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天空彩与你同行的投加方法及应用

天空彩与你同行的投加方法及应用

编辑:天空彩票手机开奖 发布日期:2018-06-01 11:06

天空彩与你同行的投加方法及应用

在水处理工艺中,为强化除污效果,往往需要投加化学药剂,而目前污染源多样化,所投加化学药剂种类的需求也呈现多样化的趋势,因此传统的加药设备及方法难以满足当今药剂的投加需求,应针对不同物料的物理化学特征在传统的加药工艺基础上加以完善和延伸,找出最为高效、最为安全、最为经济的药剂投加工艺。

1.粉体药剂的物理化学特征

无论是熟石灰、粉状活性炭、高锰酸钾复合盐、沸石粉、还是硅藻土等,都是疏水性物质,几乎是不水解的,用水稀释后这些固体粉末其实还是以微小颗粒状态在水中存在,所以严格意义上这种含有微小颗粒的浆液不能成为溶液,应称为悬浊液。其中悬浮流速是悬浊液的一个重要物理参数,它的含义是:悬浊液中固体颗粒不析出沉淀的最低流速。悬浮流速因固体物料的密度、颗粒度、浸水性的不同而不同。例如粉状活性炭的悬浮流速较低,约0.5m/s(因活性炭是多孔材料,其亚甲蓝值、碘值、糖蜜值得不同决定了其微孔直径不同,而且与水作用时间不同,其微孔中水的饱和度不同,其沉淀流速也会略有差异),而氢氧化钙悬浮流速约0.8m/s。

另外在粉体工业中还有一个重要的物理特征即自凝聚特征。其含义是:当固体物料粉碎到一定的细微度时,其分子力(范德华力)和静电力(库仑力)的作用已经大于其重力作用,微小颗粒会形成抱团现象称为“粉体自凝聚特征”。

以自来水和工业废水处理中经常使用的粉状活性炭为例,从粉状固体物料的物理化学特征的角度来分析,试图理清最高效、最经济、最合理的药剂投加方式。

2.天空彩与你同行投加方式

2.1影响粉状活性炭使用效果的三个因素

粉状活性炭颗粒呈不规则多面体结构,微粒间以面接触为主,当炭粒之间的接触面较大时,形成的吸附力也较大,要使其相互分离比较困难,因而其自凝聚特征非常明显。由于粉状活性炭颗粒的粒径尺寸变化范围较大,所以不可能计算出每一个炭粒的引力大小,只能进行理论计算并辅以从统计学上的估算,粉状活性炭颗粒的自凝聚力一般为10-13-10-12N。

粉状活性炭使用效果主要取决于三方面因素:

(1)粉状活性炭种类

根据水中污染源分子质量和类型的不同,选择不同种类、不同理化指标、不同孔径的粉状活性炭。因为活性炭表面化学性质和孔隙组成的不同,会影响有机物在活性炭孔隙中迁移和扩散速度,并使活性炭对有机物的吸附具有一定的选择性。

(2)投加点位置

根据水中污染源的种类和分子链结构的不同,选择不同位置的投加点,其目的是解决由混凝去除与粉状活性炭吸附去除有机污染物的竞争问题,以及絮凝体对粉状活性炭颗粒的包覆问题。

(3)投加方法

根据实际应用中的药剂投加和相关水力条件的不同,选择合理的投加方式,可以最大程度地挥发粉状活性炭的吸附能力,从而大大地提高其使用效率。

2.2天空彩与你同行投加方式

由于粉状活性炭密度较小(0.4-0.45g/cm3),在空气中不会做自由落体运动,呈现出布朗运动的特征。微小的粉体颗粒团会伴随着气流变化而四处漂浮,粉尘污染较严重,因此无论采用哪种方式的投加工艺,在前端固态粉体物料的输送环节大都采用封闭式的气流(正压或负压)输送方式,以减小粉尘对工作环境的污染和破坏。

(1)粉体配制成悬浊液投加工艺

这种工艺也称为湿法工艺,它是一种间歇配制、混合、连续投加的工作方式。其工艺流程如果1所示。

湿法工艺图

根据粉体物料包装形式的不同,采用正压或负压气流输送方式将物料送入储料仓;物料通过料仓下部的机械破拱和气流破拱装置被输送到计量螺旋,经过变频双螺旋计量过的粉体物料通过输送螺旋和粉体分配器与经过电磁流量计计量过的配制水,同时进入具有水雾除尘器的配制罐中进行一定时间的搅拌混合;混合后的悬浊液通过螺杆泵投加到待处理的水介质中;螺杆泵前后各有一级冲洗系统,在投加过程中或投加结束前对泵和管道进行定时冲洗,以防止悬浊液在管道中沉淀造成管道堵塞。

(2)连续配制混合投加工艺

这种工艺也成为干法工艺,它是一种采用高速射流技术,将配制、混合、投加三个过程集成为一体的连续投加工艺。其工艺流程见图2。

干法工艺图

此工艺前半部分的物料气流输送、机械破拱、气流破拱、粉体计量与湿法工艺和设备完全相同;不同的是经过变频双螺旋计量过的粉状固体物料直接进入高速射流混合器的传质腔体中,与高速射流载体瞬时混合,粉体颗粒在运动过程中被强制分散到射流载体中,成为均匀的悬浊液,并瞬时投加到待处理的水介质中。

