微孔陶瓷過濾板在工業廢水處理中的應用

微孔陶瓷過濾板在工業(ye) 廢水處理中的應用

1、前言

在我國的燃煤鍋爐灰渣係統水力衝(chong) 渣廢水處理，通常采用脫水倉(cang) +濃縮池或撈渣機+濃縮池的方式進行，處理效果不穩定且運行費用較高，難以達到水的循環利用或達標排放的要求。

采用“沉澱+微孔陶瓷過濾板”處理燃煤鍋爐廢水與(yu) 上述傳(chuan) 統處理技術相比較，具有占地麵積小、處理效果好、流程簡單、運行維護費用低等優(you) 點。目前國內(nei) 已有百多家燃煤鍋爐采用“沉澱+微孔陶瓷過濾板”處理灰渣係統溢流廢水，均能達到節能減排的效果。

2、微孔陶瓷過濾板

2.1概述

我公司生產(chan) 的微孔陶瓷過濾板采用氧化鋁、碳化矽、陶瓷顆粒、精製石英等為(wei) 骨料，加用粘結劑和成孔劑壓製成型，經1050~1350℃高溫燒結而成。產(chan) 品由許多大小分布均勻，且相互邊貫的橋拱狀開口微孔組成。當流體(ti) 從(cong) 微孔通過時，懸浮物質、膠體(ti) 顆粒、大分子有機物被截留在微孔陶瓷過濾板的表麵。該產(chan) 品具有如下主要特性：

2.1.1、化學性能穩定，除氫氟酸外，對其他的腐蝕性液體(ti) 均有優(you) 良的耐腐蝕性；

2.1.2、耐熱性良好，不會(hui) 產(chan) 生熱變形、軟化、氧化作用，在800-1000℃時可使用；

2.1.3、氣孔分布均勻，可按要求製成5-500微米的微孔孔徑，可達陶瓷膜分離技術應用水準。

2.1.4、機械強度高，在液體(ti) 壓力作用下形狀不變化，微孔不變形，莫氏硬度可達7級，使用壽命長；

2.1.5、無有害物溶出，不產(chan) 生二次汙染，易清洗再生，過濾周期長，過濾效果好等特點。

2.2、液-固、氣-固係統的過濾與(yu) 分離來講，其過濾機理主要為(wei) ：1、表麵截留、慣性衝(chong) 撞和擴散；2、敷膜層過濾。

2.2.1、表麵截留：水中SS雜質顆粒由於(yu) 比微孔孔道大而被捕捉，屬表麵過濾。截留隻與(yu) 雜質顆粒的大小有關(guan) ，而與(yu) 流速、流體(ti) 濃度沒有關(guan) 係。

慣性衝(chong) 撞：流經微孔陶瓷過濾微孔孔道的流體(ti) 中的雜質顆粒，由於(yu) 慣性而與(yu) 微孔孔道壁接觸而被捕捉。慣性衝(chong) 撞與(yu) 雜質顆粒直徑的平方成正比，與(yu) 流速及液體(ti) 深度成反比。

2.2.2、敷膜層過濾：當流體(ti) 流經微孔陶瓷過濾器時，大於(yu) 過濾器微孔孔徑的顆粒被截留在表麵形成濾餅層，而這層濾餅相似於(yu) 預塗層，這時過濾器既是過濾層，同時也相當於(yu) 表麵敷膜過濾的支撐層，濾後的水質也越來越好。

2.3、微孔陶瓷過濾板技術指標　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

2.4、工藝流程圖

2.5、過濾能力

根據Ruth過濾方程計算並經實測所得出微孔陶瓷過濾板對廢水平均過濾速率見下表2：

　　　　　　　　微孔陶瓷過濾板對灰渣處理效果　　　　　　　　　表2

 

平均過濾速率（m3/m2.h）	100	500	250	100	50	20
廢水含懸浮物濃度（mg/L）	1.1	2.2	3.8	4.5	6	13

 

 

廢水SS濃度在500~800mg/L灰渣堆積厚度過濾效果

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表3

 

廢水SS濃度500~800mg/L	微孔陶瓷過濾板表麵堆積粉煤灰厚度（cm）
平均過濾速率（t/m2.h）	12	10	8	6	4	0
	0.6	1.2	1.9	2.8	3.6	5

 

 

