第六篇废水回用及其他处理技术-210469621

第六篇废水回用及其他处理技术第十九章废水再用系统的水质处理第一节概述在水资源普遍感到短缺和水环境普遍受到污染的今天，废水再用率的高低已成为衡量一个国家水资源合理利用程度的重要技术指标。在一些发达国家的冶金企业中，水的再用率已高达95～97％。我国对废水的再用也十分重视，制定了各种废水再用的技术政策和指标。在七五和八五期间开展了规模较大的科学研究和生产性实践工作，在一些领域还取得了可喜的成效。对水资源的合理利用具有重要影响的两项废水再用技术为：(1)冷却水的循环再用；(2)城市污水的接续再用。工业企业中，冷却水的水量往往很大，它的再用具有重要的经济意义。冷却水的循环再用要解决三个水质处理问题：(1)水的降温冷却；(2)水质稳定；(3)水的澄清。水的冷却技术已在多年的实践中得到了较为满意的解决。水质稳定的特异性多，技术上尚不成熟。水的澄清只存在于浊环系统中，基本方法已在第二篇的有关章节中介绍过了。城市污水是另一项水量很大且普遍存在的废水，它由生活污水和工业废水组成，成分复杂，污染物种类繁多。目前探索的水质控制方法侧重于深度澄清(对二级处理的出水施行混凝沉淀和过滤)和消毒。如用水单位对水质有更高要求时，还可附加软化和活性炭吸附等工序。本章重点介绍循环冷却水系统的水质处理和城市污水的水质处理。第二节循环冷却水的冷却处理一、循环冷却水系统工业生产过程中，用水冷却生产设备(如各种高温炉体)、产品(如铸铁块、焦炭)和工作介质(如汽轮机排出的蒸气)的用水系统，称为冷却水系统。冷却水系统排出的热废水，如经降温和其它处理后再回用于原用水系统，则此用水系统称为循环冷却水系统。循环冷却水系统的主要水质处理任务为降温冷却和水质稳定。降温冷却的目的是使水恢复其作为冷却水的基本品质--低温；而水质稳定的目的则是防止循环水对系统中设备和管道的腐蚀和结垢。此外，浊环系统的水尚需进行澄清处理。冷却水是工业用水量中数量最大的一种，经适当处理后循环使用，对节约基建投资、解决水资源短缺和防止污染环境都具有极其重要的意义。二、水的冷却构筑物分类热废水的降温冷却主要通过与空气的接触而实现。水的冷却机理有二：接触传热与蒸发散热。就冷却塔而言，主要是蒸发散热。(1)接触传热热废水的温度高于空气温度时，热量即通过接触面由热水向空气传递。接触传热量按下式计算：(19-1)式中──接触传热量，kJ/h；t、θ──分别为接触面处的水温和气温，℃：F──接触面积，m2；──传热系数，kJ/m2.h·0C。由上式可知，传热量与接触面积成正比。因此，将水分散成小水滴或薄水膜是强化传热的重要途径。此外，必须注意到传热是有方向性的，即热量由高温介质向低温介质传递。只有水温高于气温时，热量才能由热水向空气传递。(2)蒸发散热水分子蒸发时要带走汽化潜热，因蒸发而使水温降低的过程，称为蒸发散热。lkg水因蒸发而带走的热量，称为汽化潜热，用r(kJ/kg)表示，蒸发散热量按下式计算：(19-2)式中──蒸发散热量，kJ/h；──面积传质系数，kg/m2.h.kPa；──空气温度等于水温时的饱和蒸气压，kPa;──空气温度为的蒸气压，kPa：──蒸发水量，kg/h；──水气接触面积，m2。由上式知、蒸发散热量除与水气接触面积成正比外，还与传质推动力(-)成正比。一般认为，水面空气处于饱和状态，其温度与水的温度t相同，故空气表面的实际蒸气压为夕。远离水面的空气温度为，其实际蒸气压为。由此可知传质的实际推动力为(-)。由公式(19-1)、(19-2)知，强化水的冷却过程的基本措施是尽量增大水气接触面积，并让干冷空气与水连续接触，以增大传质推动力。三、水的冷却构筑物分类主要的冷却构筑物有三类：(1)冷却湖(池)—利用天然湖泊或水池中水体表面的自然蒸发而降低水温的构筑物；(2)喷水冷却池—在人工的水池上安装成组的喷头，通过喷水蒸发而降低水温的构筑物；(3)冷却塔—塔体内安装各种淋水装置，热废水在与自然或人工造成的空气流接触的过程中，降低水温的构筑物。