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關鍵詞:中水;循環水;冷卻水;處理措施
中圖分類號:X131 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2012)29-0080-06
1 概述
隨著環保要求和節約用水的需要,越來越多的用戶使用城市中水作為循環冷卻水的補水。由于污水處理廠來水水源復雜且處理水平有較大差異,使進入循環水系統的城市中水水質存在很大的差異。這些差異常常超出一般循環冷卻水水質控制標準,給循環冷卻水處理工作造成困難。
防止系統結垢、腐蝕和微生物控制是循環冷卻水處理的主要任務,怎樣解決品質惡劣的中水回用于循環冷卻水后帶來的以上問題成為處理的難點。
2 項目和水質簡介
2.1 項目簡介
河北大唐國際豐潤熱電公司2×300MW機組是由大唐國際和唐山市建設投資公司共同出資建設的熱電聯產項目,是按照循環經濟、節能環保理念建設的“綠色電廠”。機組同步安裝脫硫設施,預留脫硝位置;鍋爐采用低氮燃燒技術,有效降低氮氧化物排放;燃煤儲運采用儲煤罐、自動噴淋和除塵設備,大大減少對周邊環境的影響;機組采用二次循環供水系統,設計使用中水,全部廢水經處理后實現“零”排放。
我廠循環冷卻水采用豐潤污水處理廠二級污水(中水)作為循環冷卻水的補水,中水直接進入循環冷卻水系統。
循環水中要維持20mg/L的磷酸根在水中需要將pH降低到6.85,但是低pH運行意味著循環水要加入大量的硫酸和增加系統硫酸鈣結垢趨勢,并且因為補水的不穩定性,當補水正磷含量降低時如果無法及時恢復高pH運行,系統將遭受嚴重的腐蝕。
另外,針對循環水正磷偏高、補水來源不同的情況,為防止磷酸鈣的析出,制定了正磷超過指標時的應急處理方案,增加了輔助投加磷酸鈣分散劑的措施,以期達到循環水穩定控制和安全運行的
目的。
采取的具體控制方法是:當循環水的正磷大于10mg/L以上,需要將pH控制在8.0以下,以防止磷酸鈣垢;當循環水中正磷大于20mg/L以上,水溫大于15℃,控制pH小于8.0,并添加磷酸鈣分散劑LQ-86013ppm(按總補水添加);當循環水正磷大于30mg/L以上,水溫大于15℃,控制pH在7.0~7.5之間,并添加磷酸鈣分散劑LQ-86015ppm(按總補水添加)。
經過采取以上各種措施,使機組在運行兩年多的時間里,達到了有效阻止磷酸鈣沉積的效果。
3.1.2 微生物的控制??刂屏讼到y磷酸鹽結垢只是消除了循環水運行危害之一,磷酸鹽、氨氮、硝酸根、COD等因素引起的微生物繁殖問題同樣是我廠循環水處理的重點。
因為中水本身含有細菌,在循環水中適宜的溫度、良好的通風、充足的養料條件下,細菌會迅速地繁殖。在此情況下,常用的殺菌劑處理效果不
明顯。
以常用的某殺菌劑而言,其2小時內實驗室殺菌率可以達到99%以上,現場24小時殺菌率達到95%以上,在某廠使用多年效果良好。但是在中水回用的循環水系統,該殺菌劑表現并不令人滿意,因為使用該殺菌劑48小時時,細菌恢復到了原有數量。而循環水系統中,長效的細菌控制比短期的殺菌更具有實用意義,所以我們經過試驗篩選了一種長效抑菌作用的殺菌劑,該殺菌劑可以在7~10天時間內保持較高的殺菌效果,再配合氧化性殺菌劑進行處理,避免了細菌短期爆發引起的系統
故障。
氧化性殺菌劑采用沖擊式添加顆粒狀產品,該殺菌劑有效氯含量在90%以上,在水中溶解度較小,溶解速度中等,可以短時間內連續釋放有效氯,既保證了系統微生物的抑制,又避免了速溶性殺菌劑帶來的瞬間余氯過高的腐蝕危害。
3.2 制定合理的加藥方案
在循環水系統運行初期,加藥、加酸設備無法正常運行,循環水指標波動較大,藥劑只能靠人工添加,用藥量較大,pH控制不穩定,使循環冷卻水處理存在較大的安全隱患。隨著加藥、加酸設備的正常,現場根據循環水分析數據及時調整加藥量,使循環水指標控制在合格范圍之內。
3.3 應急措施處理方案
盡管我廠對于循環水控制指標進行了限定,但是基于中水水質不穩定的原因,難免會有超標現象發生。我廠對于中水進一步超標制定了應急方案,當中水水質超出控制標準較高時,利用部分井水代替中水,以緩解中水水質惡劣帶來的危害。以2011年1~4月#1機循環水為例,合計補充中水94萬噸,合計補充地下水21萬噸。
3.4 加強專業人員培訓
針對我廠化學人員基礎知識薄弱的問題,采取內部培訓和邀請服務廠家現場培訓的方式,取得了較好的培訓效果?;瘜W人員在分析測試技術、理論知識、現場操作等方面得到了很大提高。
3.5 加強水質監督力度
鑒于我廠循環冷卻水水質的特殊性,我廠加強了水質監督力度,并取得了一定成效?,F場加強了循環水、中水指標監控,增加了化驗頻次、定期懸掛試片、測細菌總數等措施。保證了循環水水質指標控制在合格范圍之內。
由于中水水質惡劣,給循環水的堿度、鈣離子等指標的控制帶來難度。我們通過加酸控制堿度,合理排污控制鈣離子,有效減緩了結垢的壓力。
由于循環水的濁度比較高,勢必帶來凝汽器內粘泥沉積和增大結垢風險的問題。其他電廠的多次檢修實踐表明:如果膠球質量不好或膠球投加不及時,造成清洗效果不理想,很容易在管材表面造成粘泥沉積,產生腐蝕和結垢問題。因此膠球清洗工作非常重要。
為了減少粘泥沉積,保持管材表面的清潔,經過化學和汽機專業協商,改善了膠球清洗方案,化學專業配合汽機對膠球質量進行了指標規定,保證濕態膠球直徑比換熱管內徑大1~2mm,不但考察膠球的收球率,還制定了篩球率指標,定期淘汰一些不合格膠球,并且保證不合格膠球不高于總膠球數的20%,使膠球系統發揮了應有的擦除效果,對輔助保持換熱器清潔發揮了重要作用。
另外,如果凝汽器內進入了填料碎片、膠球、石塊等雜物,會造成管口的堵塞,引起水流不暢,進而影響換熱效果,堵塞嚴重時還會帶來粘泥沉積、腐蝕或結垢問題。水塔的填料曾發現有破損現象,破碎的填料很容易隨循環水進入凝汽器,堵塞管口。我們對填料等雜物問題一直保持了持續跟蹤,并及時更換了破損的填料。
