华能上海石洞口第二电厂化学预处理系统的设备特点和运行分析
一、概况
化学预处理系统的简单示意图如下：
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本厂预处理系统的主要设备为:4台澄清池,其中2台为工业水澄清池,用于工业水处理,2台为补给水澄清池,用于锅炉补给水处理,由于本厂除盐设备不是24小时运行,一般只在白天运行,所以当除盐设备不运行时,特别是在夜间,补给水澄清池的出水也可以流到工业水池,作为工业用水使用;６台原水泵，３台用于工业水澄清池，３台用于补给水澄清池；６台空气擦洗重力滤池；２台过滤水输送泵；２台泥渣泵；２台反洗水泵；２台反洗废水泵；２台罗茨风机；２台次氯酸钠泵；６台凝聚剂泵；６台助凝剂泵；目前又有２台六偏磷酸钠泵改为助凝剂泵使用，原来的助凝剂泵改为凝聚剂泵使用。
二、本厂的水源特点
本厂的水源是长江水，无备用水源。原来工业水澄清池和补给水澄清池的进水一样都是来自于凝汽器循环冷却水管道，目前厂里为了环保需要，炉底冲灰水采用闭式循环运行方式，工业水澄清池的进水一般情况下来自于回收水，二种进水方式可以切换。
长江水是地表水，水质随季节变化而变化，夏秋天为丰水期，水质相对来说较好,含盐量较少，冬天为枯水期，水质就较差,含盐量较高。水处理设备应该也必须适应于这种变化。所以本厂水处理系统的设计水质就包含了丰水期水质和枯水期水质二部分，设计的水处理系统能够在最坏的水质下生产出合格的补给水，满足热力设备的需要，不至于由于水源水质变化而影响热力设备的正常运行。根据本厂的设计水源水质，本厂的水源有以下几个特点：
1、本厂位于长江入海口南岸，在长江枯水期时（每年11月至翌年4月左右）水位偏低，易受海水倒灌影响，原水水质恶化，特别是 cl-很高，严重影响除盐设备的正常运行，导致再生相当频繁，酸、碱耗增大。针对这一情况，本厂在除盐设备前设置了反渗透装置，以减少除盐设备的负担。
2、本厂循环水取水口位于上海西区排污口的下游，原水中有机物COD含量较高，使原水水质受到较大污染。为此，我厂设置了活性碳过滤器，以帮助除去水中的有机物。
3、由于长江水是地表水,在夏天洪水期间,水中悬浮物含量会急剧增大,增加了澄清池的负担。根据资料，洪水期间水中悬浮物主要是泥砂，泥砂的平均粒径为0.15mm,而一般悬浮物的粒径为0.031mm。为此，在实际运行中。碰到这种情况，就通过增加凝聚剂加药量和增加排污量等措施来保证澄清池正常运行，出水合格。
三、主要设备介绍
1、澄清池
本厂共有4台澄清池，既2台工业水澄清池和2台补给水澄清池，这2种澄清池除了设备尺寸、出水流量不同外，其余都相同，属于固体接触型，具体地说是属于泥渣循环型澄清池,类似于国内的机械搅拌加速澄清池。该类澄清池可以处理进水悬浮物含量为1000~5000mg/l的水，处理后的出水浊度一般可小于20JTU。
工业水澄清池的最大出力为282T/H，正常出力为200T/H；补给水澄清池的最大出力为210T/H，正常出力为120T/H。设备的构造示意如图1：
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1—进水管; 2—出水管；3—再循环器； 4—刮泥机；5—集水管；6—集水槽；7—第一反应室；8—第二反应室；9—分离室；10—助凝剂加药管；11—凝聚剂加药管
这种澄清池是一正方形混凝土构筑物，池顶为正方形，池底为8边形的圆形结构，池底内切圆直径与正方形池顶边长相同，池底之所以为多边形形状，主要是为了便于刮泥板运转，无死角造成污泥堆积。
进水从进水管引入，进入第一反应室，第一反应室筒体为圆形，进水管从切线方向引入，造成水流在第一反应室内旋转，使于加快水与药剂及泥渣的混合与反应。但是，在第一反应室出口处，水流是不容许成旋转状态，因为若水成旋转状态，会使整个池内水体都发生旋转，水的澄清效果要变坏。为了防止这种情况发生，在第一反应室内的适当高度又装有4块 止旋挡板，使旋转水流变为平稳上升水流。
