全封闭新型石灰投加系统的设计与应用

余洋

摘 要：自来水厂传统石灰投加方式具有扬尘污染严重、工人劳动强度大、工作环境恶劣的不足，为此介绍了新型散装石灰投加工艺及其工艺参数设计方法。实际应用效果表明，该工艺有效地解决了石灰扬尘问题，且自控水平高，是現代化水厂的发展方向。

关键词：自来水厂；新型散装石灰投加系统；工艺设计

在水厂运行中，有些情况下需投加碱液调整原水的pH。以地表水作为源水的水厂进水pH值都偏低，多数在6～ 7之间。南方地区土壤多呈酸性，加上日趋严重的酸雨使得地表水的pH值降低，可能低于6.5甚至更低。原水pH值过低会严重影响加入聚凝剂后矾花的聚凝和矾花结大，从而直接影响到沉淀效果，使其达不到待滤水的浊度要求。

1 传统的石灰投加流程及效果

1.1 传统投加工艺

水厂投加石灰的传统工艺流程是：以煅烧好的块状生石灰作为原料，经加水消化成熟石灰，搅拌成合适浓度的石灰乳液后用泵输送到投加点。煅烧好的块状生石灰在空气中水分的作用下，部分已消化形成厚薄不等的粉状熟石灰包裹在生石灰块的表面，在运输和搬运过程中这层粉状的熟石灰到处飞扬，工作环境十分恶劣。另外还需将未溶解的石灰渣从溶解池中清理出来，劳动强度很大，工作环境恶劣，这也使众多的水厂一直以来对投加石灰方法望而却步。

1.2 改进后的传统投加工艺

改进后的传统石灰投加工艺不再采用块状的生石灰，而是采用已在石灰生产厂消化了的袋装熟石灰粉改进后的投加石灰工艺减轻了工人的劳动强度，不需要人工搬运生石灰袋并开包倒进溶解池和清理不能溶解的石灰渣，但是由于从石灰厂出来的每袋石灰的袋面都粘满了熟石灰粉末，故在装卸、贮存、输送过程中石灰粉末的飞扬还是十分严重的，更为严重的是目前石灰粉厂生产供应的袋装熟石灰粉使用的包装袋基本上都是塑料纤维袋，被切断的塑料纤维丝有可能从袋中脱落而掉进开包机内，被旋转的开包机轴所缠绕，造成开包机经常需要停机维修清理。事实上清理这些缠绕在轴上的纤维丝并非易事，这也成为该工艺的最致命暗伤，严重影响了石灰投加工艺的应用。

2 新型散装石灰投加工艺及其设计

针对上述投加石灰工艺中的不足，采用了新型散装石灰投加工艺，其过程如下：采用罐车运输散装石灰至水厂，并通过管道用压力泵送入水厂石灰间的贮罐，自上而下投入溶解罐，整个流程为全封闭式，从而解决了石灰粉末飞扬带来的环境污染问题。要实现上述的散装石灰投加工艺流程，需设计配置相应的设备。

① 石灰制备能力能满足最大投加量的要求南沙自来水厂一期一阶段供水量规模为20×104m 3/d。设计最大石灰投加量为20mg/L，即20g/m 3，则每天的最大石灰需要量为4 000kg/d。

若按工作时间为24h/d、石灰粉纯度为95%Ca（OH）2计，则石灰粉的投加量为175.4kg/h，据此

确定料仓容积。

② 料仓容积的计算及选型

石灰粉的投加量为4 000kg/d，石灰的容积密度为550kg/m 3，石灰最大用量的所需容积为7.27

m 3/d。考虑到一期二阶段增加供水量为20× 104m 3/d，因此选取直径为3.2m的料仓，单套料仓容积为60m 3，则现阶段存储时间为16.5d。由于石灰粉具有易架桥的特性，故将底部锥斗的夹角设为65°。

考虑到在罐车送入石灰粉时，料仓内的空气排出会带走不少石灰粉颗粒，因此一定要在料仓顶部设置除尘器。该工程过滤面积为20m 2，气动清灰，此外还在除尘器顶部配置了除尘风扇以制造负压，

通过压差控制器进行气动清灰，除尘效率更高。同时石灰粉容易在料仓内搭桥而形成空穴，因此要在相应位置设置空穴振打系统。还要在料仓顶部设置安全阀，在适当位置安装料位计以监测石灰料位。

③ 多螺旋给料机的选型设计

选用多螺旋给料机，配备相应齿轮，为满足远期投加量需要，采用的给料机最大投加量为500kg/h。在水厂一阶段水量为20× 104m 3/d时，可通过调节变频器来满足要求。采用螺旋推进器可以避免混合罐内水汽直接进入给料机或储料仓。

④ 泵流量及投加管路的计算

根据投加管路情况计算，泵的压力按照0. 3MPa选型。泵的最大流量计算为1.67m 3/h，则稀释后的流量是泵流量的5倍。石灰乳的最佳流速（建议）为0.7～ 1.5m/s。投加管路的直径为D，流速按1m/s计，则根据8.35m 3/h÷ 3 600s=πD 2/4× 1m/s，得出D = 54mm。

⑤ 系统用气量计算及空压机选型

由于石灰投加系统中有空穴振打系统、气动阻隔阀及除尘器清灰时要使用压缩空气，另外空穴振打系统所需的工作压力比厂区的空压机系统所能提供的最大压力要高，故单独配备空压机系统一套。除尘器所需气量为9.5m 3/h，空气振打系统所需气量为5.0m 3/h，气动阀门所需气量为0.5m 3/h；则用气量合计为15m 3/h，考虑到需预留二期石灰投加系统，因此总用气量为30m 3/h。选择GX 5FF/TM - 10型空压机，供气量为0.60m 3/min，最高工作压力为1MPa。

⑥ 混合罐及制备水注入装置

石灰粉末通过螺旋给料机精确计量后与水定比例同时投入混合罐，制备成所需浓度的乳液（设计制备浓度为5%）。制备水注入装置组件包括减压阀、流量计、电磁阀、调节阀等，整个过程由液位控制。

3 运行效果

目前，该套石灰投加系统正在调试运行阶段，自动控制采用投加比控制与pH控制相结合。第一阶段采用根据全厂进水的比例调节的投加比控制（为前馈控制），该阶段投加量较大，反应速度快。第二阶段采用pH控制（为闭环控制），自动调节投加比，采取缓慢投加或间歇投加的控制方式，以便溶液能充分反应，从而有效避免了pH值的超调。整个系统从石灰粉输送、配液、搅拌、投加、反冲洗均由PLC程序控制，通过调节螺杆泵的变频控制器的转速控制石灰溶液的投加量。试运行阶段系统运行稳定，基本能控制出厂水pH值在6.9～ 7.1之间，粉状石灰溶解较充分，很好地解决了石灰投加设备和投加管道的沉积和堵塞问题。运行至今，投加间内基本不出现石灰扬尘，保证了车间内的环境干净清洁。

4 结语

采用传统石灰投加方式厂房扬尘污染严重，工人劳动强度大，工作环境恶劣，而新型散装石灰投加工艺则更环保、更先进，该技术更适应现代化水厂的发展方向。

参考文献

[1]刘清林.水厂石灰投加系统的开发与运用[J].广州大学学报（自然科学版），2003，2（6）：574- 577.

[2]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册（第9册）[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.