4 取得的成效
循環水日常腐蝕監測通過水池掛片法,掛片類型為與凝汽器管材相同的316L不銹鋼管和低碳鋼,并在凝汽器內部長期懸掛316L不銹鋼管。水池掛片每個月取出觀察外觀和稱重,凝汽器內部掛片在檢修時檢查,用于長期腐蝕和結垢監測。
從掛片外觀可以看出,不銹鋼和碳鋼均光亮如新(見圖12)。稱重測量顯示,不銹鋼掛片腐蝕速率為0.0002mm/a,碳鋼掛片腐蝕速率為0.012mm/a,都遠遠小于《工業冷卻水處理設計規范(GB50050-2007)》中關于金屬腐蝕率不銹鋼0.005mm/a、碳鋼腐蝕率0.075mm/a的要求。從側面顯示了我廠采用的穩定高濃度磷酸鹽處理技術不單單是阻止了結垢的發生,而且全面抑制了系統金屬的腐蝕。
4.3 節約用水
我廠循環水塔的補水量和排污量,單機循環量為35000噸/小時,蒸發損失按照全年平均值1%計算。以全部使用地下水為例,濃縮倍數達到8倍與2倍,單機每年僅補水部分可以節約的水費即達到750萬元。
采用中水作為補充水,會節約大量的新鮮水和費用。然而由于中水水質惡劣,造成循環水藥劑消耗量比較大。為此,采取了以下措施:與污水處理廠進行協調,要求其出水達標;由藥劑廠家做動態試驗,進一步提高藥劑性能,并提高循環水濃縮倍數;更改實驗室有機磷、正磷等檢測方法,消除其它雜質干擾,提高測定準確度;加強對循環水阻垢劑加藥泵的維護,發現故障及時修復。
經過以上改進措施后,阻垢劑加藥量有所
降低。
在補充水的費用上,如果不計算排污費用,使用中水費用最低;使用地下水費用最高;使用混合水,不同比例下費用不同。但是風險與費用之間是一個矛盾,在循環水處理中,安全性和經濟性是捆綁在一起的,在保障安全的基礎上,努力提高經濟效益是我們始終追求的目標。經過測算和綜合評價之后,以使用中水與地下水比例為6:1的方案為處理效果和費用的最佳方案。
以中水作為補充水后,節約了大量的新鮮水,全廠年使用中水約540萬噸,對于緩解城市供水緊張和提高水的重復利用率具有巨大的社會效益。
從費用節約而言,使用城市中水綜合處理費用比使用新鮮水節約275萬元,為企業節約了運行
成本。
5 今后的計劃
中水回用作為循環冷卻水可以節約大量的新鮮水,但同時也會帶來很多的運行問題,我廠應積極與污水處理廠聯系,促進其提高處理水平,保障出水水質合格;當中水水質惡化時及時啟動應急方案,降低水質惡化造成的影響;根據中水水質的變化,及時設計針對性的方案,進一步提高管理水平、增加培訓以及與服務供應商的交流;在有條件下的情況下增加廠區內部預處理裝置,降低中水中部分危害性指標。
6 結語
我公司在中水水質不穩定、水質超標的情況下對循環水水質進行了有效的控制,通過系統檢查驗證了處理措施的有效性,換熱設備無腐蝕、結垢和微生物沉積的發生,保障了設備的安全運行。但由于中水水質惡劣,運行風險還是會長期存在,我們要把循環水處理作為重點工作,長抓不懈。
參考文獻
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關鍵詞:海河流域;陸面過程;地下水開采;水循環;模擬研究
中圖分類號:P641 文獻標志碼:A 文章編號:1672-1683(2016)04-0054-06
Abstract:By improving the hydrological parameterization schemes of the land surface model (CLM3.5) using the Distributed Time Variant Gain Model(DTVGM) which was developed independently,embedding a module which reflects the impact of groundwater exploitation on water cycle process,considering domestic water,industrial water and ecological water,a large-scale land water cycle model was developed which could describe the nature and human process of a basin.The Haihe River Basin where groundwater is extracted seriously was chosen as the study area,using high spatial and temporal resolution meteorological element data sets of China established by the Institute of Tibetan Plateau as atmospheric forcing drivers,this paper conducted simulation test for the water cycle process in 1980-2010 in the Haihe River Basin, and analyzed the impacts of groundwater exploitation activities on the water cycle process.The results showed that:groundwater exploitation caused the decrease in runoff and soil moisture in the overall basin;the evapotranspiration in the overall basin increased, and the spatial variation of water cycle elements was large.
