江水源热泵系统取水及水处理工艺专项技术研究

江水源热泵系统取水及水处理工艺专项技术研究目录第一章、水源水的取水第二章、水源水的处理工艺第三章、水处理结构研究第四章、除垢、黄锈水及杀菌、灭藻第五章、江水水质调查第六章、经典案例介绍――南通新城小区污水源热泵工程第一章、水源水的取水取水构筑物首先要求安全可靠，以保证连续供水和取得较好的水质。为此，除了根据长期的观测资料正确地选定取水构筑物的位置外，还应该根据取水量和水质要求、河床的地形与地质条件、河床冲淤变化规律、水深与水位变幅、冰冻与航运情况以及施工条件等，正确地选择取水构筑物的类型。在确保安全可靠的前提下，通过方案比较，力求做到技术先进、施工方便、经济合理。（一）、固定式取水构筑物位置固定不变，安全可靠，应用较为广泛。由于水源的水位变化幅度、岸边的地形地质和冰冻、航运等因素，可有多种布置。常见的有四种：（1）江边进水头式由取水头部、进水管、集水井和取水泵房组成。常用于岸坡较陡、深水线靠近岸边、高低水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊（如下图）。原水通过设在水源最低水位之下的进水头部，经过进水管流至集水井，然后由泵房加压送至水厂。集水井可与泵房分建或合建。当取水量小时，可以不建集水井而由水泵直接吸水。取水头部外壁进水口上装有格栅，集水井内装有滤网以防止原水中的大块漂流杂物进入水泵，阻塞通道或损坏叶轮。（2）江心桥墩式也称塔式。常用于水库，建于尚未蓄水时。构筑物高耸于水体中，取水、泵水设施齐全，用输水管送水上岸。可以在不同深度取水，以得到水质较好的原水。（3）岸边广口井顶管式集水井与泵房分建或合建于岸边，原水直接由进水口进入。一般适用于岸坡较缓，深水线远离岸边的江河。对含砂量大或冰凌严重或两者均出现的河流，取水量又较大时，可采用斗槽式取水构筑物，它是一种特殊的岸边式取水构筑物,其前以围堤筑成一个斗槽,粗砂将在斗槽内沉淀，冰凌则在槽内上浮。中国西北地区有多处斗槽式取水构筑物。吸水喇叭口集水井送至冷暖热三联供机房广口井顶管取水原理图水泵吸水口水泵房（4）、岸边广口井渗水式集水井与泵房分建或合建于岸边，原水由石间缝隙渗水至集水井。送至冷暖热三联供机房河水集水井水泵房水泵吸水口广口井渗水取水原理图(5)梁式悬臂桥取水形式梁式悬臂桥形式见下图，由钢筋混凝土悬臂桥、深井泵、输水管、水泵安装检修起重架4部分组成。使用范围为岸陡水深的取水部位。悬臂的长度以丰枯水位差和湖（河）岸坡度来确定，在枯水位保证吸入口伸入水面1m，由于钢筋混凝土悬臂自重较大，悬臂长度宜控制在20m以内。(二)移动式取水构筑物适用于水位变化大的河流。构筑物可随水位升降,具有投资较省、施工简单等优点,但操作管理较固定式麻烦，取水安全性也较差，主要有两种：（1）浮船式水泵设在驳船上，直接从河中取水，由斜管输送至岸上。水泵的出水管和输水斜管的连接要灵活，以适应浮船的升降和摇摆。当采用阶梯式连接时，须随水位涨落改换接头位置(图2)。当采用摇臂式连接时，加长联络管为摇臂，不换接头，浮船也可以随水位自由升降。浮船取水要求河岸有适当的坡度(20°～30°)。浮船式取水构筑物在中国西南和中南地区较多。80年代,单船供水能力已超过每日10万米h。（2）缆车式由泵房、坡道、输水斜管和牵引设备等四个主要部分组成（图3）。取水泵设在泵车上。当河流水位涨落时，泵车可由牵引设备沿坡道上下移动，以适应水位，同时改换接头。缆车式取水适宜于水位涨落速度不大(如每小时不超过2米)、无冰凌和漂浮物较少的河流。（见图3）（三）各种取水方式的比较分项分类优点缺点适用场合代表工程备注固定式取水构筑物江边进水头式固定不变，安全可靠施工难度大岸坡较陡、深水线靠近岸边、高低水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊南通新城小区江心桥墩式可以在不同深度取水，以得到水质较好的原水施工难度大，受水库施工时间限制。