污水处理厂三氯化铁自动加药系统改造 55页

分类号：X5密级：不保密UDC：502学校代码：11065硕士专业学位论文污水处理厂三氯化铁自动加药系统改造指导教师颜冬云副教授学位类别工程硕士专业领域环境工程答辩日期2017年5月20日\n摘要随着近些年公众对环境问题的重视，政府部门对污水处理行业也加强了监管，对污水处理的要求更是日益严格。污水处理厂在正常运行的基础上，加强工艺的改进和设备的升级，以提升污水处理的效果。限于工艺改进的局限性，设备的升级是采用最多的一种提升出水水质的方式。在设备升级上，除了购买先进设备这类高成本方式外，在原有设备的基础上进行联合使用，强化不同设备之间的联系，完成设备之间的关联，使设备的运行迈向自动化方向，促进工艺的平稳运行。本文在污水厂原有设备基础上，为保证出水水质，将三氯化铁配制和投加设备进行联动运行，加强不同设备之间的联系，使原来需要人工连接起来的流程在控制程序下可以自动完成，不仅能够减轻工人的工作负担，还能提高三氯化铁投加的精确性，同时对工艺的稳定性也有较大的提升。通过此次的设备升级改造，不仅取得了生产上的诸多好处，也为污水处理厂的高效管理提供了很多启示，表明公司各部门之间的的紧密合作能很大程度上促进生产的平稳运行。同时，这次设备的升级改造也提示我们，在污水处理厂建设初期阶段就应关注自动化设备对污水处理效果的巨大推动作用。关键词：污水处理；设备联动；自动化\nAbstractWiththepublicpayingmuchattentiontoenvironmentalissuestheseyears,thegovernmentdepartmentsalsostrengthenthesupervisionofsewagetreatmentplantsandexecutemuchstrictlyrequirements.Onthebasisofthenormaloperation,thesewagetreatmentplantscanimprovetheprocessandupgradetheequipmenttoenhancethequalityofsewagetreatment.Limitedtothelimitationsofprocessimprovement,equipmentupgradingismostwidelyusedtoimprovethesewagedischarged.Purchasingnewequipmentcostmuchofupgradingequipment,sojointuseoforiginalequipmentandstrengthenthecontactandlinkagebetweendifferentdeviceswidelyused.Thiswaycanmaketheequipmentoperationtotheautomationdirectionandpromotesewageprocessmuchmoresteady.Thispapertellsaboutjointingtheplants’originalequipmentofirontrichloridecompoundinganddosingtoimprovethequalityofsewagedischarged.Thecontactofdifferentdevicesmakestheprocessautomaticallycompletedbysoftwareinsteadofmanualoperation.Thisimprovementnotonlycanreducetheburdenofwork,butalsoimprovetheaccuracyofthedosingofirontrichlorideandbenefitthestabilityofsewageprocess.Byupgradingtheequipment,notonlyachievemanyadvantagesofproduction,butalsoprovidealotofinspirationtothemanagementthatclose\ncooperationbetweendifferentdepartmentsofthecompanycangreatlyimprovetheproduction.Atthesametime,thisupgradingsuggeststhatweshouldpaymuchattentiontothegreatroleofautomationequipmentintheperiodofplants’construction.Keywords:sewageprocess;jointingequipment;automation\n目录第1章除磷药剂在污水处理厂中的应用综述··················································11.1三氯化铁在