Key words:the Haihe River Basin;land surface processes;groundwater exploitation;water cycle;simulation
近年來,人類對水資源的開發利用日趨廣泛,極大地擾亂了自然水循環過程。尤其在地表水資源量無法滿足用水需求或地表水污染嚴重的地區,持續開采地下水不但會造成地面沉降、濕地減少、海水入侵以及地下水污染,而且會導致陸地水資源的枯竭[1-2],同時由于更多的水分被抽取至地表,引起局地土壤濕度和地面溫度的變化,進而影響水循環過程[3-7]。因此,考慮地下水開采活動對流域水循環影響研究是十分必要的。
已有很多學者就地下水開采活動對水循環的影響進行了研究探索:束龍倉和Xunhong Chen以內布拉斯加州普拉特河谷為例,采用Visual MODFLOW研究了地下水開采對河流流量衰減的影響,認為地下水位高出河水位的值越大,抽水對河流基流量減少的影響越明顯,對河流滲漏增加的影響微弱[8];賈仰文等綜合考慮水文氣象、地下水開采、南水北調等因素的影響,建立了海河流域二元水循環模型,得出不同規劃水平年水資源管理推薦方案[9-10];王中根等針對海河流域的地下水超采問題,利用較為成熟的流域地表水模型SWAT與地下水模型MODFLOW構建了海河流域地表水與地下水耦合模型,用于評估地下水開采對流域水資源的影響[11]。這些模型主要基于水量平衡,側重于對降雨徑流和水分收支的模擬與計算,缺乏對能量平衡的考慮,無法表達陸氣界面的水氣能量交換過程[12]。雖然水文模型研究在耦合社會經濟水循環、嵌入人類活動模塊方面有了一定進展,但是為了適應全球氣候變化研究,水文模型還需要從大尺度和高精度模擬方向進行新的突破[13]。陸面過程模式作為水文模型和氣候模型聯系的橋梁,可以作為大尺度水文模型發展的基礎。耦合陸面過程模式和水文模型可以保留水文模型的水量平衡模擬方法,尤其是產匯流過程等,而能量平衡、植被作用等采用陸面模式參數化方案進行描述,以此改善陸面模式對水文過程描述的不足,提高模式模擬預報的精度。
由于受到地下水農業灌溉、河道取用水等高強度人為活動的影響,海河流域地表產匯流非線性特征明顯,水文過程模擬的不確定性較大。夏軍等[14]結合水文非線性系統方法與分布式流域水文模擬技術自主研發了一種分布式時變增益水文模型(DTVGM),其特點在于能模擬人類活動影響下的降雨、徑流等水文變量之間非線性關系[15],對下墊面實時反應能力較強,尤其在海河、黑河、黃河等半干旱-半濕潤流域的模擬效果較好,且計算消耗小[16]。因此,本研究利用DTVGM的產流機制改進CLM3.5的產流過程,同時嵌入地下水開采對流域水循環影響的模塊,并考慮經濟社會用水,構建能夠描述流域自然-人文過程的大尺度陸地水循環模型(CLM-DTVGM),然后以中國科學院青藏高原研究所基于Princeton 再分析數據建立的一套中國區域高時空分辨率地面氣象要素數據集作為大氣強迫驅動,設置兩種模式(無人類活動影響S1和僅考慮開采地下水S2),對海河流域過去30年的地表徑流、蒸散發和土壤濕度進行模擬,分析地下水開采活動對海河流域水循環過程的影響。
1 研究區和數據介紹
1.1 研究區
海河流域(圖1)位于東經112°-120°,北緯35°-43°之間,總面積約31.8萬km2。按照流域西北高,東南低的地勢,大致可分高原、山地和平原三種地貌類型。流域西部和北部的高原及山地占流域總面積的60%,流域東部和南部以農田為主,也是主要的人口居住地,占流域總面積的40%。海河流域多年平均降水量為539 mm,自20世紀50年代以來,降水總體上呈現逐步減少的趨勢。流域年平均氣溫為10.8 ℃,年內變化較為平緩。海河流域作為嚴重的資源性缺水地區,水資源供需矛盾十分突出,用不足全國1.3%的水資源量,承擔著全國11%的耕地面積和10%人口用水任務 [17]。由于流域內地表水資源非常匱乏,主要通過開采地下水進行灌溉,區內已形成大范圍常年性淺層地下水位降落漏斗,地下水超采是地下水位下降的主導原因[18]。近50年來,海河流域累計超采地下水高達1 900 億m3,目前地下水年開采量約占流域總供水量的2/3[19]。大范圍超采活動已使海河流域地下水處于不可持續狀態,嚴重威脅該地區的可持續發展。
1.2 數據介紹
已有的可用于陸面過程模式輸入的再分析數據產品,在中國區域上往往存在著系統偏差,如以Princeton 數據。因此,本研究采用中國科學院青藏高原研究所開發的中國區域的長時間序列、高時空分辨率的陸面模式驅動數據,簡稱ITPCAS數據集。該套數據以國際上現有的Princeton 再分析資料、GEWEX-SRB 輻射資料以及TRMM 降水資料為基礎,利用中國氣象局常規氣象觀測數據進行校正以消除系統偏差,并通過空間降尺度的方式,得到最高時間分辨率為3 h、最高水平空間分辨率為0.1°的再分析數據(包含近地面氣溫、近地面氣壓、近地面空氣比濕、近地面全風速、地面向下短波輻射、地面向下長波輻射、地面降水率)[20],可以滿足國內陸面過程研究的需要。
經濟社會數據為2000年的數據。其中人口、GDP、農田面積數據是基于國家統計局城市社會經濟調查總隊編纂出版的《中國城市統計年鑒2000》,并由中國科學院資源環境科學數據中心(/english/default.asp)處理為分辨率1 km×1 km的柵格數據。這組數據在本研究中被處理為0.25°×0.25°的分辨率,以適應陸面模式的要求。
工業、生活和農業的單位用水數據來自《中國水資源公報2000》(表1),并且在流域內保持固定不變。
2 研究方法
2.1 模型介紹
