吉林燃料乙醇工程净水工艺选择

第31卷第3期东北电力大学学报Vol 31. No. 32011年6月Journal Of Northeast Dianli University文章编号:1005-2992(2011)03-0064-04吉林燃料乙醇工程净水工艺选择胡良1,李军2,宋福恩1,李珊珊1.中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院,吉林吉林132002;2东北电力大学化学工程学院吉林吉林132012)摘要:通过对吉林燃料乙醇工程净水场工艺的选择比较,以及设计、生产运行等经验的总结,表明依照亚微观传质惯性效应理论发明的“涡旋混凝低脉动沉淀技术”适合燃料乙醇工程净水系统,具备建设投资少、占地少、运行成本低、出水水质好等特点。关键词:净水;混凝;沉淀;低温低浊中图分类号:TU991.6文献标识码:A吉林60万吨/年燃料乙醇工程是新兴能源的示范工程,也是国家2001年十大重点项目之一。净水场为其配套工程,工程总规模为20万Ud,采用一次规划设计,分二期建设的方式。一期建设规模为10万td,占地面积为22800m2h,工程费用为5257万元。该工程于2002年5月施工,2003年5月验收,2003年5月31日进水试生产,水力停留时间为1h59min,沉淀池出水浊度1.0-1.5NTU,滤后水浊度0~0.5NTU。该场以第二松花江水为水源,受地理位置和气候条件的影响,冬季水温常在0~5℃,浊度低于10NmU,形成独具特色的低温低浊水,给净水厂的管理工作带来诸多困难包括药耗高、出水浊度达标难等。在吉林燃料乙醇工程净水场的设计中,本设计采用涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术、高效均质滤池过滤的净水工艺流程口,并对滤池反冲洗废水进行了回收和处理,以寻求在工程上的最佳处理工艺和方法。原水及出厂水质本工程水源为第二松花江水,由取水戽头、导水管、岸边泵房经长距离输水管线至净水场。取水戽头位于第二松花江吉林市九站江段,原水水质指标为正常时浊度小于40NTU,设计最大浊度指标小于1000NTU。水源水质达到《地面水环境质量标准》(GB3838-1988)中Ⅲ~V类水质标准,仅能作为生产用水水源。出场水质达到《国家生活饮用水卫生规范》(2001年)要求,出场水浊度小于1NTU。水场自用水量按设计规模的5%计。2净水工艺原理与设计2.1涡旋混凝低脉动沉淀技术机理与工艺中国煤化工吉林60万/a燃料乙醇工程净水场的可行性研究报告由上海EHCNMHG为20万v收稿日期:2011-04-18作者简介:胡良(1‰61-)男,吉林省吉林市人,中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院高级工程师,主要研究方向:水处理工艺研究第3期胡良等:吉林燃料乙醇工程净水工艺选择d,投资估算为人民币7000万元。一期建设规模为10万Ud。通过比较、论证分析,具体工艺选择了哈尔滨工业大学提出的“涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术”与高效均质滤料滤池相结合的净水工艺流程,设计工艺流程如图1所示。涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术是根据多相工艺研究中心提出的多相流动物系反应控制惯性效应理论结合给水工程实践经近10年的研究而发明2。该技术涉及了给水处理中混合、絮凝反应、沉淀三大主要工艺。从湍流微结构的尺度即亚微观尺度对混凝动力学问题进行了深入的研究,提出了“惯性效应”是絮凝动力学致因,湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素,并建立了絮凝的动力相似准则);首次指出扩散过程应分为宏观扩散和亚微观扩散两个不同的物理过程,而亚微观扩散的动力学致因是惯性效应,特别是湍流微旋涡的离心惯性效应。新理论克服了现有传统给水处理技术理论上的缺陷和实践上的不足,管式微涡混合设备、高频微涡絮凝设备、小间距斜板沉淀设备等几项专利技术已在大量净水工程成功地推广使用,取得了明显的经济效益和社会效益。