從(cong) 表2可以看出，微孔陶瓷過濾板對廢水的過濾濾速隨廢水中所含懸浮物濃度的增大而降低，但即使在廢水中懸浮物濃度高達500~800mg/L情況下，其平均過濾濾速仍達1.1t/m².h。此外，表3顯示在微孔陶瓷過濾板被廢水中的顆粒物完全堆埋情況下仍具有一定過濾能力。其原因在於(yu) 廢水中的顆粒物是一種無機多孔材料，其本身就是一種過濾介質，即使堆積到一定程序，廢水仍能在其微小孔隙中過濾。

2.5、過濾水質

微孔陶瓷過濾板的微孔孔徑僅(jin) 設30-100µm，而廢水中懸浮物粒徑僅(jin) 有60-75%大於(yu) 其孔徑，但微孔陶瓷過濾板卻能有效截留廢水中90-97%的懸浮物，這是由於(yu) 鍋爐廢水中的懸浮物是硬性顆粒，實踐證明，在過濾液體(ti) 時，微孔陶瓷過濾板能夠收集直徑為(wei) *小孔徑1/10以上的硬性顆粒，即使顆粒小於(yu) 微孔陶瓷過濾板的*小孔徑，但由於(yu) 微孔陶瓷過濾板內(nei) 部氣孔是橋拱狀且相互連通，這部分顆粒也完全能夠截留或通過，不易在微孔陶瓷過濾板內(nei) 部形成堵塞現象。而且在過濾初期，僅(jin) 有微孔陶瓷過濾板是主要過濾介質，但隨過濾時間的延長，堆埋的過濾板表麵的灰渣層增厚，形成自濾層（相似於(yu) 敷膜予塗層）或掉入集灰溝內(nei) ，使出水水質越來越好，隨著過濾不斷進行，自濾層厚度逐漸增加，阻力增大，過濾池液麵逐漸上升，達到衡定值。當濾池水位超過衡定值，水位逐漸上升超過保護高時，說明濾池積灰過多，阻力過大，應盡快清灰還原。因此，微孔陶瓷過濾板和灰渣層一起共同組成的過濾層能有效截留廢水中大部分懸浮物。即使過濾池進水濃度過高，但是由於(yu) 微孔陶瓷過濾板的特性和自濾層的共同作用，對微孔陶瓷過濾板的出水水質不會(hui) 產(chan) 生影響，但是，進水濃度過高必然導致過濾池負荷增大，清灰還原周期也要大大縮短，不利於(yu) 微孔陶瓷過濾池的長期穩定運行。

2.6、處理流程

2.6.1、含煤廢水處理

含煤廢水，主要是煤場加濕衝(chong) 洗水、棧橋衝(chong) 洗水和煤場雨水等，這部分廢水懸浮物濃度較高，顆粒物細的多粗的少，雨季水量較多一些。

處理流程如下　　　　　　　　　　　　　　　　　循環水↓排汙來水

含煤廢水               自流　　　　　　　自流　　　　泵升壓至

————→平流式自然沉澱——→微孔陶瓷濾池——→清水池————→

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 循環使用

含煤廢水中，主要含有煤泥。煤泥的比重一般為(wei) 1.5～1.6g/cm³。煤泥中固體(ti) 物質以無機組分為(wei) 主，主要成分為(wei) SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO、CaO。SiO₂約占50~60%，Fe₂O₃約占3～5%，Al₂O₃約占20~27%，CaO約占0.2~0.4%，MgO約占0.8~1.2%。有機汙染物根據煤種不同而異，COD濃度一般為(wei) 300~2000mg/L。通過測定，輸煤衝(chong) 洗水中，SS濃度一般為(wei) 2000~5000Mg/L，SS粒徑見表4，煤泥不同粒徑在10℃時靜態沉降速度如表5。

表4

表5

從(cong) 表5中可知，輸煤衝(chong) 洗廢水流入初沉池經數小時沉降後，進入二沉池的煤泥水SS粒徑大部分在0.01mm以下，SS濃度經調查一般均小於(yu) 1000mg/L。由於(yu) SS粒徑小，同時汙水中存在膠狀物質，汙水濁度一般在150~600NTU，因此單靠自然沉降無法淨化，傳(chuan) 統處理工藝中一般采用投加混凝劑和助凝劑完成混凝和絮凝架橋作用實現固液分離，使煤水淨化回用。且在加速沉澱後還必須進入含煤廢水處理站用過濾器方式進行處理，這種處理方式總體(ti) 占地麵積大，且運行費用較高；而采用微孔陶瓷過濾板處理含煤廢水，過濾池的進水濁度隻要求SS800mg/L左右，因此隻要求4小時左右的沉澱時間，大大減少了沉澱池的占地麵積，同時本體(ti) 占地麵積也很小，不管是在南方還是在北方的嚴(yan) 寒天氣下都有適用的空間，投資少，運行方式簡單，運行費用低。

