第31卷第3期東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)Vol 31. No. 32011年6月Journal Of Northeast Dianli University文章編號(hào):1005-2992(2011)03-0064-04吉林燃料乙醇工程凈水工藝選擇胡良1,李軍2,宋福恩1,李珊珊1.中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院,吉林吉林132002;2東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院吉林吉林132012)摘要:通過(guò)對(duì)吉林燃料乙醇工程凈水場(chǎng)工藝的選擇比較,以及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行等經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),表明依照亞微觀傳質(zhì)慣性效應(yīng)理論發(fā)明的“渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)”適合燃料乙醇工程凈水系統(tǒng),具備建設(shè)投資少、占地少、運(yùn)行成本低、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:凈水;混凝;沉淀;低溫低濁中圖分類號(hào):TU991.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A吉林60萬(wàn)噸/年燃料乙醇工程是新興能源的示范工程,也是國(guó)家2001年十大重點(diǎn)項(xiàng)目之一。凈水場(chǎng)為其配套工程,工程總規(guī)模為20萬(wàn)Ud,采用一次規(guī)劃設(shè)計(jì),分二期建設(shè)的方式。一期建設(shè)規(guī)模為10萬(wàn)td,占地面積為22800m2h,工程費(fèi)用為5257萬(wàn)元。該工程于2002年5月施工,2003年5月驗(yàn)收,2003年5月31日進(jìn)水試生產(chǎn),水力停留時(shí)間為1h59min,沉淀池出水濁度1.0-1.5NTU,濾后水濁度0~0.5NTU。該場(chǎng)以第二松花江水為水源,受地理位置和氣候條件的影響,冬季水溫常在0~5℃,濁度低于10NmU,形成獨(dú)具特色的低溫低濁水,給凈水廠的管理工作帶來(lái)諸多困難包括藥耗高、出水濁度達(dá)標(biāo)難等。在吉林燃料乙醇工程凈水場(chǎng)的設(shè)計(jì)中,本設(shè)計(jì)采用渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)、高效均質(zhì)濾池過(guò)濾的凈水工藝流程口,并對(duì)濾池反沖洗廢水進(jìn)行了回收和處理,以尋求在工程上的最佳處理工藝和方法。原水及出廠水質(zhì)本工程水源為第二松花江水,由取水戽頭、導(dǎo)水管、岸邊泵房經(jīng)長(zhǎng)距離輸水管線至凈水場(chǎng)。取水戽頭位于第二松花江吉林市九站江段,原水水質(zhì)指標(biāo)為正常時(shí)濁度小于40NTU,設(shè)計(jì)最大濁度指標(biāo)小于1000NTU。水源水質(zhì)達(dá)到《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-1988)中Ⅲ~V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),僅能作為生產(chǎn)用水水源。出場(chǎng)水質(zhì)達(dá)到《國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》(2001年)要求,出場(chǎng)水濁度小于1NTU。水場(chǎng)自用水量按設(shè)計(jì)規(guī)模的5%計(jì)。2凈水工藝原理與設(shè)計(jì)2.1渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)機(jī)理與工藝中國(guó)煤化工吉林60萬(wàn)/a燃料乙醇工程凈水場(chǎng)的可行性研究報(bào)告由上海EHCNMHG為20萬(wàn)v收稿日期:2011-04-18作者簡(jiǎn)介:胡良(1‰61-)男,吉林省吉林市人,中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師,主要研究方向:水處理工藝研究第3期胡良等:吉林燃料乙醇工程凈水工藝選擇d,投資估算為人民幣7000萬(wàn)元。