混凝剂原水→管式微涡混合→高频微涡絮凝反应→逆向流小间距斜板沉淀→高效均质滤料滤池→出水图1设计工艺流程涡旋混凝低脉动沉淀工艺具有如下特点:(1)采用管式微涡混合设备,可形成高比例高强度的微涡旋,利用微小涡旋的离心惯性效应使药剂迅速扩散至水体细部,使胶体颗粒瞬时脱稳,既节省药耗,亦为完善的反应奠定良好的基础(2)高频微涡絮凝设备采用高效微涡翼片折板促进析出的小矾花快速有效碰撞,即通过反应池中垂直水流方向设置的高频绕流装置,使水流产生高比例高强度的微涡旋,从而使得药剂与水中的顆粒充分接触碰撞,产生密实易沉淀的矾花,因此反应效果好,时间短,既保证了反应后矾花颗粒达到一定的尺度和密实度,又增强了矾花抗剪切的能力,从而避免了反应的不完善和过反应现象发生。(3)小间距斜板沉淀池具有斜板间距小,效率高,阻力大,配水均匀,不易短路,出水水质好等特点。即该设备由于间距小,雷诺数(Re值)较常规设备减小,抑制了颗粒沉降的水力脉动;又由于结构上的优化,无侧向约束不积泥,从而保证小的矾花絮体亦可有效去除,使浅池理论得到最佳的发挥。同时小间距斜板有具有布水均匀不短流的优点。(4)高效均质滤池采用单层加厚均粒石英砂滤料深层截污,设计滤速12.2~15m/h;V型进水槽布水均匀;底部采用带长柄滤头的复合形滤板;反冲洗采用气、水反冲及横向表面扫洗,用最小能耗获得最佳冲洗效果。22净水系统设计22.1取水与输水工艺设计取水头设在松花江大桥下600m处,该处枯水期最低水176.30m,常水位177.02m,最高水位为184.55m(百年一遇)。取水头形式为河床式箱式取水头,箱体两面进水,进水格栅流速当Q=40万td时,v=0.16m/s;Q=50万vd时,v=0.20m/s。共设两个箱体,每个箱体平面尺寸:14.15mx4.9m,高5.2m。箱体两侧对称设置2.0m×1.1m矩形取水窗口共10个。自流导水管共设两根DN600mm自流管线管中心距38m,坡度i=000管中设计流速当Q=40万V凵中国煤化工=50万Ud时,v=144m/s均满足自清流速要求。取水泵站设计规模,近期QCNMHG0万m3/d。取水泵站由进水室、滤网室、吸水池、泵房值班控制室高低压配电室组成,共设3台离心泵机组,型号为32sh-19J,Q=4200m3/h,H=35m一台;2Q=2100m3/h,H=35m两台,其中一台机组为变频调速机组东北电力大学学报第31卷输水管线为两根DN0mm球墨铸铁管,输水距离为35k2.2.2混合及投药混凝剂釆用聚合氯化铝,混合工艺采用管式微涡混合设备,混合器停留时间3s,管道停留时间6s,混合流速1.5m/s。加药控制方式采用单因子系统双闭环控制。自动状态下,投药泵电机的转速根据原水流量及流动电流由单因子系统自动控制,而冲程根据原水浊度沉淀后水浊度pH值等因素由手动在隔膜计量泵上调节。单因子系统可根据加药量进行断药欠药、过药报警。共设4台sera隔膜式变频投药泵,型号为R41.1-810E;2台齿轮油泵,型号为ZCY2-0.4;浊度仪为 ENDRESS+ HAUSER; ENDRESS+ HAUSER PH计和8732CR12NOM4电磁流量计。2.2.3絮凝、沉淀与过滤絮凝池形式为高频涡旋絮凝反应池。絮凝时间12min,实测GT=45816,G=63s1。设两组絮凝池,每组池平面尺寸:6.15m×14.85m,深5.85m,平均水深4.70m;絮凝池水力分级分为四级,其流速分别为:0.14m/s、0.11m/s、0.09m/s0.06m/s絮凝池排泥形式为排泥斗式排泥;沉淀池采用穿孔花墙实现均匀配水。沉淀工艺采用小间距斜板沉淀池,共设2座。每座平面尺寸:22mx14.35m,池深4.70m,水深3.84m,斜板高度0.91m,斜板采用乙丙共聚树脂塑料板,斜板间距25mm,倾角60°,有效利用系数087沉淀时间6.60min,上升流速2mm/s,斜板区表面负荷6.5m3/(h·h)。沉淀池出水经上部集水槽汇入出水总水渠,进人滤池进水渠。沉淀池排泥采用重力斗式排泥。高效均质滤池采用粒径相对较粗(0.7mm~1.35mm)的石英砂均质滤料及较厚的滤层,以增强滤层的截污纳污能力并延长滤池工作周期;气水反冲洗加表面扫洗,滤层不膨胀或微膨胀,能形成膨胀过滤和密实过滤两种工艺状态;其配水系统为长柄滤头配水系统。本设计总过滤水量为4166m3/h;滤池数量为8个;平面尺寸为10.5m×6m;设计滤速为82m/h;气洗强度为15L/(m2h·s);水洗强度为46L/(m2h·s);表面扫洗强度为1.9L/(m2h·s);滤头密度为51个/m2h;滤料层厚度为1.25m,承托层厚度0.10m;砂上水深为1.65m。高效均质滤池工作状态在自动模式下运行时,PLC通过控制滤后水出水闸门的开度来控制滤池恒液位。