脫硫廢水處理系統(tǒng)多介質(zhì)過濾器濾水量下降原因分析及對策

王 典，盧 衛(wèi)，黃曉峰，蔣利群，劉 兵

（華能國際電力江蘇能源開發(fā)有限公司南通電廠，江蘇 南通 226001）

石灰石—石膏濕法脫硫工藝因其脫硫效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在我國火電廠內(nèi)被廣泛使用。因石灰石漿液與煙氣直接接觸吸收煙氣中的SO2，煙氣里的重金屬、粉塵、氯等污染物被轉(zhuǎn)移至漿液中，所以脫硫廢水主要呈弱酸性，懸浮物含量較高，主要為石膏顆粒與含Si、Al 及 Fe 的化合物等，含鹽量在10 000～40 000 mg/L，主要含 Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+等無機(jī)離子，重金屬及其他污染物含量較低。采用多介質(zhì)過濾器處理廢水具有投資少、管理方便、占地面積小、節(jié)約水資源、壽命長、處理效果好且穩(wěn)定、工藝流程可靠，裝置簡單而多樣等優(yōu)點(diǎn)，是化學(xué)水處理工程中去除水中各種懸浮物及雜質(zhì)的理想處理設(shè)備，通過最佳的工藝組合，可以降低水中的懸浮物含量，達(dá)到減少對環(huán)境的危害，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。南通電廠根據(jù)市環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，將脫硫廢水經(jīng)過深度處理后，回到廢水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)用，真正實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。過濾器濾水量及濾水凈度直接關(guān)乎到廢水能否被復(fù)用，是環(huán)保工作的關(guān)鍵。文章以該電廠為例，針對脫硫廢水處理系統(tǒng)多介質(zhì)過濾器濾水量下降的問題，通過分析，提出解決措施。

1 多介質(zhì)過濾器

多介質(zhì)過濾器實(shí)為壓力式過濾器，由無煙煤濾層和石英砂濾層雙層濾料組成，濾料上層為無煙煤，下層為石英砂。（1）工作原理。多介質(zhì)過濾器主要參數(shù)見表1。其工作過程可分為過濾及反沖洗兩個階段。過濾時原水加入定量混凝劑（如若為沉淀水，不再加入混凝劑）并經(jīng)過泵快速混合（反應(yīng)）后，由進(jìn)水管進(jìn)入壓力濾器，水均勻地分布于濾層上部，并經(jīng)過濾料，利用石英砂過濾作用去除水中的懸浮物，從而達(dá)到凈化的目的。

表1 JJL1600 壓力過濾器主要技術(shù)參數(shù)

在過濾過程中，由于不斷地截留水中的污物，濾料層的孔隙會不斷減小，水阻力會逐漸增大；當(dāng)濾層水頭的損失達(dá)到其最大允許值時（或過濾水質(zhì)已接近超標(biāo)時），應(yīng)進(jìn)行反沖洗，反沖洗的周期一般是根據(jù)出水的水質(zhì)或水頭損失多少來確定的。為了保證出水水質(zhì)，必須對濾層進(jìn)行反沖洗（一般每天至少應(yīng)反沖一次）。反沖時，清水流經(jīng)底部出水管流入濾器，具有一定壓力的反沖水將濾層緩緩?fù)衅?，使石英砂等濾料顆粒相互摩擦碰撞，從而使濾料沖洗干凈，反沖洗的污水由進(jìn)水管排出。這樣，整個系統(tǒng)就能夠維持連續(xù)運(yùn)行，原水不間斷的送入到過濾器中，然后經(jīng)凈化后變成清水不斷從過濾器流出，這就是過濾器工作原理。

當(dāng)脫硫廢水由上至下的通過濾料時，水中懸浮物在吸附和機(jī)械阻流雙作用下被濾層表面截留，當(dāng)水流進(jìn)入濾層中間，由于濾料層中的砂粒排列的更加緊密，使得水中微粒擁有更多機(jī)會與砂粒碰撞，因此水中凝絮物、懸浮物及砂粒表面互相粘附，水中雜質(zhì)被截留在濾料層中，從而得到澄清水質(zhì)。

當(dāng)過濾器在線運(yùn)行久了，過濾器內(nèi)部壓力升到設(shè)定壓力時，系統(tǒng)設(shè)置備用過濾器投入運(yùn)行，原在線過濾器進(jìn)行自清洗（反洗）并轉(zhuǎn)入備用。在反洗過程中由于濾料存在較大的粒度差和密度差，過濾層會自動分層。