CLM3.5模式是NCAR的新一代陸面過程模式,是在CLM3.0的基礎上對陸面參數和水文過程加以改進,引進并完善了徑流、地下水、碳循環和凍土過程,其具體物理過程在文獻中有較為詳盡的描述[21-22]。CLM3.5原有的地表產流采用TOPMODEL模型中的SIMTOP參數化方案,即根據蓄滿產流和超滲產流的機制來計算,其中關鍵參數是計算單元的飽和因子,其依賴表層土壤的不透水面積,計算較為復雜。
本研究采用DTVGM模型的時變增益因子來改進CLM3.5中的產流模型,即考慮降雨徑流的非線性關系,以及產流過程中土壤濕度不同引起的產流量變化,通過時變增益因子簡化了水文循環系統的輸入輸出之間復雜的非線性關系,達到與一般Volterra泛函級數相同的模擬效果。
在對CLM3.5產流模塊改進的基礎上,構建人類活動影響概化模型(圖2),并成功嵌入CLM-DTVGM中。為了滿足每個時間步長內的總需水量Dt,人類需要從附近的河流和含水層汲取水源,從河流中和含水層汲取的水量分別記為Qs和Qg,而開采的水資源量主要用于人類生活Dd、工業生產Di和農業灌溉Da三個方面。其中,生活和工業用水主要消耗于蒸發,而剩余的水量作為廢水(Dg)返回河道;農業灌溉用水則作為有效降水降落到土壤表面,并繼續參加隨后的產流等計算過程。
在圖2中的水資源開采部分,從河流汲取的地表水供水量Qs在CLM3.5中主要從每個格點的總徑流(地表徑流與地下徑流之和)中扣除;而從含水層中汲取的地下水供水量Qg是在計算陸地水儲量時扣除,因此有:
在圖2中的水資源利用部分,工業和生活產生的廢水量Dg視為α(Di+Dd),且被直接從模式格點柱內移除,不再參與格點柱內的計算(α為工業和生活用水中返回河道的廢水比例),而模式中的蒸發量相應地增加(1-α)×(Di+Dd),到達地表的有效降水量也因灌溉而增加Da。
基于這種人類活動影響概化模型,模擬設置了兩種情景:無人類活動影響(S1)、考慮開采地下水(S2)。通過比較兩種情景的模擬結果,可以探討人類對水資源開采利用對水循環過程產生的影響。本次模擬的區域范圍設為112°-120°E,35°-43°N,時間范圍是1980年-2010年,輸入數據空間分辨率為0.1°×0.1°,輸出數據的空間分辨率為0.5°×0.5°。其中,需水量采用2000年統計值(表1)。
2.2 參數率定與模型驗證
DTVGM 模型的參數見表2,在進行數值模擬前需根據實測流量資料進行參數率定。本文采用海河流域灤縣和觀臺水文站的實測流量資料率定上述參數。圖3為灤縣站(1997年-2006)和觀臺站(1997年-2006)實測及模擬年徑流過程,可以看出實測和模擬年徑流過程總體上一致,率定的參數能夠有效地模擬研究區域的徑流過程。
3 結果分析
3.1 兩種情景下海河流域年平均徑流深時空變化
基于S1和S2兩種情景模式,由CLM-DTVGM對海河流域1980年-2010年徑流進行模擬,得到地下水開采活動影響下的海河流域多年平均徑流深空間分布變化情況)如圖4、圖5)。兩種情景下海河流域多年平均徑流深整體分布趨勢大致相同:從西北至東南逐漸增大,其中平原區和入??谔帍搅鬏^大,山區徑流較??;S2比S1情景下徑流深有所減少,尤其是在東部平原區變化較為明顯,這與東部平原區地下水開采較為嚴重有關。
3.2 兩種情景下海河流域年平均蒸散發時空特征
基于S1和S2兩種情景模式,由CLM-DTVGM對海河流域1980年-2010年蒸散發進行模擬,得到多年平均蒸散發空間分布情況(圖6、圖7)可以看出從西北到東南,兩種情景下海河流域多年平均蒸散發逐漸增大,這與海河流域降雨的空間分布呈現出較好的一致性??紤]地下水開采活動后,局部地區尤其在平原區的取用水高值區和入??诘貐^,蒸發變異更明顯。
3.3 兩種情景下海河流域土壤濕度時空特征
S1和S2兩種情景下,海河流域1980年―2010年多年平均土壤濕度(地表以下3.43 m)空間分布模擬結果如圖8、圖9所示,可以看出兩種情景下多年平均土壤濕度空間特征基本一致,其中山區偏低,東北、西部及西南較高,總體表現為東北、西南高于中部地區,這主要受氣溫和降水空間分布的影響??紤]地下水開采活動后,研究區局部的土壤濕度有較為明顯的變化,整個流域呈降低現象,在平原取用水高值區降低程度較為明顯。
4 結論和討論
本研究采用構建的CLM-DTVGM和中國科學院青藏高原所氣候驅動數據集,選用無人類活動影響和考慮開采地下水兩種情景,對過去30年海河流域地表徑流、蒸散發和土壤濕度變化進行模擬分析,得到如下結論:地下水開采導致海河流域地表徑流整體上呈減少趨勢,但在不同空間分布上影響程度不同,其中東部平原區地表徑流減少較為明顯;地下水開采導致流域蒸散發整體上呈增加趨勢,但平原區的取用水高值區和入??诘貐^蒸散發呈減少趨勢;地下水開采導致海河流域土濕整體上呈下降趨勢,考慮地下水開采活動后,研究區局部的土壤濕度有較為明顯的變化,其中在研究區東北部和西部山區土壤濕度有一定增加,平原取用水高值區土壤濕度降低。
Zou等[23]用采用CLM3.5陸面參數化方案的區域氣候模式RegCM4對海河流域1970年-2000年的陸面過程進行了模擬,得到的多年平均地表徑流約為48.8 mm。本研究不考慮人類活動過程的情景下模擬的多年平均地表徑流約為35 mm,略小于Zou等模擬結果。不過,本研究模擬時期為1980年-2010年,屬于氣候變暖和人類活動加劇時期,海河流域地表徑流已經呈現了減少的趨勢[24],所以本文模擬結果也相對合理的。Zou等模擬的多年平均蒸散發為534.7 mm,本研究不考慮人類活動過程的情景下模擬的多年平均蒸散發為440 mm,蒸散發模擬偏小可能與近年來海河流域地表徑流減少有關,與徑流的模擬結果保持一致,并且2006年研究資料顯示海河流域多年平均蒸散發為425.4 mm[25],進一步驗證了模擬結果的可靠性。
