关键词 原水系统 絮凝剂 加药位置 优化改造
1 引言
中海石油华鹤煤化有限公司是年设计能力为 30 万 t 合成氨、58 万 t 尿素的化工企业。主要生产装置有气化、合成、尿素、锅炉、水处理等装置，其中水处理装置共分为五个系统，包括原水系统、中水系统、脱盐水系统、循环系统以及污水处理系统。原水系统运行的好坏直接影响到后续水系统及生产装置的稳定运行。为了改善原水产水的各项指标，保证原水系统的出水水质，我厂通过与某研究院沟通研究后，决定对原水絮凝剂加药装置进行优化改造，其目的是延长絮凝剂在原水中的反应时间，使其达到最佳的凝聚效果。使原水产水的各项指标控制在合格范围内，保证后续循环水、脱盐水、生活水水质达标，最终使各生产装置稳定运行。
2 工艺流程简介
我厂原水系统最大处理能力约为1 200 m3/h，由厂区附近的鹤立湖水库供水，原水系统设有加药装置三套、管道混合器二套、氧化反应器一套，一体化净水器四套。其中三套加药装置包括絮凝剂加药装置（聚合氯化铝，简称 PAC）、助凝剂加药装置（聚丙烯酰胺，简称 PAM）、氧化剂加药装置（高锰酸钾，即 KMnO4）。原水工艺流程为：将来自小鹤立河水库的原水经厂外加压泵站加压后输送至净化站界区内，首先经 1＃管道混合器投加高锰酸钾氧化后进入氧化反应器，水中的氨氮及部分有机物被氧化，从而原水中的 BOD、COD、氨氮含量被降低；然后在 2#管道混合器中加入聚合氯化铝、阴离子型聚丙烯酰胺，药剂和厂外来水在 2＃管道混合器中充分混合后进入一体化净水器；再经 2＃管道混合器投加絮凝剂和助凝剂混合处理后进入一体化净水器，在一体化净水器内经混凝、沉淀、过滤后进入生产消防水池储存，最后由生产消防水泵送往厂区内供给脱盐水、循环水及生活水等用户使用。改造前原水处理工艺流程见图1。
3 絮凝剂改造前生产运行情况
3.1 絮凝剂的原理
我厂使用的絮凝剂为聚合氯化铝（PAC），聚合氯化铝具有吸附、凝聚、沉淀等性能。主要用于污水处理、废水处理、饮用水处理、循环水处理等生产水处理。优点是用量小，成本低，在水处理行业是较常用的水处理剂之一，当和聚丙烯酰胺配合使用效果更好。其净化絮凝机理为：高分子混凝剂溶于水后，会产生水解和缩聚反应而形成高聚合物，这种高聚合物的结构是线性结构，在相聚较远的两个微粒之间起着粘结架桥作用，使得微粒逐步变大，变成了大颗粒的絮凝剂（俗称铝矾花），因此这种由于高分子物质的吸附架桥而使微粒相互粘结的过程称为絮凝【1】。
3.2 絮凝剂加药位置存在的问题
原有絮凝剂加药位置将药剂加在厂区原水系统的 2# 管道混合器处，加药点与净水器距离较近（约 3 m），药剂与水混合后直接进入净水器进行处理，反应时间短，无法完全发挥絮凝剂的作用，影响絮凝效果；另一方面搅拌不充分，原有絮凝剂加药系统在药剂搅拌后仍呈黏稠状，天气寒冷或浓度过高时易在管道内结晶，出现堵塞现象，严重影响药剂的正常输送，并且絮凝剂中经常出现大颗粒絮团等现象，降低了药效，絮凝效果不好。
这样就直接增加了药剂使用量，原有絮凝剂加药系统为提高絮凝效果，使用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝（PAC）与助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）配合使用，药剂用量大、价格高，增加了生产成本。 3.3 絮凝效果的影响见表1。
处理后的原水水质长期不合格，会严重影响后续的循环水、脱盐水及生活水系统，通过表中的数据看出，铁离子和浊度超过正常指标很多。
3.3.1 铁离子高的影响
（1）铁离子超标后，对循环水系统的影响最为明显。铁离子在水中对设备和管道有腐蚀作用，反应方程式为：Fe3+与单质铁反应生产 Fe2+：Fe3++Fe→Fe2+，当 Fe2+在凉水塔暴空时与氧反应再次生产 Fe3+：Fe2++O2→Fe3+如此循环，造成了系统的腐蚀事故，因此在循环水中总铁离子越低越好，一般情况下控制在≤0.5 mg/L，最高不超过1.0 mg/L。铁离子是反映循环水系统腐蚀的重要指标之一，当水中含有 2 mg/L 的铁离子时，会使碳钢换热器年腐蚀率增加 6～7 倍，且加剧局部腐蚀【3】。当循环水中铁离子含量＞0.5 mg/L，会使铁细菌繁殖加快，微生物会大量的附着在换热器部位的金属表面上，降低循环水的冷却效果，同时也会降低缓蚀与阻垢效果；另一方面这些粘泥覆盖在金属表面上，会形成差异腐蚀原电池，引起设备的电化学腐蚀。
