混凝斜管沉淀池的優(yōu)化研究與應(yīng)用

羅瑞 ，馬耀東，李軍濤，馬紹斌，梁新亞，崔寧利，孫尚龍

(甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司，甘肅 華亭 744100)

0 引言

混凝斜管沉淀池是污水回用裝置常見(jiàn)的預(yù)處理系統(tǒng)，是一種用于對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理的構(gòu)筑物，其作用是在混凝池的進(jìn)水口投加混凝劑聚合氯化鋁PAC和絮凝劑聚丙烯酰胺PAM等藥劑，進(jìn)行混凝反應(yīng)，然后進(jìn)入斜管沉淀池中去除污水中的懸浮物和膠體，通過(guò)排泥管道排出產(chǎn)生的污泥。如果混凝池在日常運(yùn)行中存在廢水停留時(shí)間短、水流速度快、混凝反應(yīng)不充分等問(wèn)題，容易造成斜管沉淀池內(nèi)出現(xiàn)絮凝物或者污泥上浮的情況，出水水質(zhì)懸浮物增加，進(jìn)入后續(xù)的過(guò)濾器和超濾膜處理設(shè)備，直觀表現(xiàn)為進(jìn)出水壓差增大、產(chǎn)水量快速下降，運(yùn)行周期縮短。因此，斜管沉淀池的出水水質(zhì)至關(guān)重要，決定了超濾系統(tǒng)運(yùn)行情況的好壞。

1 研究與應(yīng)用

1.1 原因分析

混凝池設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為250 m3/h，實(shí)際運(yùn)行中處理水量不足200 m3/h。日常運(yùn)行中出現(xiàn)水力停留時(shí)間短、水流速度快、與藥劑混凝反應(yīng)不充分等問(wèn)題，容易造成斜管沉淀池內(nèi)出現(xiàn)絮凝物或者污泥上浮的情況?；炷惫艹恋沓剡M(jìn)出水流程示意圖如圖1所示?；炷卦O(shè)計(jì)為長(zhǎng)6.1 m、寬2.3 m、深6 m，有兩堵隔墻，隔墻間距約2 m、距離池體邊緣0.7 m。進(jìn)入混凝池的污水為曲弦形水平流動(dòng)，混凝池原設(shè)計(jì)水流方向示意圖如圖2所示。

圖1 混凝斜管沉淀池進(jìn)出水流程示意圖

圖2 混凝池原設(shè)計(jì)水流方向示意圖

1.2 混凝效果的影響因素

在化工廢水處理過(guò)程中，存在很多影響混凝效果的因素。主要可分為廢水中的含硫化合物、油分、溫度、污泥活性、氣化廢水PAM添加量等。而廢水溫度的影響最為關(guān)鍵，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)影響混凝劑在水中的堿度及起化學(xué)反應(yīng)的速度，因金屬鹽類(lèi)水解是吸熱反應(yīng)，溫度過(guò)低將在很大程度上降低混凝效果。