污水处理中的使用································································11.2聚合氯化铝在污水处理中的使用·····························································21.3硫酸铝在污水处理中的使用···································································41.4研究目的和意义··················································································51.5研究内容···························································································71.6研究方法···························································································7第2章三氯化铁自动投加系统改造······························································82.1三氯化铁人工投加遇到的问题································································82.2三氯化铁自动投加所需设施、设备··························································92.3三氯化铁自动投加流程设计·································································102.4三氯化铁自动投加运行中问题排除························································14第3章三氯化铁自动投加系统实际使用效果················································163.1三氯化铁自动投加系统月度数据分析·····················································163.2三氯化铁自动投加系统季度数据分析·····················································283.3本章小结·························································································46结论与展望····························································································47结论·····································································································47展望·····································································································47参考文献·······························································································48致谢·····································································································49学位论文独创性声明、学位论文知识产权权属声明········································50\n第一章除磷药剂在污水处理厂中的应用综述第一章除磷药剂在污水处理厂中的应用综述随着经济的发展和人们对生态环境的重视，政府部门加大了对生态环境的监督力度，不断出台更为严格的法律规范，从而使污水处理厂对磷酸盐以及重金属的排放指标逐渐提高。大量含磷生活污水、工业废水排入城市河流中，引起水体中蓝藻与水生植物大量繁殖，产生水体富营养化，使城市水体水质严重恶化。研究表明，多数水体富营养化的限制因素是磷，因此控制城市污水处理厂排放尾水中磷的浓度，显得尤为重要和紧迫。为了达到相关法律法规所规定的排放要求，污水处理厂[1]一般在生物处理后使用相较于生物除磷效率更高的化学除磷的方式，投加相应的药剂进行处理，使出水水体中的磷含量达到相关要求。