粉末活性炭投加系統(tǒng)應(yīng)用于給水廠(chǎng)的設(shè)計(jì)
摘要：在提高給水廠(chǎng)出水水質(zhì)和水源突發(fā)性污染應(yīng)急處理中，粉末活性炭吸附技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。結(jié)合成都市水六廠(chǎng)五期工程粉末活性炭投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析了如何確定粉末活性炭的投加方法、投加量、投加濃度以及投加點(diǎn)等設(shè)計(jì)內(nèi)容。并簡(jiǎn)要介紹了粉末活性炭投加系統(tǒng)的組成，以及水六廠(chǎng)五期工程粉末活性炭投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。
關(guān)鍵詞?：粉末活性炭投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)急處理
0前言?
自20世紀(jì)20年代美國(guó)首次使用粉末活性炭去除氯酚產(chǎn)生的臭味以來(lái)，該技術(shù)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。我國(guó)近年來(lái)也己有給水廠(chǎng)在預(yù)處理中采用粉末活性炭提高出水水質(zhì)，并己在水源突發(fā)性污染應(yīng)急處理中作為一種主要的應(yīng)對(duì)技術(shù)。
本文結(jié)合成都供水六廠(chǎng)五期工程中粉末活性炭投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，介紹設(shè)計(jì)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)。
1投加方法的選擇?
粉末活性炭投加的方法有兩種，即干式投加和濕式投加。干式投加采用水射器作為主要投加工具。濕式投加則要先將粉末活性炭配成一定濃度的炭漿，再用泵投加。干式投加法以變頻螺旋送料機(jī)控制粉炭投加量，一般每臺(tái)干投機(jī)(由料倉(cāng)與送料機(jī)構(gòu)為主組成)配置1臺(tái)變頻螺旋送料機(jī)，如果投加點(diǎn)較多目需要對(duì)每點(diǎn)較精確控制，則需要較多的干投機(jī)設(shè)備。此外，由于干投中粉末活性炭與水不宜混合，因此在設(shè)備設(shè)計(jì)中就要解決好投加水射器喉管的易堵塞問(wèn)題。濕式投加法可采用1臺(tái)或較少數(shù)量設(shè)備配置好一定濃度的炭漿，通過(guò)多臺(tái)計(jì)量泵準(zhǔn)確定量投加到多個(gè)投加點(diǎn)，在制備投加過(guò)程中炭粉不會(huì)隨空氣飛揚(yáng)，操作環(huán)境較好，系統(tǒng)使用較為成熟穩(wěn)定，因此目前給水處理中通常使用濕投法。水六廠(chǎng)五期工程粉末活性炭投加系統(tǒng)有5個(gè)投加口需要分別控制，經(jīng)分析比較后最終選擇濕式投加法。
2投加量及投加濃度的確定?
粉末活性炭的投加量一般需根據(jù)水質(zhì)污染狀態(tài)確定?！妒彝饨o水設(shè)計(jì)規(guī)范》‘]中規(guī)定投加量“宜為5～30?mg/?L”。考慮將來(lái)水質(zhì)污染暴發(fā)的可能性，并結(jié)合抗震救災(zāi)水處理應(yīng)急方案，水六廠(chǎng)五期工程粉末活性炭最大投加量確定為30?mg/?L。
粉末活性炭炭漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5%一10%。但在濕式投加中多采用5%，這樣可使炭漿快速擴(kuò)散，與水體充分混合，同時(shí)避免了投加管道易堵塞和其他機(jī)械故障。
3投加點(diǎn)的選擇?