在第一反应室内,水除于药剂混合外,还与泥渣混合。再循环装置是一个由马达驱动的搅拌提升装置，它将池内分离室下部泥渣抽入第一反应室，与原水及药剂混合，利用泥渣的活性，产生接触絮凝作用，加快混凝过程，又利用高浓度泥渣，使水容易产生拥挤沉降，便于在分离室使絮状物沉降。再循环装置的提升流量是可调的，一般是通过变动它的转速实现的。
在第一反应室内，还有二根加药管，一根是凝聚剂加药管，本澄清池设计是把凝聚剂加在回流泥渣中，这是本设计的一个特点，它对提高泥渣活性很有好处，有利于混凝过程进行；另一根是助凝剂加药管，它在凝聚剂加药管上方，一般二者之间距离要保证有半分钟水的流程，即混凝开始之后半分钟再投加助凝剂。
第二反应室实际上是起导流作用，有人称为导流室，它是一个方型钢板构成，上部内侧附有集水槽。它的出水系统是在澄清池顶部设置8根集水管，收集分离室上来的清水，再流入方型集水槽，从引出管引出。在池顶水面处还设有空气管，用于冬天防冻。集水管是一多孔管，水是从孔口流入（每根集水管上有12只孔）。澄清池排泥是由刮泥耙完成。在池底安装大型衍架，整个衍架由马达驱动，衍架下面装有刮泥耙，刮泥耙按对数螺旋线形排列，池内的泥渣沉积在池底后，由于刮泥耙的转动，延着螺旋形路线移向中间的污泥坑，由排泥管排出。
本澄清池的动力源是二个电动机，一个供刮泥耙刮泥使用，另一个供再循环装置搅拌提升使用。
2、重力滤池
本厂在补给水澄清池之后，设有6台重力式空气擦洗滤池，来进一步处理补给水澄清池的出水。每台重力滤池的最大出力为56m3/h,正常出力为40.2m3/h。滤池的结构如图2。
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澄清池来水首先进入进水槽，六台滤池共用一个进水槽构筑物，进水通过进水阀进入滤池的进水装置。滤池的进水分配装置是一开口的十字型水槽。在水进入分配装置时，首先到达一方型竖直的桶状物，水在其中由于转弯，将空气分离出来，随后水进入总进水渠，它是一开口的矩形槽，上接有四根半圆形配水支管，水进入配水支管内，并从管边溢流出来。该进水分配装置除了用作进水分配外，还兼作反洗排水的收集装置。对进水分配装置总的要求是水力学特性要均匀一致，就是四根半圆形配水支管水力学特性相同。具体说，就是大小相同，安装水平，相互距离相等，管道边缘出水面粗糙度相仿等等。
本厂设计滤料为双层滤料，上层为无烟煤，下层为砂。无烟煤的颗粒为1.0~1.2mm，滤层高度为305mm，装载体积为4.1m3；砂的颗粒为0.4~0.5mm，滤层高度为305mm，装载体积为4.1m3。
滤层下的集水装置由水帽组成，水帽在滤池截面上均匀排布，共装有水帽18*18只，水帽中心距203mm。水从滤层过滤之后，由水帽收集，进入下部集水室，再由引出管引出。
当滤池需要进行反洗时，水从反洗水槽中流出，反洗水槽中的反洗水是滤池本身的出水，在滤池出水进入到过滤水池之后，由反洗水泵抽出一部分水送入反洗水槽，将反洗水槽充满备用。反洗过程中要使用压缩空气对滤层进行擦洗，压缩空气由罗茨风机产生，压缩空气管路上没有阀门，为了防止水倒入压缩空气系统，将压缩空气管最高点装设在滤池顶部，这样可防止滤池内水流入压缩空气管中。另外,各个滤池之间的压缩空气管道上也没有阀门,当一个滤池反洗时,由于先将水位放至滤料层表面,此时水的净压(压缩空气管口处)约为1.1m水柱,罗茨风机出口空气压力为2m水柱,所以压缩空气可以进入滤池对滤层进行擦洗,而正常运行的滤池的水位达3~4m，压缩空气进不去，不致影响正常运行。原设计者就是采用这种方法简化了压缩空气系统，节省了阀门，但它也要求罗茨风机出口压力稳定。