常用于水库，建于尚未蓄水时合肥科学家园岸边广口井顶管式施工简单、安全可靠取水水质一般岸坡较缓，深水线远离岸边的江河连云港职业技术学院岸边广口井渗水式施工简单是缝隙一旦被堵，则无法取水岸坡较缓，深水线远离岸边的江河重庆新天地梁式悬臂桥取水形式固定不变，安全可靠施工难度大岸坡较陡、深水线离岸较远的江河千岛湖碧水清风小区移动式取水构筑物浮船式投资较省、施工简单操作管理较固定式麻烦，取水安全性也较差水位变化大的河流缆车式投资较省、施工简单操作管理较固定式麻烦，取水安全性也较差水位变化大的河流（四）本项目取水的建议结合本项目水源条件以及以上对比，建议该项目采用江边进水头式或岸边顶管式取水方式。第二章、水源水的处理工艺(一)、水处理的对象及目的1、一级水处理处理对象：悬浮物目的：防止原水中的大块漂流杂物进入水泵，阻塞通道或损坏叶轮以及换热管（板）。一级水处理装置能有效地将大颗粒悬浮物处理掉。常采用斜板机械格栅,一般小于40目.2、二级水处理处理对象：泥砂目的：防止泥砂对换热管（板）的冲刷。我公司经过多年研究换热器水源水的流速、含砂量、含砂粒径等因素对换热管壁的冲刷影响，表明必须对水源水得泥砂进行处理。３、三级水处理处理对象：毛发、短纤微、微生物胶体目的：普通的水处理装置（如格栅）处理毛发、短纤微、微生物胶体时，毛发、短纤活微、微生物胶体容易缠绕在格栅上，不利于反冲洗。我公司研发的带自动连续脉动反冲洗功能的三级水处理装置――机械压滤器能有效地将毛发、短纤微、微生物胶体过滤掉。４、清洗装置处理对象：微生物膜目的：1）防止产生生物黏泥，避免对管线、设备及换热器的堵塞和结垢，进而导致降低热交换器的传热效率，水头损失增加。2）防止微生物生长繁殖对换热器及管道的腐蚀。因为生物黏泥在金属表面上的黏附不可能是均匀的，于是黏泥较厚或有黏泥的金属部位则贫氧而成为腐蚀电池阳极，而黏泥较薄或无黏泥的金属部位则氧浓度较高而成为电池的阴极，从而加速金属的腐蚀。（二）水处理的流流程MMMMMM说明：1、取水口前设置斜板过滤装置作为一级处理，过滤精度为40目。可有效去除水体中大量悬浮颗粒，将水源水处理成对热泵系统中的换热设备无堵塞的状态，使热泵机组能够长时间连续地从水源水中采集热。2、为了保障系统的安全运行，加装二级机械过滤器，可以有效去除水中的砂子等颗粒，可有效保护主机等设备的安全稳定运行。3、为了保障系统安全运行，在二级过滤器后，加装三级机械过滤器，过滤等级为80目/英寸，我公司在长期的实践研发中，在传统机械过滤器的基础上，调整过滤孔径并增加自动反冲洗功能，可以有效彻底去除水中的毛发及短纤，可有效保护水泵等设备的安全稳定运行。4、为了防止微生物在换热器中附着滋生，特加装胶球清洗装置，可有效保护换热器的寿命以及换热效果。第三章、水处理结构研究（一）一级水处理装置1、一级处理2、格栅大样图3、特殊水处理装置大样图该装置可用于水质条件较差如原生污水的处理。1：链轮2：链条3：固定架4：电机5：水池6：钢刷7：滚动轴瓦8：转动筒9：钢刷（二）二级水处理装置—旋流除砂器（三）三级水处理装置---机械压滤器1、传统格栅过滤问题：过滤时容易堵塞，无法反冲洗。2、机械压滤器1：转动轴套2：滚动钢刷3：固定支架4：外壳5：转动叶片6：筛网40目—60目7：转动罩壳8：筛网滤衬(四)清洗装置前置壳管式换热器考虑采用胶球清洗装置。选用合适的海绵胶球，球的湿态直径比换热管内径略大一点（20mm），且湿态比重和水相近，将胶球从装球室处投入装球室内，数量为换热管数量的10％左右，然后启动胶球泵，打开系统两端球阀，胶球就在比循环水进口压力略高一些的水流带动下进入换热器的水室，因胶球是一个多微孔柔性的弹性体，在循环水进口压差的作用下被挤压通过换热管对换热管内壁进行一次抹擦，使管内壁污垢随水流出，胶球随循环水经出水管进入收球网，在收球网板的阻拦下，把胶球分离出来，由胶球泵抽出重新回到装球室，如此循环往复对换热管实行连续自动运行清洗。