江湖源水制水水质的影响因素及金属转子流量计工艺改进

　　摘要：随着江湖源水水体环境的变化，制水水质波动较大，偶而出现金属转子流量计出水水质浊度大，不能达到3NTU指标要求。从江湖源水水体、制水工艺及制水设备等方面分析了制水水质、药剂处理效果的影响因素。结果表明：江湖源水温度、pH值等因素对制水药剂明矾与水体中物质反应生成胶状的氢氧化铝[Al（OH）3]有一定的影响，对出水水质有较大影响。制水过程中选用低压变频调速以及从配水井投加制水药剂改为泵前投加。改造后，生产用水出水水质稳定性提高，金属转子流量计出水浊度稳定在3NTU左右，5NTU合格率达到100%；制水药剂单耗由45.00g/t下降到37.27g/t，年节约制水药剂成本13.5万元。金属转子流量计进行工艺优化及设备改进后，制水负荷增加，水质质量达标，确保了化工装置的正常运行以及输送水管网的安全运行。

　　企业生产用水是指通过深井取江湖源水，经过净化絮凝、沉淀、澄清处理后，去除了悬浮杂质（含胶体物质），用于生产装置的工艺用水、冷却用水和消防用水等。中国石化巴陵分公司（简称公司）生产用水金属转子流量计有2套，云溪片区生产用水金属转子流量计设计能力4200万t/a，城区生产用水金属转子流量计设计能力3000万t/a。金属转子流量计均以明矾为药剂，采用混凝沉淀工艺对江湖源水进行澄清净化。明矾是含有结晶水的硫酸钾和硫酸铝的复盐，无色晶体，Al3+很容易水解生成胶状的Al（OH）3，其吸附能力很强，可以吸附水里的悬浮杂质，并形成沉淀。近年来，随着江湖源水水体环境的变化，制水水质波动较大。金属转子流量计的制水水质除受水体条件及设备条件的影响外，还取决于药剂的处理效果。原有制水工艺利用半自动加药机，搅伴机设备陈旧，功能单一，对药剂效果有一定的影响，导致金属转子流量计出水水质浊度偶而大，不能达到3NTU指标要求。因此，对原金属转子流量计进行工艺优化及设备改造势在必行。

　　1金属转子流量计工艺流程

　　金属转子流量计工艺流程见图1。来自于长江、洞庭湖底部的江湖源水进入水箱，经虹吸自流管流入吸水井（当江水水位低于虹吸管顶部时靠真空虹吸进吸水井），由泵提升到配水井，投加制水药剂明矾后，流入澄清池，进行澄清，泥渣排入长江，上层清液汇集至清水池，由泵加压送平流沉淀池沉淀后转送各生产装置使用。

　　2制水水质的影响因素

　　金属转子流量计出水水质的影响因素较多，有江湖源水水体条件，如温度、水体pH值、泥沙含量；药剂质量及用量；处理设备条件等因素。选定处理药剂明矾后，实际水处理过程中其他因素对制水质量的影响分析如下。

　　2.1江湖源水水体条件

　　江湖源水温度、水体pH值、泥沙含量都会影响制水药剂明矾与水中碱性物质反应的速度，以及制水药剂水解形成絮体（矾花）的质量。明矾净水原理：明矾在水中电离出K+，Al3+两种金属离子，而Al3+很容易水解，生成胶状的氢氧化铝Al（OH）3，Al（OH）3是白色难溶于水的胶状沉淀、两性氢氧化物，遇热易分解，在水中形成架桥絮体（矾花），吸附水中胶体及污泥，下沉，净化水质。其反应方程式如下：