實際上,海河流域地表徑流、蒸散發和土濕變化的原因很復雜,包括降雨量減少,氣溫增加等氣候變化以及水資源過度開發利用等,在今后的研究中還應設置不同的模擬情景,分析其他要素對水循環過程的影響。
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尋水的魚范文4
【關鍵詞】情感教育 初中物理 心理品質 青春期
初中生正處于青春發育期,這一時期的學生受生理發育成熟,而心理品質相對幼稚的影響,對教師多了幾份懷疑甚至對立。物理學科屬于自然科學,其方法論和思維訓練的功能,對學生心理品質的培養也有重要作用。因此,在物理教學過程中,提高學生的心理素質,預防學生心理問題,把心理健康教育理念滲透到課堂教學之中,才能更好地幫助學生化解學習上心理困擾,調節和優化他們的學習心理狀態,從而促使他們有效地投入到學習活動之中。
一、因“科”制宜:在知識形成過程中滲透心理教育
1.用物理實驗來培養學生的學習興趣。興趣是學習的大門。物理學本身是生動的、有趣的,它來源于實踐。比如我在教學“大氣壓”這塊內容時,用小試管放入裝滿水的大試管中,然后我問:如果我拿著大試管將這個裝置整個兒倒立,你猜會有什么結果?學生紛紛說:那小試管肯定會掉下來并摔破。可是實驗結果與學生猜想的不同,學生產生了強烈的求知欲,他們開始帶著疑問聽課,效果十分明顯。
2.借物理學史訓練學生良好的心理品質。人類歷史發展的過程,是在人類社會與自然界作斗爭的過程中積極經驗與習得良好心理品質的。一部物理學史就是科學巨人披荊斬棘探求真理的過程,其中的人文精神與心理教育意義不言而喻,但時下的初中物理課堂對物理學史內容介紹內容很少,很多教師也不夠重視。筆者將科技發明對人類社會發展的貢獻,用生動事例展示給學生,并通過科學家的生平、各物理學派間的學術爭鳴以及人類尚未解開的物理研究課題來激發學生的學習動機與探究興趣,培養良好的意志品質與情感體驗。比如學習電力這塊內容時,我就引入了對愛迪生的介紹,指出了愛迪生只讀過三個月書,卻熱愛科學,曾經因為在火車上做實驗而被人打聾了耳朵,但他依然對科學實驗癡心不已。很多學生聽了,覺得自己很慚愧:有的覺得自己讀書到初三了,因為一次考試的失利就對物理學科失去了信心實在不應該;有的學生則從中體悟到科學實驗是充滿挑戰與神奇的學習過程,增強了對學習的興趣;更多的學生則覺得那時的社會對科學青年的迫害是十分嚴重的,更加強了對和平社會的信任與認真學習的向往。
二、因“生”制宜,在教學開展過程中滲透心理教育
1.育人個性化,不搞形式主義。培養學生的上進心、自信心、百折不撓的心理品質是學習成功的基礎。通過教師的因材施教,可以讓每個學生都得到最大的提高。
有的學生知識掌握不好,但是動手能力很強,我就將演示實驗的機會讓給他,給他一份成功的驚喜。有的學生每方面都薄弱,我就多做他們思想工作,拿老師自己在初中時成績也不好,但就是不服輸來暗示學生。每次考試后,我都會找考試不理想的同學談心,講有關名人受挫時的做法,為他們加油。我學會了“哄”學生,如一個差生做錯了很多題,但我就統計他做對了多少道題。換個角度,轉移他的注意力,改變他的消極狀態,使他揚起上進的風帆。有的學生成績雖好,但是不夠虛心,我則告訴他們人外有人、山外有山,不能固步自封、夜郎自大。有的學生成績好,探究性強,我就將一些競賽書借給他們,讓他們的潛力得以最大程度的發揮。個性化的思想工作,使得學生的良好學習個性得以形成。
2.課堂情感化,不搞無病。列寧曾說:“有人的情感,就從來沒有,也不可能有人對真理的追求”。因此,教師要重視情感投資,設身處地與學生心理換位,釋學生所疑,解學生所難。但是我們有的老師只會高調育人而不注意自己的情感資源的調動,通過教條主義來使學生信服,其結果只會讓學生反感。教師應熱心幫助每一位學生,縮短師生間的距離,除學生對教師的緊張意識,通過“親其師”來實現“信其道”。同時,我在課堂節奏安排上也努力做到張馳結合,形式多樣,保證學生學習氣氛的活躍與思維狀態的高效,以有效控制學生對學習物理與達成課時目標的壓力與消極心理。
三、因“課”制宜,培養學生的團隊合作精神
物理學是一門以實驗為基礎的學科,在教學中利用實驗提出問題、分析問題、解決問題,不僅能增強觀察和分析能力,而且在其中還能培養學生良好的人際交往能力與良好的心理素質。但是不同的內容培養學生的合作精神的可能性是不一樣的。對于一些探究性比較強的內容,比如電力中左手定律與右手定律這塊內容,可以讓他們通過實驗與課本閱讀,加強互相切磋來學習,這中間的合作精神培養就比較有利。對于有些知識性比較強,而實踐與合作因素相對不強的內容,則不必強求合作討論,否則就會東施效顰,給人“兩張皮”的感覺。
尋水的魚范文5
[關鍵詞]循環冷卻水;處理;控制;節約
中圖分類號:TQ085.4 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)30-0125-02
1 引言
化工、電力等行業涉及的水換熱裝置種類多,數量大,為了有效節約水資源,普遍采用循環水作為熱交換介質。在工業循環水系統的設計過程中,貫徹節能措施,開展節能設計,降低循環水系統的電耗、水耗,將有利于控制整個系統的能耗,對于節能減排具有積極的意義,但是對于成型已經使用的的循環水系統,節能改造限制較多。在循環水的使用過程中,往往發生系統腐蝕、結垢情況,此外由于長期循環使用,如控制不當,生物粘泥衍生、菌藻類滋生過多,還易造成換熱器堵塞,惡化水質,長期運行下,縮短設備使用壽命,影響正常生產。為減少此類危害,使系統安全可靠地運行,國內外采取投加緩蝕阻垢劑及殺菌處理方式,防止運行中出現的系統腐蝕、結垢情況。本文根據某循環冷卻水系統的現有工況,探討在不改變工藝運行的情況下,應采取的管理態度及探索合理的運行控制方式,以及出現特殊情況時的應對措施。