2.6.2、除渣係統溢流水處理

目前鍋爐除渣係統中，采用脫水倉(cang) 或撈渣機處理渣水，受各種因素影響處理效果很不穩定，大多數時間達不到預期的處理效果，即使再進入高效濃縮池進行處理，也難以達到循環利用的要求，而如果將這部分水排放，從(cong) 經濟還是社會(hui) 效益方麵考慮都不合適，因為(wei) 這部分廢水水量較大，一般電廠單台600MW機組即達到120-150t/h，如不能循環使用每年要負擔大量的水資源費，特別是對於(yu) 北方缺水地區企業(ye) 負擔更重：同時廢水排放勢必汙染當地環境，企業(ye) 同時又要承付排汙費。因此對這部分廢水進行有效的處理達到100%的循環利用是十分必要的。

采用微孔陶瓷過濾板處理脫水倉(cang) 或撈渣機溢流水的流程如下

　　　　　　　　　　循環水↓

撈渣機或脫水倉(cang)            自流　　　泵升壓至循環衝(chong) 渣

——————→微孔陶瓷濾池——→清水池————→

溢流水自流　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

脫水倉(cang) 或撈渣機溢流水即鍋爐衝(chong) 灰渣水屬煤炭燃燒後產(chan) 生的含粉煤渣無機汙染物質的無機廢水。渣灰由許多不同結構和形態的微粒組成，其中大多數是玻璃球體(ti) ，其餘(yu) 部分是結晶物質和未燃炭、富鈣玻璃體(ti) 、富鐵玻璃體(ti) 、多孔玻璃體(ti) 、多孔炭粒和不規則粒子。其懸浮物濃度較大，顆粒物較小，沉降速度慢。經過撈渣機處理後，平均懸浮物濃度SS為(wei) 1000mg/L左右，此時過濾池，借助微孔陶瓷過濾板去除其中的微細顆粒，即可達到閉路循環使用的目的，處理後水質可達到SS≤50-70mg/L，完全滿足循環衝(chong) 渣水的要求，也達到了國家**排放標準。

鍋爐渣水由於(yu) 是帶有機溫出來的，如果要在處理後循環使用，需要一個(ge) 降溫的過程，因此即使在北方地區采用微孔陶瓷過濾板處理也不必加蓋房屋進行保溫。由於(yu) 該處理方式流程簡單、管理方便、運行費用低，因此要以說是目前優(you) 選的處理鍋爐衝(chong) 灰渣水工藝，能給企業(ye) 帶來良好的經濟和社會(hui) 效益。

2.6.3、清灰還原方式　

當過濾池運行一段時間後，由於(yu) 表麵堆積的懸浮物越來越厚，阻力增大，過濾負荷逐漸降低，低於(yu) 設計負荷後過濾池液麵上升，此時需要對過濾池進行清灰還原。

總結以往工程經驗，進入微孔陶瓷過濾池渣較少，采用渣漿泵清理灰渣或煤泥即可。在設計上把過濾池分為(wei) 兩(liang) 部分，靠近進水端留出2-4m的空間作為(wei) 集灰坑，其餘(yu) 為(wei) 過濾部分（見圖紙），在處理含煤廢水時，因為(wei) 前麵有沉澱池，如果沉澱池有采用抓鬥清灰，此時可在集灰坑中留出抓鬥清灰的空間，當過濾池需要清灰還原時，關(guan) 閉濾池進出口閥門，用渣漿泵將集灰坑內(nei) 煤泥泵至沉澱池，然後用2Kg壓力水槍衝(chong) 洗濾牆表麵積灰衝(chong) 洗幹淨，一並用渣漿泵泵入沉澱池內(nei) ，使濾池恢複過濾效率如初；渣水過濾池清灰還原時利用渣漿泵將池內(nei) 灰渣打回到撈渣機槽或脫水倉(cang) ，然後清洗濾牆恢複過濾即可。濾池須反衝(chong) 洗時，將清水池水位提到*高位，清水即從(cong) 濾池清水出口反灌到過濾器內(nei) ，通過水的自然壓力進行自然反衝(chong) 洗，時間為(wei) 20-30分鍾即可。