2.3两种粉体加药工艺的特点

2.3.1湿法投加工艺特点

(1)湿法工艺在全球已有近百年的使用历史,所以其工艺过程比较简单,其工艺和相关的设备都已经相当成熟,也较为通用。

(2)悬浊液投加量的变化可以通过增减投加螺旋杆泵数量的方式进行调整,其动态范围设计较宽。

(3)一套悬浊液配制系统可以通过增加螺杆泵的方式,对多投加点进行投加。但这种工艺系统构成比较庞大,设备数量比较多,能耗较高,占用空间大,建设成本和运行费用比较高。

因悬浊液中悬浮流速的存在,不能用往复式运行的计量泵投加(因为机械往复运动会使悬浊液在某些局部位置流速过低而造成沉淀);泥浆泵的扬程特性软,在投加点压力高的场合无法应用,且投加精度低,使其应用受到限制;所以目前大都采用螺杆泵投加方式,但是悬浊液中的细小固体颗粒对螺杆泵泵芯转子不可避免地产生磨损,会造成螺杆泵推力下降,扬程降低,带来了悬浊液流速降低,当悬浊液流速低于其悬浮流速时,固体颗粒即会析出沉淀,不可避免地造成投加管道的堵塞。这是该工艺中无法克服的一个缺陷所在,也是这种投加系统运行使用过程中维护成本很高的关键原因。

2.3.2干法投加工艺特点

(1)建设投资少,运行费用低。因为是连续化配制、混合、投加为一体的工艺,其设备数量少、占用空间小,所以土建费用和设备采购费用都相对较低,总体造价减少30%-40%,能源消耗减少25%-45%,系统维护费用减少90%(主要在悬浊液投加部分)。

(2)无管道堵塞现象。因在悬浊液投加部分没有任何泵的存在(增压泵在射流器前面),也没有可运动部件,不会有磨损,更不会有悬浊液流速的变化,因而不会有悬浊液析出沉淀而堵塞投加管道的现象。

(3)提高活性炭利用率吧(可节约粉状活性炭约50%左右)。湿法工艺中水和粉状活性炭是在搅拌罐中混合,因搅拌器的功率和线速度较低(若增大功率和线速度,搅拌罐体的强度则需要加强,其成本会增加很多),其剪切力比较小,无法破坏粉状活性炭的自凝聚特征,所以粉状活性炭是以结团的形式存在于水中,造成活性炭吸附潜能的极大浪费。而干法工艺中采用的高速射流混合器是一种传质器件,粉状活性炭与高速射流载体以互相垂直运动方向进入射流混合器,并在射流器腔内的湍流传质取进行能量交换,而利用了射流过程中水流的高速动能和剪切力,将具有自凝聚特征的粉状活性炭颗粒之间的分子力和静电力破坏,将已结团的炭离子进行击碎被强制分散,使其以单个离子形式在射流载体中存在,并在射流器尾部的扩散中通过压力的变化快速扩散,强化了粉状活性炭颗粒的分散度,增大了粉状活性炭的比表面积,使其吸附能力提高了一倍以上(这个特点在很多水厂都已得到验证),提高了粉状活性炭的使用效率,降低了生产成本。更为重要的是因投加量的减少,也同时降低了因投加粉状活性炭对后续工艺(主要是混凝、沉淀、过滤、反冲洗等)产生的影响。

(4)可以应用于水利条件比较苛刻的场合。因射流混合器出口压力较高,因此投加设备间与投加点距离可以比较远,能够达到数百米,投加点压力可达到0.8Mpa。

(5)特别适用于变投加点工艺。在自来水和工业废水处理中应用,因季节、污染物种类和分子链结构的变化,会在不同时间选择不同的工艺投加点,以达到最佳工艺效果。射流投加可采用多投加点串联方式以满足这种需求,并已应用在山东烟台和云南某水厂。

(6)具有快速反应特性。因为计量、混合、投加三个过程同时进行,所以系统投入使用前的准备时间可以非常短,只要料仓中有物料,数分钟之内就可以投入使用,因此特别适用于供水系统应急处理投加工艺。

(7)具有良好的机动性。因其系统设备结构紧凑,占用空间很小,在自来水行业作为应急投加系统应用时,特别适合做成移动式车载应急投加系统,以满足水厂规模不大(出来水量<10×104m3/d),水厂数量多,而且水源比较分散的局部区域性应用。移动车载式粉状活性炭投加系统已应用再山东某自来水企业下属的四座水厂中。

(8)因各个工艺投加点的水利条件差异,粉体药剂投加量不同,在选择合理的水力学模型过程的计算会稍微复杂。

3.工业化应用的效果及前景

射流投加粉状活性炭的方法,从2005年松花江流域硝基苯污染事件中的哈尔滨制水二厂、达连河水厂和2007年太湖蓝藻爆发事件中的无锡中桥水厂、雪浪水厂开始,经过早起的奥林匹克运动会水源地北京水源九厂、天津通用水务。长春石头口门水库、无锡南泉水厂到后期的天津威立雅水务、昆明通用水务、常熟中法水务、北京门城水厂、恩菲环保浙江富阳污水厂等国内70多家自来水厂和工业废水处理厂的应用,系统逐步完善成熟,已形成标准化、系列化、模块化的产品,并彻底解决了前期投加工艺中曾经出现过的问题。

目前干法投加工艺,不仅是功能得到强化,性能得到提高,而且应用领域已经不仅应用于粉状活性炭的投加工艺中,已经扩展、延伸到其他粉体加药系统中,在石家庄某水厂应用到高锰酸钾复合盐和江苏淮安某水厂应用到熟石灰(氢氧化钙)的投加工艺中。射流投加工艺因其建设成本低、运行费用低、药耗小,后期维护工作量小,具有广阔应用前景。

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