為充分發(fā)揮粉末活性炭的吸附作用，需要使其與水充分混合，并保證足夠的接觸時(shí)間(一般接觸時(shí)間30～60?min)和盡量避免吸附被干擾。故而，合適的粉末活性炭投加點(diǎn)非常重要。對(duì)于常規(guī)的混凝、沉淀、過(guò)濾水處理工藝，粉末活性炭的投加點(diǎn)可以有以下二種選擇:原水吸水井投加、混凝前端投加、濾池前投加。
一般認(rèn)為，在吸水井投加能較充分地發(fā)揮粉末活性炭的吸附作用，但存在著與后續(xù)混凝工藝競(jìng)爭(zhēng)去除有機(jī)物的問(wèn)題。如果吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，將降低活性炭的吸附作用，造成投加量增加，處理成本加大。
在混凝前端投加，理論上分析認(rèn)為投加混凝劑后，在絮凝池中形成的微小絮體尺度發(fā)展到與粉末活性炭顆粒尺度相近的位置應(yīng)作為最佳投加點(diǎn)。在該點(diǎn)投加既可在一定程度上避免競(jìng)爭(zhēng)吸附，又可使絮體對(duì)粉末活性炭顆粒的包裹作用最小，可以充分發(fā)揮粉末活性炭的吸附效率。
濾前投加，不存在吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，但粉末活性炭進(jìn)入濾池后，可能會(huì)堵塞濾料層使濾池的工作周期明顯縮短。此外，粉末活性炭還有穿透濾層現(xiàn)象，而目吸附時(shí)間難以得到保證。
因此，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，投加點(diǎn)的選擇需要結(jié)合以上特征，再根據(jù)原水水質(zhì)和水廠(chǎng)處理工藝特點(diǎn)、水力條件綜合考慮決定。
水六廠(chǎng)五期工程的投加點(diǎn)選在取水口，主要基于以下考慮:????(?1)原水的取水日距給水廠(chǎng)約2?km，投加粉末活性炭后，大概需要30?min重力自流進(jìn)入廠(chǎng)內(nèi)分配井?？梢杂行Ю迷泄芮?，使粉末活性炭的吸附作用得到充分發(fā)揮。
(?2)水處理工藝流程中在混凝前設(shè)有斜管預(yù)沉池，于是達(dá)到充分吸附能力的粉末活性炭在這一環(huán)節(jié)中被沉淀排出。這樣，不僅使進(jìn)入機(jī)械絮凝平流沉淀池的進(jìn)水水質(zhì)得到很大改善，減輕后續(xù)構(gòu)筑物的處理負(fù)荷，也避免了吸附與混凝競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。
?4粉末活性炭投加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?
粉末活性炭投加系統(tǒng)通常由以下幾部分組成:拆包系統(tǒng)(適合于袋裝炭)、儲(chǔ)料系統(tǒng)、精密投配系統(tǒng)炭漿制備系統(tǒng)、炭漿投送系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)。水六廠(chǎng)五期工程采用了某進(jìn)日品牌廠(chǎng)家的成套設(shè)備，力求在現(xiàn)有條件下使勞動(dòng)強(qiáng)度最小，操作環(huán)境最好，粉末活性炭利用率最高。
拆包系統(tǒng)與儲(chǔ)料系統(tǒng):對(duì)于散料，可以采用罐車(chē)上料，即由粉末活性炭運(yùn)輸車(chē)直接將粉末活性炭泵入料倉(cāng)儲(chǔ)存。這種方式，自動(dòng)化程度高，工人操作量少，目無(wú)破包動(dòng)作，車(chē)間環(huán)境好。但此種方式，需要水廠(chǎng)所在地附近有粉末活性炭生產(chǎn)廠(chǎng)家。袋裝粉末活性炭分為25?kg包裝(小袋)和500?kg包裝(大袋)兩種。對(duì)于小袋裝，工人將小袋粉末活性炭放入輸送帶，輸送帶將小袋粉末活性炭運(yùn)入切包機(jī)拆包后，粉末活性炭由螺旋輸送器泵入料倉(cāng)儲(chǔ)存，廢袋通過(guò)壓榨機(jī)由出袋口排出。這種拆包工作處于全自動(dòng)封閉狀態(tài)，車(chē)間環(huán)境較好，但對(duì)于大型水廠(chǎng)，工人投放小袋粉末活性炭的頻率高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。對(duì)于大袋裝，工人將大袋粉末活性炭取量放入料倉(cāng)頂部的破包機(jī)內(nèi)，破包機(jī)內(nèi)設(shè)橡膠密封緊密裹在料袋周?chē)?，避免粉塵泄漏。破包機(jī)自動(dòng)破包的同時(shí)，開(kāi)啟負(fù)壓除塵器。為了防止卸料結(jié)束后粉塵外溢，在破包機(jī)周?chē)O(shè)有一圈擋板。這種方式，工人操作強(qiáng)度較小，車(chē)間環(huán)境也較好，適合大型水廠(chǎng)粉末活性炭投加。?由于成都水六廠(chǎng)五期工程所在地附近無(wú)粉末活性炭生產(chǎn)廠(chǎng)家及粉末活性炭投加量大，故選用大袋裝拆包方式。