2 參照系統概況
循環水系統為敞開式,設計循環水量20000m3/h。循環水設計給水壓力≥0.4MPa、溫度32℃,回水壓力≥0.2MPa、溫度42℃。
循環水處理工藝操作控制,根據循環水水質標準、補充水水質指標、濃縮倍數、熱交換設備對污垢熱阻值和腐蝕率的要求,保證水質符合要求,滿足生產用水需要,同時還要考慮到保護環境、節約用水用電、效益最大化。
2.1 循環水系統裝置關系
循環冷卻水系統劃分為1個主流程和旁路水處理系統、加藥系統、殺菌處理、監測換熱系統共4個相關系統,4個相關系統即為循環冷卻水處理內容。參見圖1。
2.2 循環水系統主流程
原水由原水或煤矸水給水管道進入吸水池,通過循環水泵加壓后進入循環冷卻給水管道,供應工藝裝置區冷卻用水。循環冷卻回水通過循環水回水管道大部分上冷卻塔均勻分布于填料層,在填料中自上而下經過空氣冷卻降溫約10℃后匯集塔底集水池,另一路經旁濾器處理后回流到吸水池,再經循環水泵送往用戶,如此不斷循環。
由于循環水系統本身的排污、蒸發、風吹、滲漏損失,由原水或煤矸水進行補充。保證吸水池液位正常。
為了保證冷卻水水質穩定,減輕循環水系統熱交換設備的結垢與腐蝕,循環水系統設置了投加緩蝕阻垢劑裝置,向循環水中連續投加緩蝕阻垢劑。為了防止循環水系統菌藻類的滋生,對循環水每天投加氧化性殺菌劑,定期投加非氧化性殺菌劑,兩者交替使用。
為減少水資源的浪費,系統采用循環水排污作為二次水再利用,循環水排水經過二次水過濾器處理后進入二次水池,由二次水加壓泵送往其它用戶。
3 節能減排控制
3.1 濃縮倍數控制
濃縮倍數是循環冷卻水的含鹽濃度與補充水的含鹽濃度之比值,是衡量水質好壞的一項重要指標。敞開式循環冷卻水系統在運行過程中有蒸發、風吹、滲漏、排污四種水量損失,這四種水量損失的總和由原水補給。系統運行平衡時,補充水帶入系統的鹽量等于損失水量帶出系統的鹽量,蒸發損失并不帶走鹽量,即:
為了控制結垢,應使循環冷卻水的碳酸鹽硬度小于極限碳酸鹽硬度。當補充水的含鹽濃度不變,如果不加限制地降低濃縮倍數即通過增加排污水量和補充水量的方式降低循環冷卻水的含鹽濃度,雖然可以有效地控制結垢,但水處理藥劑的效能得不到充分發揮,同時增加了原水消耗及排污量,相當于多項消耗費用同時支出,是極不經濟和合理的運行方式。
濃縮倍數過高,水的結垢傾向會增大,結垢控制及腐蝕控制的難度會增加,水處理藥劑在水中存留時間長會失效,不利于微生物的控制,故循環水的濃縮倍數要有一個合理的控制指標。
以循環冷卻水量10000m3/h、水溫差10℃為基準,在濃縮倍數為1.5~10.0的范圍,分別計算系統的排污水量、補充水量,詳見表1。
濃縮倍數在1.5~3.0的范圍,排污水量、補充水量的減少趨勢明顯,而在3.0~10.0的范圍則不明顯??梢?,適當提高濃縮倍數,可以降低排污水量、補充水量。但是,如果過高地提高濃縮倍數(≥4),不僅節水效果有限,而且使循環冷卻水的硬度、堿度、氯離子(Cl-)的濃度過高,水的結垢傾向大大增加,腐蝕性大為增強,極大地提高了水質穩定處理的難度,阻垢緩蝕劑的投加量亦很大。綜合考慮,濃縮倍數最合理取值在3.0左右。依據補水水質情況,選用90%以上濃度的工業硫酸作為降低濃縮倍數提高時,降低其堿度的操作方式。
這需要平時及時掌握濃縮倍數,不斷調整補充水量,控制好硫酸的投加。由于旁濾器為重力無閥過濾器,可自動反洗,所以無需對循環水系統經常進行強制排污,如果工藝控制得當,可極大節約多方面消耗費用。
3.2 旁路水處理系統
循環冷卻水在循環過程中,由于受到污染(如空氣帶入的灰塵、粉塵等懸浮固體物,換熱設備的滲漏而帶入的污染物如油及其它雜質)使水質不斷惡化,另外,由于水質的濃縮而引起某一項或幾項成份超出允許值。對循環回水分流出的旁路水進行相應處理,可以維持水質指標在允許范圍之內。旁路水處理還可以適當降低對補充水水質的要求,減少排污和補充水量,從而保護環境、節約用水。旁流水處理的目的是保持循環冷卻水水質,使系統在滿足濃縮倍數的條件下有效、經濟地運行。
本系統對于旁路水處理是利用16個重力無閥過濾器,除去水中懸浮物及個別雜質。
該過濾器在運行中雖然具有操作簡單,自動反洗的優點,但運行幾年后,如不經常維護,不定期強制反洗,粘泥與濾料日積月累互相包裹,當發現設備自動反洗頻次增加或反洗后不能停止的狀況時,再進行強制反洗已于事無補了,這時應安排檢修設備,清洗濾料才能解決問題,不緊影響到循環水系統的水質,也增加了檢修費用和不必要的排污損失。對此應確定強制反洗的頻次,在原始開車時就應累計運行經驗,并適時調整強制反洗的周期,同時及時處理設備設施暴露出的問題,保證設備設施運行良好。
3.3 加藥系統
為了控制循環冷卻水流經的管道、換熱設備的結垢、腐蝕,應對循環冷卻水投加阻垢緩蝕劑。
為了保證循環水系統控制指標值穩定,系統采用計量泵連續投加的方式,只需調整計量泵沖程控制加藥量,藥劑加入到集水池底。
系統運行過程中的風吹損失、排污損失均會帶走部分藥劑,而進入系統的補充水不含藥劑。因此,應不斷向循環冷卻水中投加藥劑,使藥劑濃度相對恒定。由于阻垢緩蝕劑黏度大,需要對其用水稀釋,濃度過大,極易造成水質指標上下浮動大,濃度過小,緊急情況下不能滿足水質指標控制要求??傊?,水質指標不管發生什么形式的變化,藥劑的消耗量都會增加,維持指標穩定,不僅要保證水量平衡,還要保證藥劑投加量穩定。在長期的運行中,總結出的藥劑濃度稀釋比,不能隨意更改,以免造成工藝控制指標不穩,不僅增加了人員操作頻次,增加藥劑消耗量,還會影響到生產系統換熱設備安全穩定運行。這需要我們的操作人員做到精心操作,關注水質控制指標的變化情況,適當調整,力使各方面工作協調平衡。
