李宏秀

(中國華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100160)

1 問題的提出

海水淡化廠采用反滲透技術(shù)處理的產(chǎn)品水屬于侵蝕性水(朗格利爾指數(shù)為負(fù)值)，該水需要通過石灰石接觸池進(jìn)行礦化處理，使pH值升高，堿度和硬度也升高，方能符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

當(dāng)?shù)ㄟ^上向流石灰石接觸池時(shí)，碳酸鈣遇二氧化碳和水發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)

該反應(yīng)式的pH值取決于初始pH值、CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿度、總?cè)芙夤腆w、水溫和上向流速及其他因素。水流經(jīng)石灰石床層需要足夠的接觸時(shí)間，飽和水含有碳酸鈣，朗格利爾指數(shù)上升至等于或大于零。

傳統(tǒng)的上向流石灰石接觸池處理工藝操作難度較大，主要有以下問題：

(1)當(dāng)投加碳酸鈣時(shí)會(huì)產(chǎn)生濁度；

(2)由于連續(xù)運(yùn)行石灰石床層高度下降，產(chǎn)水水質(zhì)受到影響；

(3)當(dāng)用水和氣沖洗石灰石床層時(shí)會(huì)產(chǎn)生濁度。

新型上向流石灰石接觸池可以解決以下問題：

(1)通過連續(xù)給料系統(tǒng)維持石灰石的恒定高度；

(2)石灰石裝填通過筒倉分配到床層表面；

(3)模塊化設(shè)計(jì)便于正常運(yùn)行時(shí)單個(gè)模塊的裝填，因?yàn)槊總€(gè)模塊處理其中一部分水量，這樣由于裝填石灰石引起的濁度問題最小化，其余模塊的石灰石溶解于大部分產(chǎn)品水中。

2 上向流石灰石接觸池結(jié)構(gòu)

上向流石灰石接觸池由模塊化單體組成，池體為混凝土結(jié)構(gòu)，上向流石灰石接觸池包括空氣注入?yún)^(qū)、配水區(qū)、石灰石床層、靜水區(qū)、石灰石給料區(qū)和石灰石儲(chǔ)存區(qū)6個(gè)區(qū)域。

3 上向流石灰石接觸池技術(shù)參數(shù)的確定

3.1 設(shè)計(jì)條件

上向流石灰石接觸池主要設(shè)計(jì)參數(shù)：石灰石接觸池的總面積為100 m2，空塔接觸時(shí)間為4.1～4.8 min，上向流速為20.83 m/h。以海水反滲透系統(tǒng)(SWRO)的產(chǎn)水量為50 000 m3/d作為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 海水原水水質(zhì)技術(shù)參數(shù)見表1，SWRO產(chǎn)水水質(zhì)技術(shù)參數(shù)見表2，礦化后水的化學(xué)特性見表3。

表1 海水原水水質(zhì)技術(shù)參數(shù)

表2 SWRO產(chǎn)水水質(zhì)技術(shù)參數(shù)

表3 礦化后水的化學(xué)特性

3.2 空塔速度

以SWRO產(chǎn)水流量為50 000 m3/d計(jì)算，接觸池的截面積為100 m2，空塔速度計(jì)算值為20.82 m3/(m2·h)。

3.3 空塔接觸時(shí)間

表2表明，水溫在2～32 ℃內(nèi)，隨著溫度的變化，pH值也隨之發(fā)生變化。隨著pH值的升高，空塔接觸時(shí)間也隨之升高。上向流速在19.30～22.00 m/h內(nèi)，選定上向流速為20.83 m/h，空塔接觸時(shí)間的設(shè)計(jì)值選定為4.1 min。

3.4 礦化后的水質(zhì)

石灰石接觸池填料：98%～99%純度的石灰石，粒徑為1.5～2.5 mm，上向流速為19.30～22.00 m/h。經(jīng)過石灰石礦化后的產(chǎn)水品質(zhì)技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 礦化后預(yù)測的產(chǎn)水品質(zhì)技術(shù)參數(shù)

3.5 石灰石接觸池技術(shù)參數(shù)

以SWRO產(chǎn)水設(shè)計(jì)流量50 000 m3/d計(jì)算，石灰石接觸池的規(guī)格按如下設(shè)計(jì)：混凝土池分2格，單池流量25 000 m3/d,并聯(lián)運(yùn)行。每格又分5個(gè)子單元，每個(gè)子單元流量5 000 m3/d，并聯(lián)運(yùn)行。石灰石接觸池技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 石灰石接觸池技術(shù)參數(shù)

3.6 低流量狀況下的石灰石接觸池性能

為了評估石灰石接觸池，假定流量下降為13 600 m3/d(570 m3/h)，該流量流過其中的一格，對于2 m×5 m的過流面積,原始單格設(shè)計(jì)流量為25 000 m3/d。每個(gè)子單元的流量為1.9 m3/min，空塔接觸時(shí)間為7.5 min，而上向流速變?yōu)?9 cm/min。上向流速降低，石灰石顆粒周圍的水流速降低，化學(xué)反應(yīng)減慢，因此，要達(dá)到出水同樣的pH值，需要增加空塔接觸時(shí)間。增加空塔接觸時(shí)間(從4.1 min到7.5 min)可消除低流量對產(chǎn)水水質(zhì)的影響。在上向流速為34.7 cm/min和空塔接觸時(shí)間為4.1 min的工況下，pH值和朗格利爾指數(shù)不受影響。

3.7 石灰石的品質(zhì)

石灰石接觸池所用石灰石的品質(zhì)技術(shù)參數(shù)見表6。

表6 石灰石接觸池所用石灰石的品質(zhì)

3.8 石灰石接觸池藥劑技術(shù)參數(shù)

50 000 m3/d海水淡化廠礦化系統(tǒng)石灰石接觸池藥劑技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 石灰石接觸池藥劑技術(shù)參數(shù)

續(xù)表

4 結(jié)論

50 000 m3/d海水淡化廠采用上向流石灰石接觸池對海水淡化廠產(chǎn)品水進(jìn)行了礦化處理，礦化處理后的淡水水質(zhì)符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。礦化后的水質(zhì)鈣離子(Ca2+)質(zhì)量濃度為26 mg/L，朗格里爾指數(shù)接近于零，適合生活飲用。

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