（2）過濾器功能。①將水中的由懸浮物凝聚而成的片狀物及使用沉淀、氣浮等方法卻不能去除的粘結(jié)膠質(zhì)顆粒，通過壓力濾器內(nèi)所裝的濾層去除，使水達(dá)至透明。②適用出水濁度一般在 5 mg/L 以內(nèi)的工業(yè)用水、生活用水的工礦企業(yè)和城鎮(zhèn)給水處理設(shè)施。過濾器對工業(yè)污水中的懸浮固體物有優(yōu)良的去除效果。③雙層濾料濾器適用于進(jìn)水濁度經(jīng)常在 100 mg/L 以內(nèi)，未使用過混凝劑沉淀的原水（如使用濁度更高的原水時，應(yīng)注意將過濾器運(yùn)轉(zhuǎn)周期縮短或?qū)⑵錇V速降低），在使用時應(yīng)在過濾器前加注混凝劑。

（3）濾料選擇規(guī)格。過濾器的濾料在裝填前應(yīng)按使用要求認(rèn)真篩選，并在沖洗干凈后方可填入過濾器中，安裝順序要求為罐底部濾料襯托層直徑最大，往上濾料直徑逐層減少（表2）。

表2 濾料分層厚度表

2 多介質(zhì)過濾器運(yùn)行異常狀況

化學(xué)區(qū)域脫硫廢水處理系統(tǒng)配備兩臺JJL1600 多介質(zhì)過濾器（以下簡稱過濾器），一用一備，主要作用是脫硫廢水經(jīng)過加藥處理后，通過過濾水泵把廢水注入多介質(zhì)過濾器進(jìn)行過濾，從而去除脫硫廢水中由懸浮物凝聚的片狀物及沉淀、氣浮等方法不能除去的粘結(jié)膠質(zhì)顆粒，即將廢水通過濾器內(nèi)所裝的濾層進(jìn)行過濾，使水達(dá)標(biāo)。

自2020 年5 月正式投用以來，已處理約5.4 萬噸來自脫硫公用區(qū)的脫硫廢水。2022 年3 月初，兩臺過濾器出現(xiàn)過濾水量至低限的情況，短時運(yùn)行失效，且反洗系統(tǒng)加裝的曝氣風(fēng)機(jī)壓力從原0.04 Mpa 升高至0.076 Mpa，泄壓閥動作（＜0.05 Mpa），導(dǎo)致反洗效果差。打開過濾器人孔門觀察容器內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)石英砂濾料、無煙煤濾料與石膏混凝、板結(jié)（圖1）。

圖1 混凝板結(jié)的濾料

3 原因分析

在運(yùn)行過程中，脫硫廢水中的懸浮物被濾層截留、吸附，并逐步在濾層積累，濾層孔隙被污物逐漸堵塞，從而在濾料層表面形成了濾餅，其中一些懸浮物在水流沖擊下逐漸移到下層濾料中去，使水中懸浮物含量持續(xù)上升，水質(zhì)變差，最終造成濾料板結(jié)。脫硫廢水穿過板結(jié)濾料層時阻力會增大，造成過濾器內(nèi)部壓力升到設(shè)定壓力，導(dǎo)致過濾器失效，濾水量下降。過濾器內(nèi)石英砂濾料、無煙煤濾料與石膏混凝、板結(jié)的原因：

3.1 過濾器反洗效果差

（1）水反洗水量不夠。濾料清洗前，過濾器反洗運(yùn)行邏輯為：①水反洗。水反洗時間為1 min，反洗至濾料層頂松、膨脹（40%～50%），保證濾料顆粒有足夠的間隙使污物迅速隨水排出濾料層。②氣反洗。氣反洗時間為5 min，利用氣體對濾料擦洗，使得濾料間相互摩擦，促使濾料表面附著污物脫落，達(dá)到清洗目的。③靜置。靜置1 min 至濾料自動分層。④水反洗。重復(fù)2 min 帶走濾料層中污物。⑤靜置。再次靜置1 min 消除濾料間隙，恢復(fù)濾料緊密排列。

在本次處理過程中，發(fā)現(xiàn)第二步水反洗時間偏短，反洗出水水質(zhì)較差，未能達(dá)到濾水要求。逐將第二步水反洗時間由2 min 設(shè)置成5 min，反洗出水水質(zhì)有明顯改善。

（2）氣反洗氣量不夠。處理過程中，氣反洗送氣的曝氣風(fēng)機(jī)出口管道上壓力表指示偏高，壓力達(dá)到0.062 Mpa，超過正常值（0.05 Mpa）上線，泄壓閥保護(hù)動作，大量氣體從泄壓閥排放，進(jìn)入過濾器內(nèi)的反洗氣量不夠，過濾器內(nèi)未見圖2 中的翻騰現(xiàn)象，氣反洗效果不符合要求。