一般来说，去除磷酸盐等污染物常用的药剂包括三氯化铁、聚合氯化铝和硫酸铝等。药剂通过絮凝沉淀的方式将水体中污染物沉淀去除。但每种药剂都有其絮凝沉淀效果和反应条件，不同的药剂在不同条件下反应效果不同。污水处理厂需要根据自身工艺特点、进水水质和实际运行情况选择合适的药剂进行投加。1.1三氯化铁在污水处理中的使用液体三氯化铁是城市污水处理及工业废水处理中常用的高效廉价絮凝剂，在低油度的原水处理中，具有效果好、价格便宜等优点，并且能够显著的沉淀水体中的重金属及硫化物、除磷、脱色、脱臭、除油、杀菌、降低出水中的COD、BOD等作用，但其缺点是容易导致出水水体发黄，过量的投加三氯化铁会导致金属设备受到腐蚀，影响设备的使用寿命和工艺的正常运行，并且，三氯化铁有刺激性气味，在配制投[2]加过程中一旦溅到身上极难清理，操作条件较差。三氯化铁絮凝反应时能在很宽的pH值范围内形成矾花，一般情况下，pH在5-10范围内时三氯化铁有较好的絮凝沉淀效果，这个范围内随着pH的变化先升高后降低[3]，且形成的氢氧化铁比氢氧化铝溶解性更小，难以发生处理后的出水将大量铁离3+子从澄清出水中带走而导致过后出现沉淀的情况。三氯化铁中的Fe可以有效的中和不同类型颗粒物所带的负电荷，这些颗粒包括细菌、胶体和粘土颗粒等物质。当pH为4-6时主要是正电荷聚合体对胶体颗粒产生吸附脱稳作用,此时的水解产物对3+2+胶体颗粒的吸附脱稳作用比Fe阳离子更加有效，例如三氯化铁的水解产物Fe(OH)[4]更容易被带负电荷的胶体颗粒吸附，形成氢氧化铁沉淀。颗粒脱稳后，可被氢氧化铁沉淀吸附下沉，从而将其从水体中去除。当pH>6时，三氯化铁容易发生水解反应，这种环境中主要是三氯化铁水解生成Fe(OH)3沉淀物对胶体颗粒进行卷扫絮凝。在不改变pH的情况下，改变三氯化铁的投加，絮凝作用主要是吸附架桥和电性1\n青岛大学硕士学位论文[5]中和。三氯化铁投加量较小时主要是进行电性中和反应，随着投加量的增加而产生吸附架桥作用，当三氯化铁的投加量超过一定的限度的时候则会产生胶体保护作用，使脱稳胶粒电荷变化或使胶粒被包卷重新稳定，所以会发生三氯化铁投加量增加而污染物去除率降低的情况。在合适的反应环境中，三氯化铁生成的矾花是离散且密实的，能够快速沉淀。形成的这种密实矾花带正电荷较多，所以在水体中与胶体微粒的反应作用较强。由于三氯化铁水解生成物上的电荷量与其质量相比的比值大，对水中乳化的和半乳化的有机物（如油、脂肪和其他天然的及人工合成的有机物）的作用和吸附能力强，所以三氯化铁在去除水中总有机碳和消毒副产物的前驱物的能力相对较强。水温对金属盐类絮凝剂影响很大。三氯化铁在水中可强烈水解，因其水解反应[6]是吸热反应，水温较低时影响反应的进行。水温较低时，絮体形成缓慢，结构松散，颗粒细小，且此时水的粘度大，布朗运动强度减弱，不利于脱稳胶体相互凝聚，影响絮凝体的生成变大。但与这些金属盐类絮凝剂相比，三氯化铁有较宽的温度适应范围，在低温水中沉淀效果也较好，在青岛地区三氯化铁冬季可正常使用。采用三氯化铁作为絮凝剂产生的沉淀污泥体积较少，一般是只有采用硫酸盐型混凝剂时的沉淀污泥体积的1/3到2/3，并且更容易脱水。所以，虽然氢氧化铁的分子量比氢氧化铝的分子量大，但并不会由此产生更多体积的污泥。另外，在实际药剂使用中，选择哪种药剂投加需要考虑药剂获取的方便程度，药剂价格，工艺条件等因素。相对来说，市场上三氯化铁供应充足，制备简单，浓度为41%的液体三氯化铁价格在800元/吨-900元/吨。市场上聚合氯化铝的供应相对较少，氧化铝含量28%的固体聚合氯化铝价格在1700元/吨-1800元/吨。在获取程度、价格等方面，三氯化铁较聚合氯化铝都有较大的优势。因此，在青岛地区污水处理中，三氯化铁的使用范围较之聚合氯化铝更为广泛。1.2聚合氯化铝在污水处理中的使用铝盐絮凝剂具有腐蚀性小，净化效果好，使用方便等优点。聚合氯化铝为一种无机高分子絮凝剂，是以铝灰或含铝矿物作为原料，采用酸溶法或碱溶法加工制成，化学通式为[Al2(OH)nCl(6-n)]m（通式中m为聚合度，m≤l0，n为l-5的任何整数）。虽然聚合氯化铝的混凝机理与硫酸铝并无差异，但聚合氯化铝是人为控制下预先水解制成的最优形态的聚合物，投入水中后即可发挥优良的混凝作用，且可以持续除[7]磷，因此，聚合氯化铝对各种水质的适应性强，受pH、温度等环境因素的影响较少，投药量也比硫酸铝低。3+3-3+铝盐除磷的原理是，一方面Al与PO4发生反应，另一方面，Al首先水解2\n第一章除磷药剂在污水处理厂中的应用综述2+生成单核络合物，如Al(OH)，并通过碰撞进一步缩合形成多核络合物Aln(3n(OH)m-m)+（n＞1，m≤3n），这些铝的多核络合物迅速吸附水体中带负电荷的杂质，促[8]进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀,表现出良好的沉淀除磷效果。