滤池的反洗水槽是一个六台滤池共用的构筑物。另外，每个滤池顶部都装有一水位触点信号开关，在滤池运行中，由于滤层中污泥增多，阻力加大，造成滤池内水位升高，当升高到水位触点信号开关时，开关发出信号，滤池由运行转入反洗，该水位触点信号开关发出信号时的滤池水位是3.97m。
四、药品
1.凝聚剂
本厂水的预处理过程中使用的凝聚剂是聚合硫酸铁（PFS），是1976年由日本提出的一项专利。它是用FeSO4溶液加入适量的H2SO4，并在某种氧化剂作用下进行氧化聚合而得，也是一种无机高分子凝聚剂，其分子式是〔Fe2(OH)n(SO4)3—n/2〕m 。这是一种粘稠状的液体凝聚剂，日本专利的最初报告表明，它对废水中有机物去除率较高，它除了具有铁盐凝聚剂的优点之外，对COD的去除率也较好，国内从1982年开始制造，目前已逐步推广、使用。
2.助凝剂
使用的助凝剂是阳离子型助凝剂聚丙烯酰胺（PAM），它是由丙烯酰胺单体聚合而成：
市售聚丙烯酰胺有粉剂和胶状二种，粉剂含聚丙烯酰胺80%，透明胶状物中含聚丙烯酰8—9%。它在水处理中使用，一般是在凝聚剂投加之后半分钟再行投加，因为此时已处于凝聚剂水解结束，进行絮凝的时候。它对絮凝过程十分有利，所以它可以降低出水浊度，提高矾花沉降特性，但它不能提高有机物去除效果。值得注意的是市售的聚丙烯酰胺中经常存在一些单体丙烯酰胺（国产品中曾达到2.65%），它在水凝聚过程中，会溶解于水中而带出，丙烯酰胺是一个有毒物品，生活饮用水中规定它的含量最高为0.01mg/l（对非经常使用时可放宽到0.1mg/l），所以它的使用剂量不能太高，特别是对供应生活饮用水的处理设备。一般来说，如经常使用的，其剂量不超过1mg/l，对非经常使用的，也不应超过2mg/l。
3、杀菌剂
本厂使用的消毒杀菌剂是次氯酸钠NaClO。次氯酸钠是电解食盐过程中产生的氯气
再于NaOH反应而得，它是一种强氧化剂，通过水解反应生成次氯酸，因而具有杀菌消毒的功效。
NaOCl→Na++OCl-
OCl-+H2O→←HOCl+OH-
其杀菌作用主要是HOCl，因为HOCl是很小的中性分子，容易扩散到带负电荷的细菌表面，并穿过细胞壁到达菌体内部，氧化细菌的酶系统，杀死细菌等微生物，OCl-虽然也有一定的杀菌能力，但因带有负电荷，难以扩散到细菌表面，杀菌效果只有HOCl的1/20，所以次氯酸钠的杀菌效果与其HOCl和OCl-比值有关，而影响该比值的因素主要是OH-，也就是说与PH有关。当PH﹤5.0时，HOCl占100%，几乎没有离子化，杀菌效果最好；当PH=7.5时，HOCl和OCl- 几乎各占一半；当PH≧9.5时，OCl-占100%，杀菌效果已很微小。在电厂水处理中，这PH值基本上就是指所要处理的水的PH,因为加药量很小,药品本身的PH对最终的PH影响很小,天然水PH值一般在7.5～8.5,所以次氯酸钠的杀菌效果并没有充分发挥出来。次氯酸钠的加药量一般是与水中细菌微生物的多少有关，当水中微生物多时，易于繁殖，加药量就要增加，反之则可减少。通常用处理后出水中的残余氯量来控制，称之为游离氯，一般游离氯控制在≦0.1mg/l。
五、设备的运行管理
在平时的正常生产中，当除盐系统运行时，4台澄清池同时运行；当除盐系统不运行，
特别是夜间工业水用量较小时，就根据当时实际工业水用量，在控制盘上调节4台澄清池的出力或停运1台澄清池，保证工业水池的水位在满液位的80%以上，以满足全厂的工业用水需要。重力滤池与补给水澄清池的关系是3台滤池对应1台澄清池，即A、B、C3台滤池对应于补给水澄清池A，D、E、F3台滤池对应于补给水澄清池B。当一台补给水澄清池运行时,就投运与之匹配的重力滤池。
