摘要：在冶金工业炼钢、轧钢工艺系统中,浊环水的水处理工艺一般都采用三段式流程,旋流井-平流池(化学除油器)-双介质过滤。因此,循环水处理过程中过滤工艺是保证循环水水质的关键。通过对双介质过滤器存在问题、影响过滤器运行因素的分析,提出改进措施。
关键词：压力过滤器;问题;改进
中图分类号:TF08. 5文献标识码:A
1·概述
冶金工业循环水主要有热污染和水质污染两个方面,对于单纯热污染的工业水循环利用,通过冷却塔、热交换器就可以实现,但对水质污染的工业循环水进行处理就比较困难,要通过沉淀、过滤等技术将水中各种悬浮物、油等污染物去除后才能循环使用。在冶金工业炼钢、轧钢工艺系统中,浊环水的水处理工艺一般都采用三段式流程,旋流井-平流池(化学除油器)-双介质过滤。因此,循环水处理过程中过滤工艺是保证循环水水质的关键。
目前,动力厂管辖的水处理系统中使用双介质过滤器的工序有一高线、二高线、方坯、板坯、CSP工序,共有60台,其中净环系统15台、浊环系统45台。从实际运行情况来看,存在一些问题,主要表现在:由于水中含有油份,易使填料产生板结、清洁不彻底等影响过滤器去除效率的情况,导致浊循环水中悬浮物偏高,滤料更换频繁,对安全稳定运行存在潜在的危险,同时由于滤帽材质原因,发生滤头损坏现象,滤板间隙过大,导致在过滤过程中滤料流失到系统中,反洗过程中操作控制不好容易跑滤料;进而影响正常生产。2005~2006年曾发生多次滤料堵塞主线喷嘴的事故,影响了主线的正常生产。
1.1过滤技术及过滤设备
过滤就是通过滤网或具有孔隙的颗粒状滤料层等截流液体(或气体)中的杂质,从而使液体(或气体)获得清洁的工艺过程。过滤的工艺过程比较复杂,水通过过滤不仅去除了水中的杂质,降低水的浊度,而且还可以将水中油脂、细菌及部分溶解物去除。
冶金工业循环水系统中所使用的过滤器主要有滤网式过滤器和砂滤式过滤器。其中砂滤式过滤器又分为重力式和压力式两种。压力式过滤器主要使用在工业循环水处理过程中,由于压力式过滤器的压力高、滤速大,产水量多,可以满足工业生产大水量循环的要求,是冶金行业使用较为普遍的一种。
现有水处理系统中方坯、板坯、二高线、一高线、CSP系统共使用介质过滤器60台,均为压力式砂过滤器。介质过滤器底部的配水系统分别为滤帽式和条缝板式,其中方坯、板坯、一高线配水系统为条缝板式,二高线、CSP配水系统为滤帽式。通过对压力式过滤器的使用效果比较,滤帽式过滤器布水、布气比较均匀,滤帽缝隙较小,在滤帽不损坏的情况下滤料不会泄露到系统中,对水质的保证率较高,滤帽式过滤器好于条缝板式过滤器。
1.2滤料和级配
压力式过滤器填装的滤料为无烟煤和石英砂双层滤料。石英砂一般由河砂、海砂、石英岩石按照级配要求,破碎筛分而成,无烟煤滤料由优质无烟煤经破碎按级配要求筛分而成。压力式过滤器采用双层滤料时,无烟煤铺在石英砂滤层之上,粒径比石英砂大,形成颗粒度过滤,以增大截污、除油的能力。如方坯过滤器条缝板上分别铺垫6~12、12~18、18~25、25~38 mm规格各100 mm的4层卵石承托层然后填装1~2 mm石英砂、2~4 mm无烟煤滤料。
1.3过滤器的反洗