一期建設(shè)規(guī)模為10萬(wàn)Ud。通過(guò)比較、論證分析,具體工藝選擇了哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出的“渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)”與高效均質(zhì)濾料濾池相結(jié)合的凈水工藝流程,設(shè)計(jì)工藝流程如圖1所示。渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)是根據(jù)多相工藝研究中心提出的多相流動(dòng)物系反應(yīng)控制慣性效應(yīng)理論結(jié)合給水工程實(shí)踐經(jīng)近10年的研究而發(fā)明2。該技術(shù)涉及了給水處理中混合、絮凝反應(yīng)、沉淀三大主要工藝。從湍流微結(jié)構(gòu)的尺度即亞微觀尺度對(duì)混凝動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究,提出了“慣性效應(yīng)”是絮凝動(dòng)力學(xué)致因,湍流剪切力是絮凝反應(yīng)中決定性的動(dòng)力學(xué)因素,并建立了絮凝的動(dòng)力相似準(zhǔn)則);首次指出擴(kuò)散過(guò)程應(yīng)分為宏觀擴(kuò)散和亞微觀擴(kuò)散兩個(gè)不同的物理過(guò)程,而亞微觀擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)致因是慣性效應(yīng),特別是湍流微旋渦的離心慣性效應(yīng)。新理論克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)給水處理技術(shù)理論上的缺陷和實(shí)踐上的不足,管式微渦混合設(shè)備、高頻微渦絮凝設(shè)備、小間距斜板沉淀設(shè)備等幾項(xiàng)專利技術(shù)已在大量?jī)羲こ坛晒Φ赝茝V使用,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?；炷齽┰苁轿u混合→高頻微渦絮凝反應(yīng)→逆向流小間距斜板沉淀→高效均質(zhì)濾料濾池→出水圖1設(shè)計(jì)工藝流程渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀工藝具有如下特點(diǎn):(1)采用管式微渦混合設(shè)備,可形成高比例高強(qiáng)度的微渦旋,利用微小渦旋的離心慣性效應(yīng)使藥劑迅速擴(kuò)散至水體細(xì)部,使膠體顆粒瞬時(shí)脫穩(wěn),既節(jié)省藥耗,亦為完善的反應(yīng)奠定良好的基礎(chǔ)(2)高頻微渦絮凝設(shè)備采用高效微渦翼片折板促進(jìn)析出的小礬花快速有效碰撞,即通過(guò)反應(yīng)池中垂直水流方向設(shè)置的高頻繞流裝置,使水流產(chǎn)生高比例高強(qiáng)度的微渦旋,從而使得藥劑與水中的顆粒充分接觸碰撞,產(chǎn)生密實(shí)易沉淀的礬花,因此反應(yīng)效果好,時(shí)間短,既保證了反應(yīng)后礬花顆粒達(dá)到一定的尺度和密實(shí)度,又增強(qiáng)了礬花抗剪切的能力,從而避免了反應(yīng)的不完善和過(guò)反應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生。(3)小間距斜板沉淀池具有斜板間距小,效率高,阻力大,配水均勻,不易短路,出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。即該設(shè)備由于間距小,雷諾數(shù)(Re值)較常規(guī)設(shè)備減小,抑制了顆粒沉降的水力脈動(dòng);又由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化,無(wú)側(cè)向約束不積泥,從而保證小的礬花絮體亦可有效去除,使淺池理論得到最佳的發(fā)揮。同時(shí)小間距斜板有具有布水均勻不短流的優(yōu)點(diǎn)。(4)高效均質(zhì)濾池采用單層加厚均粒石英砂濾料深層截污,設(shè)計(jì)濾速12.2~15m/h;V型進(jìn)水槽布水均勻;底部采用帶長(zhǎng)柄濾頭的復(fù)合形濾板;反沖洗采用氣、水反沖及橫向表面掃洗,用最小能耗獲得最佳沖洗效果。22凈水系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.1取水與輸水工藝設(shè)計(jì)取水頭設(shè)在松花江大橋下600m處,該處枯水期最低水176.30m,常水位177.02m,最高水位為184.55m(百年一遇)。