料直徑,極大地增加了濾料的比表面積和表面自由能,增加了水中雜質顆粒與濾料的接觸機會和濾料吸附能力,從而提高了過濾效率和截污容量。
2 實施
2.1 工藝流程
在過濾器運行前,將囊充水,以保證加壓室達到設定壓力。在過濾器啟動時必須預運行,檢測出水濁度合格后方能并入系統(tǒng)。過濾器運行過程中,對流量的調節(jié)必須平穩(wěn),防止流量突變使過濾產物被"帶出",而造成出水濁度超標。過濾器的清洗過程為：囊排水→風機啟動→下向洗→上向洗四個步驟。
2.2 運行狀況
該過濾系統(tǒng)自2000年7月29日在水處理系統(tǒng)投用至今。為了掌握運行規(guī)律,使該過濾系統(tǒng)能夠安全、、合理運行,我們對過濾器的運行周期進行了試驗。
該系統(tǒng)采用PLC控制,對單臺過濾器失效控制采用三參數控制：（1）進出口壓差≥70kPa；（2）出水濁度≥2mg/L；（3）設定周期累計制水量。滿足其一確認其失效。
該系統(tǒng)在應用中設計了四種運行模式：點操——人工控制每 各個閥門開關； 操——人為控制每 的時間；半自動——整個過程分為囊充水,運行,清洗三 ;全自動——從囊充水至清洗完達備用狀態(tài)。由于水的濁度分析是采用人工分析,一般情況下采用半自動的運行模式就能滿足安全生產的需要。
由于來水受長江季節(jié)的影響,季節(jié)不同,周期制水量也有所不同,周期制水量在8000～10000t之間能保證出水的水質。來水濁度zui大達60mg/L,zui小只有5mg/L,但出水濁度可以達到要求。過濾器在任何情況下都能起到截留作用。對后續(xù)工序起到保護作用。
3 經濟效益及社會效益
生水系統(tǒng)經過改造運行一年半來,解決了原工藝中存在的問題,提高了出水水質及出力,降低了生產成本。
?。?）水耗計算：纖維過濾器周期制水量大,反洗水耗小,減少了水耗,降低了排污量。水耗對比計算見表2。
過濾器全年節(jié)約水量=（過濾器制水率-無閥濾池制水率）×全年生水總量=（0.983-0.974）×3500000=31500t 全年節(jié)約排污費=4.5×31500≈14萬元
?。?）熱能計算：由于采用新工藝,過濾設備用反洗水未經過加熱,減小了熱量損失。
無閥濾池全年反洗水量=全年制水量×（1-制水率）=3500000×（1-0.974）=91000t
反洗水熱量損失=生水溫升×反洗水量×4.18=15×91000×4.18=5.71×106MJ
折標準油=5.71×106/41.87=136.37t式中：41.87——1kg標準油熱值,MJ/kg。
?。?）工藝效果：纖維過濾器的出水水質有了提高,使出水濁度穩(wěn)定并小于2mg/L,減少了陽離子交換器的負擔,可有效地提高離子交換器的周期制水量,降低酸堿耗,減輕了對樹脂的污染。
?。?）解決了換4堵塞問題,提高了換4換熱效果,節(jié)約了檢修費用。改造前兩臺換4由于原水水質差經常堵塞,每年每臺需檢修2～3次,生水由換熱器旁路直接進無閥濾池,熱除鹽水由循環(huán)水冷卻增加了循環(huán)水場的負荷。同時由于生水溫度低,后續(xù)設備離子交換器的周期制水量下降,酸堿耗增加。改造一年半來未發(fā)生堵塞現象,節(jié)約了檢修費用,降低了工人的勞動強度。
5 結束語
以纖維為濾料的纖維過濾器與以石英砂為濾料的無閥濾池相比,具有過濾效率高、濾速快、截污容量大、周期制水量大、自耗水低、占地面積小的特點,同時解決了原工藝流程中存在的問題,有較高的經濟效益及社會效益。如能改進濾料的清洗技術,簡化過濾設備的內部結構,使之具備直接處理高濁度進水能力以及較好的解決纖維過濾設備大型化的問題,可在水處理領域得到更廣泛的應用。