為阻擋大體積的雜質吸入循環水泵,影響循環水泵的安全運行,堵塞換熱設備,集水池與吸水池之間設立了隔網,當雜物多到一定程度阻擋水流,集水池的水將不能順利流入吸水池,一方面使格網兩面水位落差大,給人以吸水池液位低,需增加補水量的假象,另一方面,當落差達到極限時,水將由吸水池溢流口流出,加入集水池的藥劑還未進入吸水池進行循環就已從溢流口排出。所以應定時觀測隔柵兩面水位落差,及時清理第一道隔網,減少藥劑浪費和原水消耗。
同時還應觀察格網上雜質的成分,追蹤雜質的來源。如果都是藻類成片脫落造成,就應當適當增加殺菌劑投加量,抑制藻類滋生帶來類似問題。其次是周圍環境的影響,保持環境清潔,以免大風將質量輕的物品吹到水池內。因為人為因素和設計問題造成的,如周圍種植闊葉型樹木,大風將樹葉吹落到水池內造成格網和換熱設備堵塞,應及時將樹木更替為針葉型數目,例如松樹,不僅美化環境,還不會對循環水系統造成影響。填料破碎成片脫落造成格網堵塞,應及時檢查冷卻塔填料損失情況,進行修補,保證冷卻塔換熱效率。
3.4 殺菌處理
控制敞開式循環冷卻水系統的菌藻繁殖,是循環冷卻水處理的重要內容。藻類通常在冷卻塔和冷卻塔集水池受陽光照射的地方大量繁殖,并附著于塔體和池壁上,干擾空氣和水的流動,降低冷卻效率。脫落的藻類進入管道而沉積,附著在熱交換設備器壁上形成污垢,降低傳熱效率,增加水頭損失。同時,藻類是細菌的食物,促使細菌繁殖,加劇腐蝕過程,危害很大。
用三氯異氰尿酸殺菌,能夠與較多阻垢、緩蝕劑配合使用,彼此干擾少,殺菌效果好,一般采用直接投加至冷卻塔集水池與吸水池之間水流速較快的過水廊道。
三氯異氰尿酸呈白色塊劑,在水中逐漸溶解,將有效氯釋放至水中,為連續殺菌方式,余氯量最佳控制值為0.2~1.0mg/L。余氯量小于0.2mg/L,投加量增加,操作管理困難,而且降低了殺滅菌藻的效果,這時應充分考慮兩方面因素,藥劑投加量少,或是由于水中還原性物質干擾,應改變使用非氧化性殺菌劑進行滅藻處理。余氯量大于0.5mg/L,雖然增加了耗氯量,卻并沒有明顯提高殺滅菌藻的效果,而且會加劇金屬點腐蝕。
所以依據質量分析的余氯值,調整三氯異氰尿酸的投加量或改變投加藥劑的種類。殺菌效果的好壞直接關系到循環水在系統中的停留時間和使用效率。
3.5 系統監測
為了及時了解循環冷卻水處理的水質狀況和效果,設置水質監測項目,詳見表2。
水質指標分析值可以間接反應已出現工藝問題或設備問題,通過它為我們指導操作,如工藝上調整供水平衡、藥劑投加量平衡等,確定設備上需要檢修的內容,使各指標值趨于一種平穩的狀態,保證水質穩定。
為了解循環冷卻水對換熱設備的不良影響,檢驗循環冷卻水處理效果,設置具有模擬功能的監測換熱設備,可以在熱流密度、壁溫、材質、流速、流態、水溫等方面進行與實際換熱設備極為接近或相同的模擬。
由于循環冷卻水的水質直接影響換熱設備的換熱效率、換熱設備和管道的腐蝕,也影響系統的維修周期、能耗等諸多方面,因此,監測換熱設備具有特別重要的意義。它可以直觀地反映水質的實際狀況,可以對循環冷卻水系統的管理做到有據可查,可以迅速發現系統的異常,為及時處理贏得時間。
所以,應定期分析監測換熱設備內放置的碳鋼、不銹鋼、銅材質掛片和換熱管的腐蝕速率,觀測結垢情況,準確把握循環冷卻水系統的腐蝕、結垢趨勢。
4 結論
綜上所述,循環水的運行要達到高效運行,關鍵在于找出工藝運行的最佳方案,依靠人員認真務實、精心操作的工作態度,嚴格控制水質指標,不但能夠節省水、藥劑、設備檢修等方面的資金費用,同時也能夠節省人力,一定程度上降低了人員操作頻繁而造成的事故風險率。
參考文獻
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尋水的魚范文6
關鍵詞:循環水處理 工業 化學離子
【Abstract】 The cooling system is one of the main application system of industrial cooling system, the main function is carried out on the water cycle, achieve the purpose of saving the water resource effectively, however, industrial water contains many substances, including by suspended matter and sediment, soluble, unsolvable, chemical ion, etc., of which there are a lot of uncertainty, thus effectively the case for processing, is related to the content of the key research in the field.The article analyze the current status of industrial circulating water in the treatment, to improve the concentration ratio to reduce corrosion, reduce hydrating and position, for the purpose of the way of effective processing mechanism and treatment.