　　2.1.1源水温度

　　水温高，反应生成的Al（OH）3多，絮体（矾花）多，混凝效果好；水温低，混凝效果差。

　　2.1.2源水pH值

　　江湖源水酸碱度对药剂处理效果的影响也较大。当水的pH值低于5.5时，Al（OH）3被溶解，发生式（3）反应，使水中残留铝含量增加。

　　当水的pH值高于7.5时，发生式（4）反应，同样使水中残留铝含量也增加，起不到产生Al（OH）3絮团的作用。

　　综上，当水的pH值高于7.5或低于5.5时，会影响Al（OH）3胶体的生成，所以，用铝盐作混凝剂时，水的pH值应为6.5~7.5，此时生成的Al（OH）3，溶解度非常小，可形成絮状物架桥，能吸附水中胶体及污泥，混凝效果好，可净化水质。

　　2.1.3源水泥沙含量

　　当江湖源水水中泥沙含量较高时，在沉降过程中就会相互干扰，因为泥沙颗粒在沉降时，必然要排挤出同样体积的水，这部分水被迫上升影响泥沙颗粒沉降速度，颗粒的沉降速度随着水中泥沙颗粒密度的增大而降低[1]，当水中泥沙颗粒密度很大时，沉降就会受阻。江湖源水泥沙含量通常以浊度表示，当源水浊度变化不大时，操作比较容易，根据源水浊度调整加药量、产水量、排泥量即可。如源水浊度太高或上升幅度大时，操作就有困难。尽管加药量增加了数倍或更多，但由于分离区的悬浮泥渣层偏高，使泥沙颗粒沉降速度受到影响，为降低泥沙颗粒密度，需加大排泥量（一般采取连续排泥），使产水量相应减少。因此金属转子流量计的运行控制应保持加药量、排泥量和产水量的动态平衡，一旦上述因素发生变化，即可造成翻池，影响出水水质。同时由于池底堆积泥沙过多，加重刮泥设备负荷，易发生故障，金属转子流量计被迫停运检修。

　　源水浊度高时，常采用稀释法把源水的浊度降低到一定程度，减少泥沙颗粒在沉降过程中的阻力，同时可提高金属转子流量计的产水效率。

　　2.2混凝水力条件

　　制水初期混合阶段要求源水与制水药剂尽量快速均匀混合，时间在10~30min，一般不超过2min。反应阶段要求水流有一定程度的紊动（即搅拌强度），紊动程度由大到小，同时要求有一定的反应时间（即搅拌时间），一般15~30min。保持制水药剂加药量、排泥量和产水量在不同工艺条件下的动态平衡，调整机械搅拌提升机转数，获取泥沙颗粒和絮体理想沉降速度，提高混凝效果。

　　3制水过程存在的问题

　　3.1设备方面

　　冬季，江湖源水温度低、浊度低、耗氧量低，水的黏度大，絮凝剂水解缓慢，形成的絮体松散，不易下沉，混凝效果差；夏季，江湖源水温度高、浊度大、泥沙含量大，絮凝剂粘附泥沙后快速下沉，造成絮体密度不足，影响出水水质。根据这些工艺条件的变化，需要采取增大澄清池底层泥水回流，提高澄清池混凝反应区进水浊度，增加颗粒碰撞机会，减少产水量，加大停留时间的措施来确保出水水质。合适的机械搅拌既能防止泥渣在反应室中的沉积，又能促生理想的絮体，形成较好的混凝效果。江湖源水浊度在80~1000NTU，为了保证江湖源水浊度差异或冬夏季节温度变化时，出水水质稳定优质，降低明矾消耗，需要提高机械搅拌提升机的转速。但金属转子流量计机械搅拌提升机设备陈旧，转速恒定为2.5r/min，不可调节，影响制水质量。

　　3.2工艺方面

　　原制水药剂是利用半自动加药机，通过脉冲式水射泵将制水药剂加水稀释后，投送到配水井，从配水井投加到金属转子流量计的工艺流程短，制水药剂与江湖源水混凝反应时间较短，生成的Al（OH）3量少或没有形成稳定絮状物，絮凝效果不理想，造成金属转子流量计出水水质不好，浊度大，达10NTU，不能满足3NTU指标要求。因此，对金属转子流量计进行工艺优化调整势在必行。