压力过滤器的反洗是过滤器正常运行的关键过滤后的滤料截流大量的污物,通过气、水反洗得到再生后进入下一个循环过程,要想再生效果好,必须经过一定时间的气、水反冲洗,而反冲洗时间的长短,既决定滤料再生的效果,也决定反冲洗的气、水用量和过滤时间的长短,再生效果差,将影响下一轮的过滤,过滤器反洗强度大小,决定滤料的膨胀率和滤料碰撞程度。气、水在反冲洗过程中作用是不同的,水的浮力大,在反洗时使滤料层产生膨胀,提供滤料碰撞的空间;空气的活动力大,在反洗时使滤料产生滚动和串动,使滤料互相碰撞,而气水比一般控制在1. 0~2. 5之间。介质过滤器反冲洗方式为水洗-水气混合洗-水洗。反洗时水压力控制在015~0. 25MPa,压缩空气压力控制在0. 07MPa。如压力控制不当,将会造成滤料颗粒剧烈翻腾导致乱层混料。
2·存在问题分析
2.1影响过滤器运行的主要因素
⑴滤速:过滤器的过滤速度要适当,滤速过慢则过滤器出水量会降低,单台处理水量减少。为了达到一定的出水量就必须增加过滤面积,这样,势必会增加设备的台数,相应增加能耗;滤速过快,又会使出水质量降低,而且过快的滤速也会使过滤器的水头损失增加得太快,工作周期缩短。
⑵反洗:反洗是用以去除滤出的泥渣,以恢复滤料的过滤能力,为了把泥渣冲洗干净,必须有一定的反洗强度和时间,只有反洗效果好,才能使过滤器的运行良好。
⑶水流均匀性:无论是运行或反洗时,都要求各截面的水流分布均匀。
⑷滤料:滤料的种类、性质、形状和级配是决定过滤效果的重要因素。良好的滤料应具有截污能力强、过滤出水水质好、工作周期长、产水量高的特点。
⑸滤头:滤头由滤杆和滤帽组成。滤帽上有许多细缝隙,反洗时水和气由细缝流出,过滤时滤后水经细缝流入,并能阻止滤料流失。滤头的材质是影响过滤效果的主要因素。
2.2过滤效果不好的原因分析
根据上述因素,结合生产实际的一些情况,认为造成过滤器运行不正常的主要原因有:
⑴滤料的选择。滤料采用无烟煤和石英砂,粒径分别为:2~4 mm和1~3 mm,过滤器的出水水质可以达到悬浮物在20 mg/L,油在5 mg/L以下。但是,选择这样级配的滤料,由于粒径小而增加了运行阻力,在反洗不彻底的情况下极易发生滤料板结现象。
⑵反洗强度。反洗强度=反洗水量(L) /过滤面积(m2)×冲洗时间(s)。反洗强度要求既不能超过上层滤料(无烟煤)所允许的冲洗强度,又要保证下层石英砂有足够的反洗时间,以便冲洗干净,太大容易跑料,太小反洗不彻底。介质过滤器在反冲洗过程中在进行水气混合洗时强度控制不当造成滤料颗粒剧烈翻腾导致混料,混料后无烟煤滤料进入到承托层缝隙内,在过滤过程中随水流通过5 mm宽度的条缝板进入到介质过滤器出水管路中。
⑶滤头。由于滤头所选塑料材质,强度不够,导致其损坏,从而使滤料流失。
⑷过滤器滤料板结、跑料严重,过滤效果差,每6个月至1年必须更换一次滤料,并且出水水质波动大,油的去除效果不好。
3·改进建议
针对方坯、一高线、二高线过滤器使用过程中存在的问题,为了延长过滤器使用寿命,提高过滤器过滤能力,避免因滤料跑料而堵塞用户喷嘴现象发生,同时为提高工业水重复利用率,降低新水消耗,提出以下改进建议。
⑴介质过滤器每年需根据滤料使用情况对过滤器滤料及时进行更换。滤料的铺设必须按照相关填充要求进行,在无烟煤和石英砂下面再增设一层垫层(6~12的卵石),这样可以避免由于石英砂移动而发生乱层现象。滤料铺设完毕后,必须进行冲洗,在冲洗过程中应检查有无跑砂现象,冲洗干净且无跑砂后方可投入正常运行。
⑵调查各类新型滤料的性能、特点、适用范围及使用效果,对现有过滤器滤料进行更换,通过使用新型滤料提高过滤器对油的去除效率,提高过滤器对进水水质的适用范围。如采用瓷刚玉滤料、核桃壳滤料等。滤料既要满足强度要求,又要选择合适的级配。