二次滤网收球网1gfcmbheda胶球泵装球室第四章除垢、黄锈水及杀菌、灭藻一、除管中铁垢的工作原理SC-B产生活性氧，与Ca2+、Mg2+浓度不饱和水共同作用，使已形成的铁垢逐渐溶下，经排污系统排出。二、杀菌、灭藻工作原理“SC-B系列高效多功能水处理设备”是利用特殊研制的金属电极在控制合适的工艺条件下，使流经水处理器的水中产生大量具有极强和广谱杀生能力的活性中间物质，如OH自由基、初态氧和H2O2等活性氧。在电场、催化和氧化等协同作用下，使水中电极表面附近的pH值、氧化还原电位值发生剧烈变化，导致水中的菌、藻生态环境发生剧变，从而使其生存条件丧失而死亡。本系列处理器的处理效果具有累加性，可以通过循环处理的方法提高杀菌灭藻率或增大处理的水量，且被处理过的水仍具有持续抑菌的能力。三、除黄锈水（降浊度）工作原理4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+利用SC-B产生的活性中间物质（活性氧）对Fe2+的氧化作用生成难溶化合物Fe(OH)3，此过程同时起到混凝剂作用，经过排污可将铁和杂质除去。四、除垢、析垢、防腐蚀工作原理溶解在水中的Ca2+、Mg2+离子经处理获得电子，以钙盐、镁盐的形式在极板上析出或随水流动，从而降低了原来水中其浓度，而浓度降低的不饱和水不易结垢。铁垢清除后管壁表面生成Fe3O4，起防腐作用。第五章、江水水质调查对空调系统造成影响的除了以上三级水处理的宏观物质以外，江水中还有一些化学成分需要格外注意，如江水的PH值、COD、NH3-N含量等。如江水呈酸性将会对换热器造成腐蚀，NH3-N也会对铜管造成一定腐蚀。因此我们查阅相关资料以及近一个月的对黄浦江水的检测，也检测到了相关数据。调研人员在青浦区马兰港桥——吴淞口设了2个采样点，一个在青浦区马兰港桥的淀山湖水域，另一个在黄浦江干流上的松浦大桥。（1）pH值：黄浦江2个采样点水体的pH值，分别为8.37和7.5，符合正常范围。马兰港桥附近的水体的pH值稍高可能与当地的工农业活动有关。（2）氨-氮含量马兰港桥和松浦大桥2个点的氨氮值分别为0.61和0.76mg/l，达到国家规定的III类水标准。（3）化学需氧量--COD马兰港桥和松浦大桥2个采样点水体的CODcr值分别为21和26mg/l，达到国家规定的III类水CODcr的标准。结论：从以上监测结果可以看到测试的指标符合II、III类标准，属较清洁、轻污染水体，因此经过对空调取水基本无影响，通过三级水处理完全可以满足换热器进水要求。第六章、经典案例介绍――南通新城小区污水源热泵工程（一）案例简介南通新城小区位于南通滨江新城，南临世纪大道、北临沿河路、东边靠近城山路、西面靠近工农南路。小区中间被海港引河分割成两个区块，其中北区块占地2.2899公顷，住宅建筑面积11.98万平方米，南区块占地3.0818公顷，住宅建筑面积18.8242万平方米。小区总建筑面积45.3618万平方米，其中住宅去35.8084万平方米，共计户数1952户（不含拆迁户288户）。由多层和小高层组成。（二）南通新城小区污水源热泵冷热暖三联供工程原理图2915'2825'24'1111222109578668733242712121141211172120192278242523266151618机房系统原理图南通新城小区冷暖热三联供系统采用南通市第二污水处理厂的二级排放水作为低品位热源，统一设置了一个中心机房，实现小区集中空调供冷、供热、集中生活热水的功能。其中，供冷总负荷16MW，供暖总负荷13.2MW，集中生活热水360吨/天。本项目由低品位热源系统、冷热暖机站系统、室外管网系统、室内管网系统、户内末端系统自控计费系统等部分组成。（三）水处理流程6264212742336652221111282987111211127887910水处理流程图该项目我们经过反复试验研究，由于本项目水源为城市二级排放污水以及河水，水质条件较好，因此我们取消了二级水处理装置，水水源水经过一级格栅过滤后进入三级水处理装置，然后进主机或换热器，每台主机（换热器）都装有胶球