　　4改进措施

　　4.1选用低压变频调速器

　　4.1.1变频调速器选择

　　澄清池机械搅拌提升机的额定功率为11kW，额定电流为25.3A，额定电压380V。因考虑到机械搅拌提升机负荷较小，工艺过程对设备线速度同步要求不高及价格因素，选择11kW艾默生低压变频装置即可满足要求。

　　4.1.2变频调速器安装

　　在澄清池机械搅拌提升机电机进线端安装一组低压变频调速装置。安装后，根据生产的实际情况，即产水量大小、江湖源水浊度、出水质量、温度等及时对搅拌机的转速进行调节，并对操作人员进行技术培训，使其能够根据水质情况合理调节搅拌机转速，即降低制水药剂的消耗，又提高出水水质。变频前搅拌机转速约为2.5r/min，出水浊度为8NTU，澄清池容易翻泥；变频后，搅拌机转速在1.5~2.0r/min调节，出水浊度稳定在3NTU，出水质量稳定。

　　4.2优化工艺

　　原投加制水药剂点在配水井处，利用半自动加药机通过脉冲式水射泵将制水药剂加水稀释后投加，见图2虚线。改造后从深井泵房机泵的吸入口处投加制水药剂，见图2粗线。

　　从原制水药剂存放池安装一条DN20的PVC管至深井泵房的吸水井，全长约150m，为防止制水药剂的絮凝效果引起吸水井积泥，将加药管直接插入机泵的进水管内1m，从而将制水药剂全部由泵吸入而没有只停留在吸水井内。制水药剂通过调节阀来控制流量，用玻璃转子流量计观察制水药剂的流量。制水药剂的流量控制在50kg/h，为避免泥渣堵塞调节阀，要求操作人员加强巡检。制水药剂的用量根据原制水药剂存放池的液位差来计算，加强对液位的监控，并制作安装简便的液位计，便于读数和计量。

　　4.3其他条件的改进

　　为提高混凝效果，冬季江湖源水水温低时可采取：①增加混凝剂的投加量；②投加黏土以增加矾花重量，同时投加助凝剂如活化硅酸和高分子混凝剂以增加矾花强度。

　　当采用铁盐为制水混凝剂时，源水的pH值应控制在6.0~8.4。源水pH值偏低时可用投加生石灰的方法调节。

　　当江湖源水中泥沙含量较高时，为保证水处理效果，需采取：①利用金属转子流量计出水回流降低源水浊度；②采取连续排泥，加大澄清池排泥量；③从澄清池中心筒处加入回用水或生产用水。

　　5改进效果

　　5.1出水水质提高

　　在泵前投加制水药剂，澄清池机械搅拌提升机采用变频调速技术后，金属转子流量计出水浊度长期稳定在3NTU左右。按照出水水质3NTU为合格进行统计，出水水质合格率为97.3%，出水水质5NTU的合格率达到100%，出水水质大幅度提高，与改造前一年同期相比生产用水出水水质合格率提高了20.7%。改造前后装置出水水质浊度、合格率对比分别见图3、4。

　　5.2药剂消耗降低

　　改造后3—9月金属转子流量计处理水量13459670t，耗制水药剂501.6t，单耗为37.27g/t，比改造前矾单耗下降7.73g/t，下降了17.2%，见图5。按年生产用水总水量2374.5万t计算，全年可节矾制水药剂183t，节约制水生产成本13.5万元，制水药剂消耗下降显著。

　　6结论

　　金属转子流量计制水水质的影响因素包括制水药剂、江湖源水水体条件，如温度、pH值、泥沙含量、机械搅拌提升机转速等。在泵前投加制水药剂，澄清池机械搅拌提升机采用变频调速技术后，金属转子流量计出水浊度稳定在3NTU左右，5NTU合格率达到100%；制水药剂单耗由45.00g/t下降到37.27g/t，年节约制水药剂成本13.5万元，生产装置出水水质稳定性提高。