冷却湖(池)只有在自然条件适宜的情况下，方可建立。喷水冷却池过去应用较多，因其占地面积大，现在采用较少。冷却塔是最主要的冷却构筑物。冷却塔的分类及构造见表19-1及图19-l。表19-1冷却塔的分类系数类型通风方式淋水种类气流与水流交汇方式自然通风冷却塔开放式喷水式点滴式横流式横流式风筒式点滴式薄膜式点滴薄膜式逆流式，横流式逆流式逆流式，横流式机械通风冷却塔鼓风式点滴式薄膜式点滴薄膜式逆流式逆流式逆流式抽风式点滴式薄膜式点滴薄膜式逆流式，横流式逆流式逆流式，横流式混合通风冷却塔塔式+鼓风式点滴式薄膜式点滴薄膜式逆流式逆流式逆流式塔内有淋水装置，它是扩大水气接触面积的主要设施。共有三种淋水方式：(1)用喷头将热水喷散成小水滴；(2)洒下的水在淋水板上形成薄膜；(3)热水在淋水装置中以小水滴形式逐层落下。由此有喷水式、薄膜式、点滴式、点滴薄膜式四种淋水方式。产生气流的方式有三种：(1)开放式在塔体四周安装百叶窗板，依靠横向吹过的自然风而冷却水；(2)风筒式在塔体上方有高大的抽风筒。依靠塔内外空气的密度差而通风：(3)机力式依靠安装在塔体上方或底侧面的风机供给空气，前一种称为抽风式，后一种称为鼓风式。塔体内的气流与水流的交汇方式有三种：(1)横流式空气水平流过淋水空间；(2)逆流式空气由下向上：垂直流过淋水空间；(3)混合式兼有以上两种流向。四、冷却塔的构造冷却塔主要由以下几部分组成：(1)淋水装置；(2)配水系统；(3)通风系统；(4)集水池；(5)塔体；(6)进出水管路；(7)收水器。其整体构造见图19-2。(一)淋水装置淋水装置由密布在塔体内的板条层或其它填料层组成，分点滴式、薄膜式、点滴薄膜式三种。点滴式淋水装置由水平或倾斜放置的板条组成。板条有木板条、钢丝网水泥板条和塑料板条，其断面可造成矩形、三角形或半圆形。板条被规则地分层固定在支架上。上层板条上的水滴落在下层板条上后，溅成许多小水滴，又向更下一层板条溅落，由此形成了数目众多的细小水滴，与接触的气流进行热交换。薄膜式淋水装置由一组垂直或倾斜放置的淋水板组成，热水顺板面流下，形成散热面很大的薄水膜。淋水板可造成连续板、拼板、整体式蜂窝板、点波板或波纹板。淋水板也分许多层安装在淋水空间。点滴式淋水装置内的气流方向可以是横流式，也可以是逆流式。薄膜式淋水装置内的气流方向以逆流式为主，特型塔内可以是斜流式。点滴薄膜式淋水装置的气流兼有横流和逆流两种方向。各种淋水装置的构型见图19-3(二)配水系统配水系统的作用是将热废水均匀地分布在整个淋水装置横断面上，或者接一定的淋水密度分配规律(例如外围大，内圈小)进行配水。配水系统还必须有小的风阻及便于维护管理等特点。配水系统有管式、槽式、及池式三种类型。管式配水系统由配水管和哦头组成。喷头按方格形或梅花形配置，间距0.85～1.10m。最常采用的喷头为瓶形切流式，喷出的水能在作用半径(约0.5～0.6m)范围内均匀布水，而且不易堵塞。其缺点是阻力大，要求较高的供水压力。槽式配水系统由配水槽、安装在槽底的管嘴和位于其正下方的溅水盘组成。管嘴的间距为0.5～l.0m，大塔采用大值。溅水盘(D＝100mm)位于管嘴下0.5～0.8m。溅水盘能将管嘴流下的水溅起，以小水滴形式落于淋水装置上。槽式配水系统要求的供水压力较低，但风阻较大。如将配水槽改为水池，则形成池式配水系统，适用于横流塔内。(三)通风系统通风系统包括风源和配风装置两部分。开放式冷却塔的风源为自然风力，因此塔体多建在敞开的通风地区，要保持一定的高度，配风装置主要靠四周的百叶窗板。风筒式冷却培的风力由高大塔体内外的空气密度差造成，塔高根据热力计算及空气动力计算而定。多边形风筒内易形成环流险力，施工随造较容易。双洲线形风筒可以造得很高，抽风简内的空气动力阻力小，但塔体施工较难。机力式冷却塔一般均采用轴流式通风机。安装在底部侧面进风口处的叫鼓风式通风机。安装在顶部出风口处的叫抽风式通风机。热废水有腐蚀性时宜采角鼓风式，但此时塔体较高，配气不易均匀。