3、性能比較

微孔陶瓷過濾板不同於(yu) 普通的平流沉澱+後續過濾方案或目前的如過濾板或膜處理方案，是一種性價(jia) 比極高的處理方式。它的優(you) 勢體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵：

3.1、占地麵積

在鍋爐的含煤廢水處理中，目前無論後續采用何種處理方式，沉澱是必不可少的程序，而且由於(yu) 後續處理方式對進水水質的要求較高，通常要求較長的沉澱時間，導致沉澱池麵積較大，而采用對進水水質的要求為(wei) SS1000mg/L左右，根據含煤廢水的特性，實際隻需要4小時左右的沉澱即可達到要求，大大減少了沉澱池麵積，同時高效微孔陶瓷過濾池可與(yu) 沉澱池順流合建，不需另設管首和水泵提升。

3.2運行成本目前所用的處理鍋爐含煤廢水及衝(chong) 灰渣水的工藝中，很多工藝包括了加藥及頻繁的反衝(chong) 洗作業(ye) 流程，每年的運行費用高達數十萬(wan) 元以上，更不用說膜處理方式需要經常性的更換膜所帶來的運行費用了。而微孔陶瓷過濾板是一種純物理自然過濾的方式，在運行中不需要加藥和反衝(chong) 洗，隻需要在過濾池的運行周期達到後對濾池進行清灰（渣）還原，平均每年清灰（渣）還原僅(jin) 需要3-4次，而且方式簡便可行，運行費用比其它設備運行少60%以上。

3.3運行效果

從(cong) 運行效果的角度看，也許鍋爐廢水經微孔陶瓷過濾板處理後的水質不如某些處理方式，如膜法處理方式，但是，不可否認的是無論是處理電力含煤廢水還是衝(chong) 灰渣水，采用微孔陶瓷過濾板均能達到或超過電廠閉路循環運行的技術要求，因此它是一種實用性極好的產(chan) 品。

3.4投資

采用微孔陶瓷過濾板處理鍋爐含煤廢水和衝(chong) 灰渣水僅(jin) 是在土建基礎上加上微孔陶瓷過濾板的采購，安裝費用。整體(ti) 投資比其他處理方式節省投資約40%。

4、  微孔陶瓷過濾板的應用情況

該產(chan) 品自投放市場以來，已在國內(nei) 十幾個(ge) 省市的百多家電廠及工廠的包括煤場廢水和渣係統溢流水、鍋爐脫硫除塵等廢水處理工程中被選用，在正常運行環境下，都取得了良好的處理效果，並在2000年被國家電力總公司北京規劃研究設計總院、湖南電力設計院評審選定為(wei) 2×300MW大型機組優(you) 化設計方案，近幾年更是在如廣東(dong) 台山電廠、湖北荊門電廠等600MW的機組中得到應用。不論從(cong) 應用情況還是市場前景來說，該產(chan) 品都是目前解決(jue) 電廠煤場廢水和渣係統溢流水、鍋爐脫硫除塵等廢水處理問題的*佳選擇。

附1、產(chan) 品應用部分業(ye) 績表煤場廢水和渣係統溢流水、鍋爐脫硫除塵等廢水。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（見業(ye) 績表）

萍鄉(xiang) 市匯華填料有限公司環保陶瓷過濾介質係列產(chan) 品

部分應用業(ye) 績一覽表
 

使用單位	產(chan) 品名稱	應用工藝	應用規模	設計單位
新疆國電庫車發電有限公司	微孔陶瓷過濾板	渣水微孔陶瓷濾池	1×50MW機組	新疆電力設計院
四川峨眉鋁業(ye) 公司沙灣電廠	微孔陶瓷過濾板	煤場雨水微孔陶瓷濾	2×135MW機組	四川電力設計院
國電長源荊門發電有限公司	微孔陶瓷過濾板	煤場雨水微孔陶瓷濾	2×600MW機組	中南電力設計院
新疆烏(wu) 魯木齊自備電廠	微孔陶瓷過濾板	衝(chong) 灰水微孔陶瓷濾池	2×220T煤粉爐	自行設計
南京化學工業(ye) 園熱電廠	微孔陶瓷過濾板	含煤、撈渣廢水微孔陶瓷濾池	2×135MW機組	新疆電力設計院
廣東(dong) 台山電廠一、二期	微孔陶瓷過濾板	含煤廢水微孔陶瓷濾池	6×600MW機組	廣東(dong) 電力設計院
湖南益陽發電有限公司	微孔陶瓷過濾板	渣水微孔陶瓷過濾池	2×300MW機組	湖南電力設計院