圖2 過濾器內(nèi)曝氣清洗墊層石英砂濾料

經(jīng)查驗(yàn)，過濾器反洗在進(jìn)入第二步續(xù)氣反洗階段時，過濾器內(nèi)依然充滿水，這一狀況不符合過濾器氣反洗的前提條件。同時，反洗氣量不夠會導(dǎo)致過濾器內(nèi)的反洗空氣分布不均勻，隨著反洗空氣的反復(fù)搓動，搓動量相對較小的地方，不能有效去除濾料表面污物，繼續(xù)投入到下一正常濾水周期后，會造成局部負(fù)荷進(jìn)一步增大，污物從表面沉入內(nèi)部。附著污物的砂粒會結(jié)成小泥球且逐漸增大，并同時向過濾器的濾層深度延伸，加速過濾器失效。

3.2 過濾器進(jìn)水水質(zhì)差

過濾器進(jìn)水水源主要來自于兩個供水系統(tǒng)，一個是脫硫公用區(qū)的脫硫廢水，另一個是化學(xué)區(qū)域輻流式沉淀池溢流水。這兩種水源均含有一定量的石膏及其他懸浮物。當(dāng)水中的石膏含固率升高，一方面會導(dǎo)致進(jìn)水水量降低，另一方面石膏的粘附性會使其懸浮物堵塞濾料，阻礙制水。

4 處理方法

（1）人工清洗。打開過濾器入孔門，將石英砂墊層以上濾料出至過濾器外部，利用外接除鹽水進(jìn)行清洗，墊層石英砂則在過濾器內(nèi)進(jìn)行清洗，直至清洗水無明顯污濁。

（2）氣洗。將處理好的濾料重新填入過濾器內(nèi)，注入除鹽水直至沒過濾料，達(dá)到濾層表面上100～150 mm 位置，再通入廠用氣進(jìn)行氣反洗。實(shí)驗(yàn)證明：曝氣風(fēng)機(jī)出口管道上壓力表指示正常（0.028 Mpa）、泄壓閥未動作，過濾器內(nèi)翻騰效果良好，滿足氣反洗要求。氣洗5～10 min 后靜置，打撈出浮沫后排盡反洗水。

（3）改善進(jìn)水水質(zhì)。根據(jù)脫硫公用區(qū)至化學(xué)區(qū)域脫硫廢水水質(zhì)，及時調(diào)整三聯(lián)箱加藥量，改善過濾器進(jìn)水水質(zhì)（進(jìn)水濁度＜100 mg/L），確保脫硫公用區(qū)預(yù)沉池溢流的含固率≦3%。

（4）對過濾器進(jìn)行設(shè)備整改。①在整改未完成前，運(yùn)行人員需手動進(jìn)行過濾器反洗。②將原有的排氣管更換管道材質(zhì)，由不銹鋼管替換掉碳鋼管，防止水汽銹蝕的雜質(zhì)掉落過濾器中，影響過濾水質(zhì)。同時延長管道至地溝中，便于排放混合水汽，以免排放過程中影響現(xiàn)場環(huán)境。③在原有過濾器排放閥門后增設(shè)一只氣動控制隔離閥。在反洗過程中，運(yùn)行人員通過遠(yuǎn)程控制，及時調(diào)整反洗水的排放量，提高反洗過程的控制效率。④增設(shè)反洗水取樣閥。在過濾器反洗水出口管上增設(shè)取樣管，并增加反洗水取樣閥。在反洗運(yùn)行過程中，便于運(yùn)行人員即時取樣，確定反洗水水質(zhì)，及時調(diào)整反洗過程。⑤根據(jù)人工反洗的情況，修改過濾器反洗運(yùn)行邏輯。增設(shè)反洗過程中的過濾器排水控制，以及調(diào)整水反洗實(shí)際運(yùn)行時長。

5 總結(jié)

通過對運(yùn)行操作流程優(yōu)化以及對設(shè)備結(jié)構(gòu)整改后，運(yùn)行人員對過濾器進(jìn)行了多次反洗，并記錄對比了濾料清洗前后對運(yùn)行工況，見表3。

表3 濾料清洗前后對比表

通過數(shù)據(jù)對比可以看出，濾料的清潔程度對過濾器的運(yùn)行工況的影響十分明顯。目前，從觀察窗中觀察存留反洗水的反洗情況，輻流式沉淀池的出水口反洗出水濁度已得到極大的改善。與運(yùn)行人員溝通后，決定在條件允許的情況下，盡可能進(jìn)行多次反洗，同時加強(qiáng)對反洗水至輻流式沉淀池出水管取樣水的濁度檢測，確保多介質(zhì)過濾器的運(yùn)行正常，保證電廠廢水的零排放。