⑶利用过滤器填料更换期间对一高线、方坯、板坯介质过滤器底部配水方式进行改造,将条缝板式配水改造为不锈钢滤帽式。二高线ABS滤帽更换为不锈钢滤帽。滤水帽应均匀排列。紧固滤水帽丝头时,应用专用工具,滤水帽的缝隙不得过大或过小,以0. 3~0. 4 mm为宜,偏差值不得超过0. 1mm;滤水帽应结实可靠,不得有裂缝等缺陷;水帽与滤板保持垂直状态。
⑷将介质过滤器底部条缝板更换为开孔钢板,更换底部锈蚀的布气管,对过滤器内部进行防腐处理。过滤器内壁的防腐层应完整,气泡和剥落部分应修补。
⑸过滤器前的水质情况,主要指标是悬浮物和油。如果这两个指标超过过滤器要求的标准时(SS≤100 mg/L, OIL≤20 mg /L),要在前工序如平流池增设相应的设施。
⑹正常运行期间,要定期检查出水浊度和出入口的压差,根据过滤器进出水压差和过滤器的运行时间调整反洗周期和时间,当过滤器运行周期过短或过长时,均应检查滤层是否结块或高度是否适宜。每日通过反冲洗出水管道检查过滤器是否有跑料现象,一旦发现跑料,立即将跑料过滤器停运,同时,利用定修的机会对冷却塔、吸水井等设施进行清理,避免滤料堵塞喷嘴,影响主线生产。
⑺过滤间增加压缩空气储气罐和减压装置,控制反洗强度,避免跑料现象的发生。冲洗效率不高或冲洗操作不适当,会使过滤器发生问题,如泥球、滤料上积泥、在滤床上出现死区等,这些问题会影响出水水质,缩短过滤周期。因此,在冲洗水管上增设流量、压力计量装置,以适应反洗水量缓慢成阶梯上升和下降过程的需要。
⑻过滤器反冲洗水中投加化学分散剂。在反冲洗进水总管上利用小型加药泵投加化学分散剂,其目的是将过滤器长期积累的较多油份、杂质洗出,使滤料逐步清洁,从而提高反冲洗效果、改善滤料清洁度,延长滤料的使用寿命、改善滤料对浊环水中悬浮物的截流能力,提高过滤效果。
⑼操作方法的改进。对操作方法主要是针对阀门而言,也就是说要求阀门的开关速度要适当。如过快关闭阀门,冲洗水量降低太快,滤料压缩加大,造成滤料彼此碰撞,使冲洗后开始恢复过滤时水质很坏。另外,不论是气水分开洗还是联合洗,在反洗最后过程中,必须进行水洗。两种滤料由于空气冲洗的剧烈震荡,使在交界面混杂,水洗可使他们得以复元。
4 经济效益、社会效益以及应用前景分
4.1经济效益
按照每台过滤器每次更换滤料费用为1万元测算,反洗水加药每台年药剂费=120×1/1 000 000×360×6=2 600元
按照加药后,滤料每2年更换一次测算,每年节约费用0. 74万元;如在酒钢推广(45台过滤器)年直接可计算效益33万元。
4.2 社会效益以及应用前景分析
通过在浊循环系统的过滤器反冲洗过程中加入适量的药剂和对过滤器滤板、滤帽、滤料的改造,提高设备的利用效率与日过滤能力,避免滤料的跑料现象为生产提供了更可靠的保障。减少提高反冲洗过程的能力与效率,逐步改善过滤器内的滤料状况,并通过进一步优化反冲洗过程,延长滤料的使用寿命,使原来的每年更换一次滤料可提高至2~3年左右更换一次,减少滤料更换费用。通过提高反冲洗效率,系统过滤器的反冲洗时间已由原来的20~30min,降低至10~15 min,节约了工业水及反冲洗泵运行电费,与此同时,减少悬浮物、油份在冷却塔填料内及集水井的沉积,延长填料寿命,提高冷却效率,减少对浊循环水水泵的磨蚀影响,有利于降低维修频度并保持较高的泵输送效率。有利于改善悬浮物等在管路系统中的沉积与粘附情况,减少垢下腐蚀趋势。提高过滤过程的效率及能力,有利于减少喷嘴堵塞率,降低了漏钢等意外事故的概率,并有利于提高产品质量及合格率,减少次品率。
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