当符合下列条件之一时开始反冲洗:滤池运行时间达到设定值;过滤水头损失达到设定值;来自于控制台现场PLC-XBT键盘或中控室监控计算机的冲洗要求。冲洗分3个过程:(1)气预擦洗2min;(2)气水混合冲洗5min;(3)水漂洗5min224清水池与送水泵站清水池平面63m×33m,有效水深3m,调节能力8%。送水泵站选3台送水泵,水泵为2SH-12型离心泵(Q=2016m3/h,H=59m);3台消防水泵,水泵为12SH-6型离心泵(Q=790m3/h,H=90m);2台消防稳压水泵,水泵为6C-100/5型立式多级离心泵(Q=36m3/h,H=100m)。送水泵站设有流量计、浊度仪、pH计等。2.2.5自控系统水厂自控系统釆用DCS控制系统。DCS控制系统采用德国西门子公司生产的PCS7DCS系统,系统硬件包括一台控制器,40块LO模块,一台操作站,一台打印机及配套的通讯系统。软件除正常的监视、操作外设有自动加药、自动排泥、自动反洗、自动消防系统。中控室主要设备:6面控制柜、二台操作站、一台打印机、一台UPS。净水场配备各种仪表80台,气动阀门101台,DCS监控点502个。中国煤化工CNMHG结论净水场工程自2003年6月试运行始,各工艺单元、主要设备及自控系统运行正常,出场水水质指标第3期胡良等:吉林然料乙醇工程净水工艺选择优于国家饮用水水质标准,其中浊度指标可达到国际标准。在投药单元控制正常的情况下,出场水可控制在1NTU以下。平均聚合铝单耗7g/m3(Al2O3);电单耗024kWh/m3(以单位水量计)。技术经济比较表明,采用涡旋混凝低脉动沉淀给水处理技术为主体的工艺设计与传统常规工艺比较,可节省总投资人民币2000多万元;节省净水工艺占地30%以上;运行成本从常规的0.53元/m3降为0.34元/m3。参考文献[1]赫俊国,宋学峰,金昌锦,等.微涡旋混凝低脉动沉淀技术处理低温低浊水[冂].中国给水排水,1999,15(4):18[2]赵树君,肖树宏林国斌,等涡旋混凝低脉动沉淀技术用于水厂改造的生产实践[J].中国给水排水,1998,14(5):46-48.[3]蒋展鹏,尤作亮混凝形态学的研究进展[J].给水排水,1998,24(10):70-75.[4]吴亚准.低温低浊水净化技术的应用及发展[J]中国给水排水,1989,5(5):43-46[5〕武道吉谭风训修春海,等混合动力学机理及控制指标研究[J]中国给水排水,200,16(1):54-56Process selection of water purification in Jilin fuel ethanol projectHU Liang, LI Jun, SONG Fu-en, LI Shan-shan(1. Petrochina Northeast Refining Engineering Co., LTD Jilin Design Institute, Jilin Jilin 132002; 2. School of Chemical En-gineering, Northeast Dianli University, Jilin Jilin 132012)Abstract: The vorticity coagulation low pulsation technique was suitable to the technology conditions of Jilinfuel ethanol water purification system according to inertia effect based on the comparison of water purificationplant process, and summary of design, operation and production experience by revamping in Jilin fuel alcoholcompany. This technique has many advantages such as small footprint, low investment, low operation cost andgood effluent quality, et al.Key words: water purification; coagulation; deposition; low temperature and low turbidity water中国煤化工CNMHG