精密投配系統(tǒng)與炭漿制備系統(tǒng):兩個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于粉末活性炭給料機(jī)的流量能穩(wěn)定、連續(xù)。給料機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速有線(xiàn)性關(guān)系，具有計(jì)量功能，同時(shí)計(jì)量能力可通過(guò)電控柜里的變頻器變頻可調(diào)。給料機(jī)螺旋具有自潔功能，正’常工況下均不會(huì)發(fā)生堵塞。粉末活性炭通過(guò)給料機(jī)精確計(jì)量后，由螺旋輸送器輸送到溶解罐中，溶解水同時(shí)以一定比例注入，經(jīng)攪拌，形成一定濃度的活性炭炭漿。
炭漿投送系統(tǒng)與反沖洗系統(tǒng):投送方式可選用重力投送或壓力投送，以壓力投送為主。壓力投送時(shí)需采用耐磨損、不易堵塞的投送泵，如螺桿泵、膜片泵等。水六廠(chǎng)五期工程炭漿投送泵選用螺桿泵，泵的流量通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精確連續(xù)投加。粉末活性炭投加一般用于應(yīng)急處理，在需要時(shí)才投入運(yùn)行，每次工作完成后應(yīng)立即沖洗管路，防止粉末活性炭沉積堵塞管路影響系統(tǒng)的正常工作。故投送泵又可作為沖洗泵，需要時(shí)用于加藥管路的沖洗，沖洗可自動(dòng)進(jìn)行，也可人為干預(yù)。
5工程設(shè)計(jì)?
成都市自來(lái)水六廠(chǎng)工程規(guī)模為140萬(wàn)m3/?d，其中一期一二期工程(己建)設(shè)計(jì)規(guī)模為60萬(wàn)m?3?/?d,四期(BOT)設(shè)計(jì)規(guī)模為40萬(wàn)m3/?d，水六廠(chǎng)五期工程規(guī)模為40萬(wàn)m3/?d。水六廠(chǎng)五期工程在設(shè)計(jì)中采用了粉末活性炭工藝，水處理工藝流程如圖1所示。
粉末活性炭投加點(diǎn)為取水口，距水廠(chǎng)約2?km，采用濕式投加，投加量≤30?mg/?L，炭漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。
投加系統(tǒng)采用大袋裝(500?k}/袋)拆包方式上料，除塵器風(fēng)量300~?500?m3/h,螺桿泵分別對(duì)應(yīng)一期一五期工程投送，即有5臺(tái)工作泵。大泵工作流量為11?m3/h，小泵工作流量為6?m;3/?h。
粉末活性炭投加間的平面布置如圖2所示。
采用粉末全自動(dòng)活性炭投加系統(tǒng)，粉末活性炭大袋包裝，由大包裝自動(dòng)破包機(jī)拆包后落入料倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存，為了保證粉末活性炭下料通暢，設(shè)有粉料堆積消除系統(tǒng)，如空氣振打或機(jī)械方式，為了防止粉塵彌漫，破包機(jī)上帶有擋板，料倉(cāng)帶有吸塵裝置，粉末活性炭經(jīng)給料機(jī)精確計(jì)量后由螺旋輸送器輸送到溶解罐中，溶解水同時(shí)以一定比例注入，形成一定濃度的粉末活性炭漿液。制備好的粉末活性炭漿由5臺(tái)螺桿泵通過(guò)5個(gè)投加點(diǎn)投加。螺旋輸送器的流量可以通過(guò)變頻器根據(jù)進(jìn)水量線(xiàn)性調(diào)節(jié)，形成一定濃度的炭漿，同時(shí)投加濃度可以根據(jù)需要在PLC上進(jìn)行設(shè)定。粉末活性炭投加系統(tǒng)按自控信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投加。
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