凝聚剂加药量是通过控制澄清池出水PH来决定的，一般来说，澄清池出水PH控制在6.9~7.1之间。活性泥渣量是通过控制一反底部泥渣沉降比（V/V10）来决定的，其数值控制在10%~25%之间。当工业水澄清池的进水为闭式循环水时，出水PH就随进水的PH变化而变化，一般认为出水PH比进口PH低1.5左右就可以了，沉降比控制在5%~10%左右。
重力滤池的反洗可分为自动和人工二种方式,自动是由重力滤池的水位来决定的。反洗过程有反洗程序控制器来执行。
澄清池的排泥方式分为手动和自动二种，手动方式就是根据某只澄清池的泥渣量直接开启该只澄清池手操排泥阀进行排泥，自动方式就是由排泥程序控制器根据设定的排泥频率来进行排泥，但是控制器不是控制单个澄清池的，而是一组一组控制的，即不能直接控制某只澄清池的排泥频率，而是2只工业水澄清池或2只补给水澄清池一起控制的，在平时的生产中根据每个澄清池的泥渣量，两种方式结合起来使用。
澄清池的出水指标：浊度<10NTU
滤池出水指标：浊度<1NTU
六、运行过程中发生的问题及处理情况
在平时的运行中，我们碰到和解决了不少问题。刚开始运行时，澄清池中加入的是10% 浓度的凝聚剂（聚合硫酸铁）和进口的助凝剂，后来发现，聚合硫酸铁的凝聚效果很好，在单独使用而不加助凝剂的情况下，也足够能保证澄清池出水水质的合格，所以现在当澄清池的进水为长江水时，只加凝聚剂而不加助凝剂；当工业水澄清池进水为闭式循环水时，由于进水中活性泥渣量很小,PH值比较高且波动较大,在只加凝聚剂的情况下,出水水质较差,因此这时在工业水澄清池中既加凝聚剂又加助凝剂,出水水质有了很大的改善,能够符合要求。在起初使用聚合硫酸铁的过程中，发现有时加药泵打不出药来，使澄清池中无药或只有少量药加入，出现出水PH提高、浊度上升、水质不良的情况，寻找原因，结果发现是聚合硫酸铁的水解物把药泵进口滤网的网眼给堵塞了，造成药泵打不出药来，这种原因一度是影响澄清池出水水质稳定性的一大因素，后来我们在实际工作中不断摸索，不断总结经验，不断调整凝聚剂浓度，从开始的10%浓度逐步改为现在直接使用生产厂家供应的原液，情况大为改善，堵塞现象很少发生，大大地提高了澄清池出水水质的稳定性。我们在生产中也碰到过另一个问题是在澄清池的自动排泥过程中，有时会发生自动阀门打开后，被泥渣中的垃圾卡住，排泥结束后关不紧，造成由于澄清池中泥渣量过少，甚至没有而出水水质不良的情况,但因阀门无法拆开,在澄清池运行时只能采取一些应急措施,不能根本解决问题。后来我们利用机组大修、用水量较少的机会，在澄清池的检修过程中，在澄清池排泥管中间添加了一只球阀，以便以后再碰到这种情况时，进行隔离检修。有一段时间，补给水澄清池B的出水水质比较差，于是，我们从各个环节去查找原因，包括加药量、沉降比、再循环器的转速、刮泥机的运行情况、放水检查池内设备结构有否异常等等，结果没有发现有重大异常，但经过一段时间的试验，发现当沉降比在10%~15%之间时，出水水质较好，为此，补给水澄清池B的沉降比目前就控制在这个数值，运行情况良好。
还有，我们遇到的另外一个问题是有时特别是在夏季，澄清池的出力跟不上全厂的用水量，影响到全厂设备的正常和安全运行。于是，我们就通过加高消防水池围墙、减少消防水池的溢水、调大工业水澄清池出力的方法来增加出水量，另外，和有关部门通力协作，寻找泄漏点，减少浪费。通过这些措施，大大地缓解了这方面的矛盾。
七、结论
经过十几年的实际运行情况证明,这套设备系统基本上能够满足生产需求。在生产中，我们不仅能够生产出足够的水量来满足全厂的生产用水，而且能够在工作中加强管理，不断总结经验，发现问题及时寻找原因予以解决，不断提高设备的性能，使设备处于最佳运行状态。当然，在以后的生产中，我们必将加倍努力工作，不断提高设备的运行性能，使得我们的生产情况朝着更好的方向发展。
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