上向流石灰石接觸池礦化處理技術

李宏秀

(中國華電工程(集團)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處理的產品水屬于侵蝕性水(朗格利爾指數為負值)，該水需要通過石灰石接觸池進行礦化處理，使pH值升高，堿度和硬度也升高，方能符合GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》的要求。

當淡化水通過上向流石灰石接觸池時，碳酸鈣遇二氧化碳和水發生如下化學反應

該反應式的pH值取決于初始pH值、CO2質量分數、堿度、總溶解固體、水溫和上向流速及其他因素。水流經石灰石床層需要足夠的接觸時間，飽和水含有碳酸鈣，朗格利爾指數上升至等于或大于零。

傳統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)當投加碳酸鈣時會產生濁度；

(2)由于連續運行石灰石床層高度下降，產水水質受到影響；

(3)當用水和氣沖洗石灰石床層時會產生濁度。

新型上向流石灰石接觸池可以解決以下問題：

(1)通過連續給料系統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)模塊化設計便于正常運行時單個模塊的裝填，因為每個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品水中。

2 上向流石灰石接觸池結構

上向流石灰石接觸池由模塊化單體組成，池體為混凝土結構，上向流石灰石接觸池包括空氣注入區、配水區、石灰石床層、靜水區、石灰石給料區和石灰石儲存區6個區域。

3 上向流石灰石接觸池技術參數的確定

3.1 設計條件

上向流石灰石接觸池主要設計參數：石灰石接觸池的總面積為100 m2，空塔接觸時間為4.1～4.8 min，上向流速為20.83 m/h。以海水反滲透系統(SWRO)的產水量為50 000 m3/d作為依據進行設計。 海水原水水質技術參數見表1，SWRO產水水質技術參數見表2，礦化后水的化學特性見表3。

表1 海水原水水質技術參數

表2 SWRO產水水質技術參數

表3 礦化后水的化學特性

3.2 空塔速度

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

3.3 空塔接觸時間

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

3.4 礦化后的水質

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。經過石灰石礦化后的產水品質技術參數見表4。

表4 礦化后預測的產水品質技術參數

3.5 石灰石接觸池技術參數

以SWRO產水設計流量50 000 m3/d計算，石灰石接觸池的規格按如下設計：混凝土池分2格，單池流量25 000 m3/d,并聯運行。每格又分5個子單元，每個子單元流量5 000 m3/d，并聯運行。石灰石接觸池技術參數見表5。

表5 石灰石接觸池技術參數

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,原始單格設計流量為25 000 m3/d。每個子單元的流量為1.9 m3/min，空塔接觸時間為7.5 min，而上向流速變為19 cm/min。上向流速降低，石灰石顆粒周圍的水流速降低，化學反應減慢，因此，要達到出水同樣的pH值，需要增加空塔接觸時間。增加空塔接觸時間(從4.1 min到7.5 min)可消除低流量對產水水質的影響。在上向流速為34.7 cm/min和空塔接觸時間為4.1 min的工況下，pH值和朗格利爾指數不受影響。

3.7 石灰石的品質

石灰石接觸池所用石灰石的品質技術參數見表6。

表6 石灰石接觸池所用石灰石的品質

3.8 石灰石接觸池藥劑技術參數

50 000 m3/d海水淡化廠礦化系統石灰石接觸池藥劑技術參數見表7。

表7 石灰石接觸池藥劑技術參數

續表

4 結論

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品水進行了礦化處理，礦化處理后的淡水水質符合GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》的要求。礦化后的水質鈣離子(Ca2+)質量濃度為26 mg/L，朗格里爾指數接近于零，適合生活飲用。

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