在投加量较低时，由于难以形成絮体或絮体很小、比重和水接近而难以沉淀，极易悬浮于水体中，因此污染物去除率较低，随着投加量的增加，絮体体积增加的同时也变得越来越密实，其沉降速度明显加快，因此出水水体中污染物明显下降；但是当投加量达到一定程度后，多余的絮凝剂离子会吸附于脱稳颗粒表面，产生胶体保护作用，引起颗粒的重新稳定，反而导致了出水中污染物的去除率降低。聚合氯化铝最佳絮凝区间的水体pH范围为4-10。聚合氯化铝不论是在pH高区、pH低区或pH中区都能较好地发挥压缩双电层、电中和吸附脱稳、凝聚絮凝的效能,这表明了聚合氯化铝稳定性好,可以适应于较广pH范围内的水质净化。铝盐在水溶液3+中是以水合铝离Al(H20)6的形式存在，在pH值小于3时这种水合铝离子是主要存在形态。随着pH值的升高，这种水合铝离子发生配位水离解生成各种羟基铝离子，如2++A1(H20)5(OH)、A1(H20)4(OH)2等，当pH值在4以上时，羟基铝离子增多，各离子的羟基由于配位能力未达饱和，即还有剩余孤电子对，因而可与其他离子通过羟基桥联4+5+作用结合形成多核羟基配合物，如A12(OH)2、A113(OH)34等。这些多核羟基配合物可看作是三价铝离子在水中经水解转化为氢氧化铝沉淀的过程中出现的一系列动力学中间产物。大约在pH为5时氢氧化铝开始出现，pH值大于7时，氢氧化铝成为铝的主要存在形态，当pH=8时，氢氧化铝又重新溶解成为带负电的配合阴离子，在pH>8.5时，这些阴离子成为铝的主要存在形态。因此，在pH>8时形成的Al(OH)3带较弱的负电，而在pH<7时带强正电。这意味着pH为7-8时，沉淀物是带正电的，因而负电溶胶和正电Al(OH)3之间的相互絮凝会加强Al(OH)3的网捕或卷扫絮凝作用，因而聚合氯化铝在接近中性或弱碱性的范围内对污染物的去除达到最好效果，即当pH为7-8时，效果最好，且从絮凝效果中可以发现,pH>7时聚合氯化铝优于三氯化铁。聚合氯化铝絮凝能力强，同等水质条件下，其用量仅为硫酸铝的三分之一到二分之一之间，即使在低温水中絮状物的形成速度也较快，且处理后水中残留铝量也[9]较低，因而采用范围较硫酸铝广泛。聚合氯化铝在实际使用中絮凝效果较好，但也存在一些缺点。固体聚合氯化铝[10]投加时极易起粉尘，而铝盐对神经系统有一定的损害，容易对一线员工造成损伤。聚合氯化铝溶液需要搅拌，一定时间后搅拌器桨叶会受到严重腐蚀，影响正常搅拌，且容易生成沉淀，堵塞加药管路。聚合氯化铝固体药剂中含有的固体不溶物极易堵塞加药泵过滤网，导致药液无法及时投加到加药地点。虽然聚合氯化铝在低温状态下仍有较好的絮凝效果，但低温和低浊度情况下，仍要增加一定量的聚合氯化铝投3\n青岛大学硕士学位论文加量，以达到良好的沉淀效果。1.3硫酸铝在污水处理中的使用铝盐絮凝剂具有腐蚀性小，净化效果好，使用方便等优点。硫酸铝絮凝剂价格低廉，絮凝效果较好，使用方便，但当水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，效果不及铁盐。另外，硫酸铝形成的絮物小，聚集、沉降速度低，药剂投加量和处理后水中铝的残留量相对较高，对人体健康带来不利影响，用硫酸铝能大大降低水的碱度，在某些情况下必须与大量碱性化学药品或其他助凝剂一起使用。在同等水质条件下，随着硫酸铝投加量的增加，污染物去除率逐渐变化，硫酸铝会使污染物呈现先升高再降低的趋势。在投加量较低时，由于难以形成絮体或絮体很小、比重和水接近而难以沉淀，因此污染物去除率较低；随着投加量的增加，絮体体积增加的同时也变得越来越密实，其沉降速度明显加快，因此出水水体中污染物明显下降；但当投加量达到一定程度后，多余的混凝剂离子会吸附于脱稳颗粒表面，产生胶体保护作用，引起颗粒的重新稳定，从而导致了出水浊度的升高。铝3+3-3+盐除磷的原理包括两方面，一方面是Al与PO4反应，另一方面，Al首先水解2+生成单核络合物，如Al(OH)，并通过碰撞进一步缩合形成多核络合物Aln(3n-m)+(OH)m（n＞1，m≤3n），这些铝的多核络合物迅速吸附水体中带负电荷的杂质，促进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀,表现出良好的沉淀除磷效果[11]。与聚合氯化铝相比，硫酸铝主要成分也是氧化铝，因此反应过程类似。硫酸铝最佳絮凝区间的水质pH范围为6-8，在中性条件下能达到最好的处理效果[12]。在不同pH值下，硫酸铝都能对污染物有一定的去除率，但不同pH环境下，去除率存在变化。调节pH值后，在较低的pH值范围时，去除率较低，这是由于低pH值时，硫酸铝以高电荷而低聚合度的多核配离子为主要形态；pH值升高后，他们逐渐转化成低电荷而高聚合度的无机高分子物质，并进一步发展成为电中性的聚合度极高的难溶的氢氧化铝。因此，在低pH值时，硫酸铝的混凝作用主要是以吸附、电性中和[13]为主，随着pH值的升高，絮凝作用以吸附架桥和网捕、卷扫作用为主导。当pH<5.5或pH>8.5时基本上无絮凝效果,在6