(2)影響礬花的形成。水溫低于20 ℃時(shí)，絮凝體形成過(guò)程緩慢，抱團(tuán)性差，絮凝團(tuán)較小。

(3)影響脫穩(wěn)膠粒相互凝聚，水溫低于15 ℃時(shí)，廢水表面張力變大，不利于金屬鹽類(lèi)脫穩(wěn)膠。

1.3 流程簡(jiǎn)述

污水處理裝置出水首先進(jìn)入污水回用裝置的調(diào)節(jié)池(V=921 m3)，安裝有一臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)作為池內(nèi)空氣攪拌裝置，使來(lái)水充分混合均勻，進(jìn)行水質(zhì)和水量的調(diào)整，然后由調(diào)節(jié)池提升泵(共三臺(tái)，2開(kāi)1備)輸送至氧化池。氧化池入口處投加雙氧水、硫酸亞鐵和硫酸，進(jìn)一步去除COD，氧化池的出水重力自流至混凝池。在混凝池進(jìn)口處，投加PAC、PAM、液堿、并根據(jù)水中鈣離子的多少，投加石灰乳?；炷氐某鏊M(jìn)入斜管沉淀池，進(jìn)一步去除水中的懸浮物和部分硅酸鹽等。斜管池出水濁度要求小于5 NTU，斜管池的配水槽處加入硫酸，以保證斜管池出水pH在7.0～8.0之間。斜管池出水進(jìn)入中間水池1(V=614 m3)，由中間水池1提升泵(共三臺(tái)，2開(kāi)1備)送入多介質(zhì)過(guò)濾器(共9臺(tái))，進(jìn)一步去除水中的懸浮物。多介質(zhì)過(guò)濾器的出水濁度小于3 NTU，進(jìn)入自清洗過(guò)濾器，過(guò)濾精度為100 μm，大通量過(guò)濾器，過(guò)濾精度為75 μm。大通量過(guò)濾器的出水進(jìn)入超濾裝置，超濾出水濁度要求小于 0.5 NTU，超濾裝置的出水進(jìn)入中間水池2(V=600 m3)，由中間水池2提升泵(共三臺(tái)，2開(kāi)1備)送入保安過(guò)濾器。出水經(jīng)反滲透高壓泵提升壓力然后進(jìn)入反滲透裝置，反滲透的產(chǎn)水進(jìn)入回用水池(V=708 m3)，由回用水泵送至循環(huán)水崗位回用(共三臺(tái)，2開(kāi)1備)，同時(shí)反滲透裝置產(chǎn)生的濃水，進(jìn)入濃水池(V=647 m3)，由濃水提升泵送至水解池。水解池的出水進(jìn)入一級(jí)生化池和二級(jí)生化池，進(jìn)一步去除水中的COD和氨氮，生化池的出水進(jìn)入二沉池。二沉池入口投加PAM，去除懸浮物，二沉池出水進(jìn)入接觸池(V=490 m3)。接觸池的入口投加雙氧水，接觸池出水由接觸池提升泵送至泡沫過(guò)濾器去除懸浮物后達(dá)標(biāo)排放。整套裝置產(chǎn)生的污泥來(lái)自斜管沉淀池和二沉池排泥，由污泥處理系統(tǒng)板框式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理后，送至污泥間存放。

1.4 研究過(guò)程

(1)對(duì)混凝池內(nèi)原設(shè)計(jì)的兩堵隔墻進(jìn)行改造，并對(duì)加藥點(diǎn)進(jìn)行改造。使加入混凝池內(nèi)的絮凝劑與廢水充分混合，加快廢水中的懸浮顆粒的絮凝時(shí)間，提高絮凝體的沉降性能，達(dá)到絮凝的效果[1]。合理選定和優(yōu)化混凝工藝，不僅會(huì)提高出水水質(zhì)，還能達(dá)到節(jié)能、降耗及提高運(yùn)行效率的目的。

(2)在斜管沉淀池的排泥管線(xiàn)上增加管道混合器和PAM絮凝劑加藥點(diǎn)，對(duì)排出的污泥進(jìn)行濃縮處理。將污泥池上清液返回混凝池，濃縮后的污泥經(jīng)污泥螺桿泵輸送入板框壓濾機(jī)，提高污泥壓濾效率。選用陰離子PAM和陽(yáng)離子PAM按照1‰的濃度分別配制為溶液，在兩個(gè)燒杯里取斜管沉淀池排泥樣各200 mL，分別投加陰離子PAM和陽(yáng)離子PAM，PAM溶液投加量每次增加1 mL，投加完攪拌30 s后沉淀5 min，投加到4 mL以上時(shí)污泥出現(xiàn)明顯的泥水分界線(xiàn)，污泥沉降后絮體顆粒體積變大，投加到6 mL時(shí)，沉降效果最好，且陰離子PAM的沉降效果比陽(yáng)離子PAM更好。在200 mL的斜管沉淀池排泥樣中投加1‰濃度的陰離子PAM，投加的最佳劑量為6 mL。投加PAM達(dá)到最佳劑量后，絮凝體形態(tài)分布均勻。實(shí)踐證明，PAM對(duì)污泥的絮凝脫水在于改變污泥顆粒結(jié)構(gòu)，破壞膠體穩(wěn)定性。

1.5 改造與應(yīng)用

(1)采用豎向流翻騰式混凝池的原理，將污水回用裝置原設(shè)計(jì)曲弦形水平向流動(dòng)的混凝池改為豎向流翻騰式混凝池，曲弦形水平流向變?yōu)樨Q向翻騰流動(dòng)和水平流動(dòng)結(jié)合的流向，水流的路徑延長(zhǎng)至少20 m，增加廢水停留時(shí)間，減緩水流速度，使混凝反應(yīng)更充分[2-3]。采用厚度10 mm的鋼板制作混凝池隔板，將混凝池第一個(gè)隔墻底部留出高1 m、寬0.7 m的口，上部全部封堵，使進(jìn)入混凝池的水流從第一隔墻的底部進(jìn)入第二隔墻；將第二個(gè)隔墻下部全部封堵，頂部留出高1 m、寬0.7 m的口，使進(jìn)入第二隔墻的水流從頂部流出。