在工業生產過程中,冷熱的溫度交換是其中十分重要的一道工作程序,在這一環節當中,要考慮到其中含有的物理性能和化學性能。在該項工作程序當中,對生產中使用到的設備以及產品進行及時有效的冷卻是十分重要的工作環節,它對設備生產過程中的工作效率有著直接性的影響,工業循環水是主要的冷卻方式,因此,工業循環水需要具有一定的工作要求,為了更好的滿足工業生產中對工業循環水的要求,對循環水進行有效的處理就是該階段工作內容的重點。
一、當前工業循環水的處理現狀
1.國內外處理現狀
早在上個世紀的初期,采用循環水進行冷卻的方式已經在國外出現,然而由于諸多條件的限制,采用的處理方式也存在諸多問題,而我國于上世紀的末期才將該項技術引入中國,到目前為止,該項技術已經得到了飛速的發展,近些年,全球對工業循環水的處理整體有效概率提高了5%左右,使用的相關處理劑也增長不少,甚至諸多處理劑已經變成規?;约皣H化的產品,而我國對處理劑的進出口量也在不斷的增加。
2.主要處理方式
當前對工業循環水進行處理的主要方式可以分為兩種,一種是物理方式處理,另一種是化學方式處理。物理處理方式主要是通過對其中應用到的材料進行有效的分析,并且通過對溫度、壓強、能量等進行改變,從而提高材料的抗結垢、抗腐蝕能力;化學處理方式主要是通過對化學藥物的使用,對工業循環水中存在的諸多不穩定性物質進行直接處理,從而達到阻垢、緩蝕的作用,同時有效的減少正常工作中的補水量和排水量[1]。
二、處理機理與方式
1.工業循環水的處理機理
由于工業循環水中存在諸多不同的不穩定物質,這些物質的性質不同,因此對循環水會造成不同程度的多方面影響,對其開展有效的處理工作,才可以保證工業生產中的正常工作效率以及工作質量,一般情況下,對工業循環水進行處理時,主要針對兩個方面:阻垢和緩蝕。
1.1阻垢
水中存在諸多具有微溶性的鹽類物質,這些物質在加熱之后會不斷沉積,最終形成的物質為水垢,水垢是工業循環水中最為常見的一種物質,經常會導致出現嚴重的結垢情況,因此,有效的阻垢是主要的處理工作之一。對其進行處理的過程中,主要采用的方式為添加阻垢劑,在循環水中添加一定量的阻垢劑,可以有效的維持循環水中的致垢離子濃度,產生水垢就會遭受到抑制作用,提高了濃縮倍數,從而降低循環水系統的補水量和排污量。在水垢當中有大量的結晶,這些結晶中包含有大量的碳酸鈣,碳酸鈣所結成的結晶十分堅硬,并且致密,對其進行溶解的過程中,需要選擇可加大其中鈣鹽溶解度的試劑,進一步抑制水垢的結成。
1.2緩蝕
緩蝕與阻垢的機理相同,所采用的緩蝕試劑需要具有經濟實用以及環保的作用,在緩蝕處理方面,主要采用的緩蝕試劑為有機化學試劑,例如:鉻酸緩蝕劑、鑰酸鹽緩蝕劑、鋅鹽緩蝕劑、磷酸鹽緩蝕劑、聚磷酸鹽緩蝕劑等,這些試劑能夠在金屬表面形成基礎性的保護膜,減少具有腐蝕性的物質對金屬進行腐蝕,然而這些試劑的價格都較高,需要的成本較高,鋅鹽緩蝕劑的成本價格較低,卻具有毒性,因此,該方面試劑還有待進一步研究[2]。
2.工業循環水的處理方式
有效的物理處理方式和化學處理方式是工業循環水的主要處理方式,兩種不同的處理方式都有自身特有的優勢和劣勢。
2.1物理方式
膜處理法:該種方式主要是通過對特殊性薄膜進行充分的利用,對循環水中指定的成分進行有效的選擇性透過,在這種處理方法中還包含了另外兩種處理方法,分別為納濾處理法和反滲透處理法。納濾處理法是目前發展最迅速的一種處理方式,該項技術的滲透作用更大,選擇和過濾的處理技術與處理工藝也更先進;反滲透處理法就是給工業循環水進行一定程度的施壓,使得循環水在壓力作用之下進入到水的分離階段,通過對其進行分離來達到最終處理目的,這種方式還可以對循環水起到凈化的作用。除此之外,還有對陰極的有效保護,一般采用的方式都是直流電,在直流電的作用下,讓離子將其中的介質聚集到金屬的四周,并對金屬進行有效的保護,金屬會在負電荷的作用下進行正負離子的移位,從而起到保護的作用,這種方式大大降低使用學藥劑可能出現的問題。
2.2化學方式
化學試劑中主要采用的一種試劑是殺生劑,該試劑主要的作用就是對循環水當中存在的諸多不同種類的微生物進行有效的處理,一般可以采用氧化以及非氧化的方式起到殺菌作用,氧化方式采用的試劑一般有次氯酸鹽、氯、臭氧等,其中的氯由于殺菌能力強、使用形式方便以及價格低的特點,一般是工業循環水處理的首選的化學處理方式,O3則是有無污染的優點。而非氧化方式主要就是通過改變液體中的酸堿度來達到最終目的。除此之外,還有的方式就是復合形式處理劑,這種處理試劑將充分發揮出循環水中的緩蝕和阻垢作用,從而整體提高處理時的效果,不僅可以減少微生物的腐蝕和粘連情況,還可以提高循環水當中的鋅成分穩定性[3]。
三、結束語
目前,隨著我國科學技術的飛速發展,我國的工業循環水處理技術也得到了有效的提升,諸多相關方面的研究中都先后提出不同的有效處理方式,從而提高自身所具有的優勢,從根本上提升循環水的重復利用概率,這樣不僅可以提高相關方面的工作效率,同時還可以為相關企業節約成本資金。
參考文獻
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