（2）铁离子超标后对脱盐水系统及用户也会产生不利影响。当原水产生做为脱盐水给水时，如果铁离子以胶态悬浮体出现的话，它会从过滤器中漏过而污染阳离子交换树脂。如果铁以 Fe2+形式交换到树脂上，随后被氧化成 Fe3+，从而在树脂颗粒上形成凝胶状的不溶于水的铁的氢氧化物。可能交换到树脂上 Fe2+在树脂的交换基团上直接转化为 Fe3+，但在再生过程中不能被完全除去而残留在树脂中。这样会导致离子交换床的运行周期短且产水水质差，长时间运行会导致树脂中毒无法再生，降低树脂使用寿命。水质较差的脱盐水进入锅炉后导致锅炉腐蚀、结垢，受热不均匀浪费能源，严重时造成锅炉停车。当原水产生做为生活水水源时，水中铁离子过高会引起食欲不振，呕吐、腹泻、胃肠道紊乱、大便失常等病症。
3.3.2 浊度高的影响
增加循环泵的负荷，使泵的工作压力增大；降低冷却效果，浊度大的水质带走的热量较差，使降温效果不明显，对产量有一定的影响；同时对管道不利，管道内沉积占据了很多杂质，影响冷却水的流量；并且容易损坏水泵叶轮，污泥浊水增大了水泵叶轮的摩擦力，导致水泵的使用寿命，增加生产成本；严重时还会堵塞阀门管线，导致阀门不能正常的开启，影响工艺控制参数，从而影响生产。
而脱盐水的给水浊度过高，使活性炭过滤器因截留过量的沉渣、悬浮物等机械杂质而板结，使进出口压差增大，从而影响其正常截污、除氯能力。经活性炭过滤器处理的水如浊度超标会使悬浮物微粒会包围在离子交换树脂的颗粒表面、堵塞孔道，从而隔绝了树脂的离子交换过程，使树脂受污染，尤以阳树脂为严重。另 外，还会导致树脂床压差增高，影响离子交换周期和产水量，严重时会导致树脂破碎。浊度对饮用水微生物指标有明显的影响。它干扰细菌和病毒的测定，更重要的是浊度会促进细菌的生长繁殖，因为营养物质吸附在颗粒的表面上，因而使附着的细菌较那些游离的细菌生长繁殖更快【2】。
4 絮凝剂加药装置改造
改造絮凝剂加药位置之前，生产上尝试提高 PAC 的加入量，以使原水产生的浊度、色度和铁离子等指标达标浓度，即由 2.0×10-6提高至2.5×10-6，起初各项指标有所改观，但是随着絮凝剂的加入量逐渐提高，当药剂量浓度提高到3.0×10-6时水质并没有得到预期效果，并且没有充分反应的药剂进入净水器，堵塞滤料孔隙，加大了滤料的反洗率，降低了滤料的使用寿命，严重影响生产效率及水质。为使絮凝剂能充分发挥其絮凝作用，2018 年上半年，我厂与天津某设计院经过前期调研与后期实验后决定，对原有的原水絮凝剂加药装置进行改造，即将絮凝剂加药位置由原来厂区内 2#管道混合器处改为厂外加压泵出口管线处。改造后原水处理工艺流程见图2。
2018 年 12 月 4 日开始在厂外加压泵站进行加药，将厂区内 PAC 加药装置停运，加压泵站采取临时加药，人工配备浓度为 12.5%的 PAC 溶 液，搅拌均匀后用加药泵将药液加至厂外加压泵出口管线处，与水混合后送至厂区。调整加药泵冲程，控制加药量在 50 L/h 左右（加药浓度在 1.8×10-6～2.0×10-6），加药浓度与厂区加药浓度一致，运行 8 h 后对净水器产水进行加样分析。通过数据比较后，加压泵出口处添加絮凝剂具有良好的效果。改造完成后对原水厂内和厂外取样分析分别见表2、表3。
5 絮凝剂加药位置改造后的效果
5.1 工艺效果
浊度：厂外去除率平均为 68%，厂内去除率平均为 45%；色度：厂外去除率平均为 21%，厂内去除率平均为 14%；总铁：厂外去除率平均为 65%，厂内去除率平均为 54%；COD：厂外去除率平均为 23%，厂内去除率平均为 20%；反洗率：厂外加药反洗率 4.91%，厂内加药反洗率5.4%。通过以上厂外加药与厂内加药的数据对比可以看出，絮凝剂加药位置改造后各项指标明显降低，处理效果明显。有效打破了固有的原水加药模式，延长了絮凝剂与原水的接触反应时间，使絮凝剂的作用能充分发挥出来，提高絮凝效果。同时改造后的絮凝剂加药位置借助加压泵出口压力的作用使药剂搅拌后即使呈黏稠状态或浓度过高也不会出现堵塞现象，使药剂能正常输送，提高了药效，絮凝效果较好。
5.2 经济效益
絮凝剂加药位置改造前，为提高絮凝效果，需配合使用的助凝剂聚丙烯酰胺。改造后由于絮凝效果较好，已不再需要加入助凝剂。原来助凝剂的理论投加量为 0.25 mg/L，即 1200 t/h的水量投加为 0.3 kg/h，一年的投加量为 0.3 kg/h×24 h/d×365 d=2 628 kg，即 2.628 t，按助凝剂19 625元/t计算，19 625元/t×2.628 t=51 574 元。
6 结束语
对于水处理系统中的各个工段，原水作为净化和提高水质的第一步骤，其系统运行的好坏直接影响到后续系统是否能稳定。絮凝剂加药位置的改造实现了加药系统的优化，促进了药剂溶解，延长了药剂反应时间，稳定了药剂的浓度，减少了大颗粒絮团，降低了药剂用量及成本。絮凝剂加药位置改造后运行三年，系统运行稳定，原水产生的总铁及浊度等水质指标均控制在合格范围内，为后续水系统及其他生产装置的稳定运行提供了可靠保障。
原标题：原水絮凝剂加药位置优化改造
原作者：于丽娜
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