(2)將原設(shè)計(jì)在混凝池第二隔墻內(nèi)投加的聚合氯化鋁PAC改為第一隔墻的進(jìn)水口投加聚合氯化鋁，混凝池第一隔墻內(nèi)水流豎向向下流動(dòng)進(jìn)入第二隔墻，第二隔墻內(nèi)水流豎向向上流動(dòng)進(jìn)入出水口。同時(shí)在第二隔墻內(nèi)投加陰離子聚丙烯酰胺PAM，經(jīng)過(guò)出水口流入斜管沉淀池。改造后的混凝沉淀池水流方向示意圖如圖3所示。

圖3 改造后的混凝沉淀池水流方向示意圖

(3)混凝池底部原有的排泥管和排泥方式不變。在排泥總管上增加自制的管道混合器，投加陰離子聚丙烯酰胺?；炷恋沓孛看闻拍鄷r(shí)在管道混合器加藥口投加陰離子聚丙烯酰胺，污泥池內(nèi)可形成大量的上清液，將上清液返回系統(tǒng)后，可有效節(jié)約污泥池容積，同時(shí)濃縮后的污泥更容易被壓濾機(jī)脫水處理。

2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 混凝反應(yīng)更充分，得到較好的出水水質(zhì)

將原曲弦形水平流動(dòng)的混凝池改為豎向翻騰式流動(dòng)的混凝池。水流的流向發(fā)生改變，路徑延長(zhǎng)增加水流停留時(shí)間，減緩水流速度。豎向翻騰流動(dòng)增加顆粒碰撞，使混凝反應(yīng)更充分，以便得到較好的出水水質(zhì)。

2.2 修舊利廢，節(jié)省機(jī)械攪拌設(shè)備，改造效果明顯

利用原有混凝池池體節(jié)省土建工程施工，同時(shí)節(jié)省機(jī)械攪拌設(shè)備。由于混合采用流體上下翻騰使藥劑與水的混合更加充分，不用管道混合器等反應(yīng)設(shè)備，水流到達(dá)混凝池出水口時(shí)形成的礬花絮體較大，在斜管沉淀池中更容易沉降。混凝斜管沉淀池的排泥量滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行，保證了斜管沉淀池長(zhǎng)周期運(yùn)行，避免出現(xiàn)絮凝物或者污泥上浮的情況。使處理水量由原來(lái)的200 m3/h增加到400 m3/h時(shí)仍能保持較好的出水水質(zhì)，能更好的適應(yīng)廢水水質(zhì)變化，改造效果明顯。

3 經(jīng)濟(jì)效益

3.1 減少大通量過(guò)濾器濾芯消耗量，確保后續(xù)超濾和反滲透膜系統(tǒng)正常運(yùn)行

2021年6月改造前407裝置斜管沉淀池的出水濁度平均值為4.47 NTU，小于5 NTU的合格率為69.62%，改造后斜管沉淀池的出水濁度平均值為2.67 NTU，小于5 NTU的合格率為96.5%，改造前后效果對(duì)比如表1所示。污水回用裝置預(yù)處理系統(tǒng)出水濁度長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)＜5 NTU，控制在3 NTU以?xún)?nèi)。減少大通量過(guò)濾器濾芯更換頻率及消耗量，消耗量同比減少20%以上，確保后續(xù)超濾和反滲透膜系統(tǒng)正常運(yùn)行。

表1 斜板沉淀池改造前后效果對(duì)比

3.2 節(jié)省藥劑，處理水量增加

技術(shù)改造前由于污泥上浮、出水濁度高等原因斜管沉淀池運(yùn)行周期短，單套斜管沉淀池處理水量約150～200 m3/h，單套混凝斜管沉淀池的混凝劑PAC消耗量為0.13 kg/t污水。改造后單套混凝斜管沉淀池處理水量約250～300 m3/h，混凝劑PAC消耗量為0.07 kg/t污水，節(jié)省藥劑，同時(shí)增加了處理水量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上研究與應(yīng)用，完成了混凝斜管沉淀池的優(yōu)化。斜管沉淀池排出的污泥經(jīng)過(guò)PAM濃縮后，板框式壓濾機(jī)進(jìn)泥時(shí)間縮短，提高了污泥壓濾效率。此外，解決了混凝斜管沉淀池停留時(shí)間短、水流速度快、混凝反應(yīng)不充分、污泥上浮運(yùn)行周期短等問(wèn)題，使處理水量由原來(lái)的200 m3/h增加到400 m3/h時(shí)仍能保持較好的出水水質(zhì)，能更好地適應(yīng)廢水水質(zhì)變化，改造效果明顯。并為污水回用裝置提高回用水量奠定基礎(chǔ)，達(dá)到了污水預(yù)處理構(gòu)筑物的效果。