鼓风式通风机的直径不宜人于4m。大中型塔采用L30系列风机，其中应用广泛的有4.7、8.0和8.5m几种规格。中小型塔可用ITF和JT-LZ系列，前者的直径为0.5～5m、风量为5×103～40×104n3/h，风压为98～196Pa；后者的直径为0.5～5m，风量为4.8103～36×104m3/h，风压为98～137Pa。风筒式冷却塔和机械通风冷却塔中，郡有配风装置，如进风口、风简和导流伞等。进风口面积较大时，进塔气流的速度小，分布均匀，阻力也小；但会增加塔少淋水装置的高度，从而增高了塔高和供水扬程。进风口面积过小时，在进风口上缘产生涡流，增加气流阻力，影响冷却效果。进风口面积与淋水装置横断面积之比值，一般采用35～45％，小塔中可增至l00%。横流式冷却塔的进风口高度等于淋水装置的高度。为了扩大进风口面积而又不过多地抬高淋水装置的高度，可以把淋水装置的底缘做成台阶式，外高内低。为了防止进风口内上缘产生涡流，可以安装各种导风板。风筒式冷却塔的风筒指配水系统以上的塔体。试验表明，双曲线型风筒的阻力小、配风均匀，而多边形风简中易造成涡流。鼓风式冷却塔的风机前后应设置喇叭口和扩散筒，扩散筒能使进风均匀分布，并防滴水浸蚀风机，抽风式冷却塔的风机前应作成导流伞，机后应作成扩教筒，以利于气流的顺利通过、防止涡流、减少阻力。(四)集水池和收水器集水池位于塔体正下方，起收集、储存和调节作用。中小型塔的池周与塔筒的大小一样，池深约1.2～1.7m。机力通风冷却塔和风筒式冷却塔中，由于风力大大，致使部分非蒸发的水沫被带出塔外。为了减少这部分水量损失，有时也为了防止大气活染，须安装收水器。收水器的构造和作用大体上和百叶窗相同，它是一排或两三排倾斜成450～600安装的透风挡水板，气流在其中急剧转弯时，因离心力而将水滴抛在板面上，然后汇成大水摘流下。收水器可位水量吹定损失降到0.l～0.4％。逆流式塔中，收水器安装在管式配水系统的上方；如为槽式配水系统，可设在配水槽之间，也可设在其上方；横流式机力塔中，则倾斜设在淋水装置与抽风机之间的空间内。五、冷却塔的设计计算冷却塔的设计计算主要包括三大部分：热力计算、空气动力计算和水力计算。(一)热力计算热力计算的主要目的是在给定的工艺条件(冷却水量Q、进水温度t1、出水温度t2)和当地气象条件(空气干球温度、湿球温度、大气压力p、风速)的条件下，计算冷却塔所需淋水装置的体积V。其次，计算蒸发水量损失，供运行时补充水量之用。1．湿空气的性质塔内的湿空气是决定蒸发强度的主要因素。了解温空气的性质是进行热力计算的基础。(1)状态方程在要求的计算精度内，湿空气可视为理想气体。组成湿空气的两组分为于空气和水蒸气，其状态方程分别为：(19-3)(19-4)式中、──分别为干空气和水蒸气的分压力，kPa；、──分别为干空气和水蒸气分压力下的容重，N/m3；──气体常数，Rg＝29.27kg·m/kg.K，Rq＝47.08kg.m/kg.K;──绝对温度，(K)，T＝273十,为干球温度，(℃)。(2)湿空气的压力为其两组分分压力之和，即=+(kPa)。(3)绝对湿度1m3湿空气中所含水蒸气的重量，叫湿空气的绝对湿度。显然，绝对湿度在数值上和水蒸气的容重相等。水蒸气处于饱和状态时的绝对湿度，叫做饱和绝对湿度，用表之。(4)相对湿度湿空气的绝对温度与同温度下的饱和绝对湿度的比值，称为相对湿度，以表之。，=/=/,其中此为饱和水蒸气分压。值小，表示湿空气中的水蒸气相对含量较少，蒸发散热就比较容易进行。(5)含湿量lkg干空气所带的水蒸气量(kg)，称为含湿量，以表之。也就是说，(1+)kg的湿空气中，含lkg的干空气和kg的水蒸气。值大约为0.027kg。可按下式计算：(19-5)(6)湿空气的容重为其两组分容重之和，并可建立以下关系式：(19-6)(7)比热湿空气的比热c按下式计算(19-7)式中、──分别为干空气和水蒸气的比热，其值为l和1.84kJ/kg.℃。