取水頭形式為河床式箱式取水頭,箱體兩面進(jìn)水,進(jìn)水格柵流速當(dāng)Q=40萬(wàn)td時(shí),v=0.16m/s;Q=50萬(wàn)vd時(shí),v=0.20m/s。共設(shè)兩個(gè)箱體,每個(gè)箱體平面尺寸:14.15mx4.9m,高5.2m。箱體兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置2.0m×1.1m矩形取水窗口共10個(gè)。自流導(dǎo)水管共設(shè)兩根DN600mm自流管線管中心距38m,坡度i=000管中設(shè)計(jì)流速當(dāng)Q=40萬(wàn)V凵中國(guó)煤化工=50萬(wàn)Ud時(shí),v=144m/s均滿足自清流速要求。取水泵站設(shè)計(jì)規(guī)模,近期QCNMHG0萬(wàn)m3/d。取水泵站由進(jìn)水室、濾網(wǎng)室、吸水池、泵房值班控制室高低壓配電室組成,共設(shè)3臺(tái)離心泵機(jī)組,型號(hào)為32sh-19J,Q=4200m3/h,H=35m一臺(tái);2Q=2100m3/h,H=35m兩臺(tái),其中一臺(tái)機(jī)組為變頻調(diào)速機(jī)組東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)第31卷輸水管線為兩根DN0mm球墨鑄鐵管,輸水距離為35k2.2.2混合及投藥混凝劑釆用聚合氯化鋁,混合工藝采用管式微渦混合設(shè)備,混合器停留時(shí)間3s,管道停留時(shí)間6s,混合流速1.5m/s。加藥控制方式采用單因子系統(tǒng)雙閉環(huán)控制。自動(dòng)狀態(tài)下,投藥泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)原水流量及流動(dòng)電流由單因子系統(tǒng)自動(dòng)控制,而沖程根據(jù)原水濁度沉淀后水濁度pH值等因素由手動(dòng)在隔膜計(jì)量泵上調(diào)節(jié)。單因子系統(tǒng)可根據(jù)加藥量進(jìn)行斷藥欠藥、過(guò)藥報(bào)警。共設(shè)4臺(tái)sera隔膜式變頻投藥泵,型號(hào)為R41.1-810E;2臺(tái)齒輪油泵,型號(hào)為ZCY2-0.4;濁度儀為 ENDRESS+ HAUSER; ENDRESS+ HAUSER PH計(jì)和8732CR12NOM4電磁流量計(jì)。2.2.3絮凝、沉淀與過(guò)濾絮凝池形式為高頻渦旋絮凝反應(yīng)池。絮凝時(shí)間12min,實(shí)測(cè)GT=45816,G=63s1。設(shè)兩組絮凝池,每組池平面尺寸:6.15m×14.85m,深5.85m,平均水深4.70m;絮凝池水力分級(jí)分為四級(jí),其流速分別為:0.14m/s、0.11m/s、0.09m/s0.06m/s絮凝池排泥形式為排泥斗式排泥;沉淀池采用穿孔花墻實(shí)現(xiàn)均勻配水。沉淀工藝采用小間距斜板沉淀池,共設(shè)2座。每座平面尺寸:22mx14.35m,池深4.70m,水深3.84m,斜板高度0.91m,斜板采用乙丙共聚樹脂塑料板,斜板間距25mm,傾角60°,有效利用系數(shù)087沉淀時(shí)間6.60min,上升流速2mm/s,斜板區(qū)表面負(fù)荷6.5m3/(h·h)。沉淀池出水經(jīng)上部集水槽匯入出水總水渠,進(jìn)人濾池進(jìn)水渠。沉淀池排泥采用重力斗式排泥。高效均質(zhì)濾池采用粒徑相對(duì)較粗(0.7mm~1.35mm)的石英砂均質(zhì)濾料及較厚的濾層,以增強(qiáng)濾層的截污納污能力并延長(zhǎng)濾池工作周期;氣水反沖洗加表面掃洗,濾層不膨脹或微膨脹,能形成膨脹過(guò)濾和密實(shí)過(guò)濾兩種工藝狀態(tài);其配水系統(tǒng)為長(zhǎng)柄濾頭配水系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)總過(guò)濾水量為4166m3/h;濾池?cái)?shù)量為8個(gè);平面尺寸為10.5m×6m;設(shè)計(jì)濾速為82m/h;氣洗強(qiáng)度為15L/(m2h·s);水洗強(qiáng)度為46L/(m2h·s);表面掃洗強(qiáng)度為1.9L/(m2h·s);濾頭密度為51個(gè)/m2h;濾料層厚度為1.25m,承托層厚度0.10m;砂上水深為1.65m。高效均質(zhì)濾池工作狀態(tài)在自動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí),PLC通過(guò)控制濾后水出水閘門的開度來(lái)控制濾池恒液位。當(dāng)符合下列條件之一時(shí)開始反沖洗:濾池運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定值;過(guò)濾水頭損失達(dá)到設(shè)定值;來(lái)自于控制臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)PLC-XBT鍵盤或中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)的沖洗要求。沖洗分3個(gè)過(guò)程:(1)氣預(yù)擦洗2min;(2)氣水混合沖洗5min;(3)水漂洗5min224清水池與送水泵站清水池平面63m×33m,有效水深3m,調(diào)節(jié)能力8%。送水泵站選3臺(tái)送水泵,水泵為2SH-12型離心泵(Q=2016m3/h,H=59m);3臺(tái)消防水泵,水泵為12SH-6型離心泵(Q=790m3/h,H=90m);2臺(tái)消防穩(wěn)壓水泵,水泵為6C-100/5型立式多級(jí)離心泵(Q=36m3/h,H=100m)。送水泵站設(shè)有流量計(jì)、濁度儀、pH計(jì)等。2.2.5自控系統(tǒng)水廠自控系統(tǒng)釆用DCS控制系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的PCS7DCS系統(tǒng),系統(tǒng)硬件包括一臺(tái)控制器,40塊LO模塊,一臺(tái)操作站,一臺(tái)打印機(jī)及配套的通訊系統(tǒng)。軟件除正常的監(jiān)視、操作外設(shè)有自動(dòng)加藥、自動(dòng)排泥、自動(dòng)反洗、自動(dòng)消防系統(tǒng)。中控室主要設(shè)備:6面控制柜、二臺(tái)操作站、一臺(tái)打印機(jī)、一臺(tái)UPS。凈水場(chǎng)配備各種儀表80臺(tái),氣動(dòng)閥門101臺(tái),DCS監(jiān)控點(diǎn)502個(gè)。中國(guó)煤化工CNMHG結(jié)論凈水場(chǎng)工程自2003年6月試運(yùn)行始,各工藝單元、主要設(shè)備及自控系統(tǒng)運(yùn)行正常,出場(chǎng)水水質(zhì)指標(biāo)第3期胡良等:吉林然料乙醇工程凈水工藝選擇優(yōu)于國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其中濁度指標(biāo)可達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在投藥單元控制正常的情況下,出場(chǎng)水可控制在1NTU以下。平均聚合鋁單耗7g/m3(Al2O3);電單耗024kWh/m3(以單位水量計(jì))。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表明,采用渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)為主體的工藝設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)常規(guī)工藝比較,可節(jié)省總投資人民幣2000多萬(wàn)元;節(jié)省凈水工藝占地30%以上;運(yùn)行成本從常規(guī)的0.53元/m3降為0.34元/m3。參考文獻(xiàn)[1]赫俊國(guó),宋學(xué)峰,金昌錦,等.微渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)處理低溫低濁水[冂].中國(guó)給水排水,1999,15(4):18[2]趙樹君,肖樹宏林國(guó)斌,等渦旋混凝低脈動(dòng)沉淀技術(shù)用于水廠改造的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)給水排水,1998,14(5):46-48.[3]蔣展鵬,尤作亮混凝形態(tài)學(xué)的研究進(jìn)展[J].給水排水,1998,24(10):70-75.[4]吳亞準(zhǔn).低溫低濁水凈化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J]中國(guó)給水排水,1989,5(5):43-46[5〕武道吉譚風(fēng)訓(xùn)修春海,等混合動(dòng)力學(xué)機(jī)理及控制指標(biāo)研究[J]中國(guó)給水排水,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中國(guó)煤化工CNMHG