切割砂漿回收工業(yè)廢水處理絮凝沉淀裝置研究及應(yīng)用

李軍濤，王杰，徐元清

（河南新大新材料股份有限公司，河南開封475000）

太陽能晶硅片切割砂漿回收時(shí)，需要進(jìn)行固液分離和化學(xué)提純等處理，該過程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，該類廢水中含有大量的固體懸浮物，必須對(duì)其進(jìn)行有效的處理，去除水中的污染物，避免污染環(huán)境。通過沉淀池沉淀和過濾，可濾除一部分固體懸浮物，但廢水中SS（固體懸浮物含量）值依舊較高，必須通過絮凝沉淀處理，向廢水中加入一定量的絮凝藥劑，使廢水中分散的固體懸浮物，在絮凝劑架橋及網(wǎng)捕吸附的作用下脫穩(wěn)凝聚形成沉淀，去除廢水中的細(xì)小懸浮物粒子[1]。不同的絮凝沉淀裝置對(duì)水體中懸浮物的絮凝沉淀效果影響較大，因此對(duì)于工業(yè)廢水處理，其絮凝沉淀裝置就顯得尤為重要。

1 絮凝沉淀裝置的種類

絮凝沉淀裝置自19世紀(jì)初在歐美和日本等國(guó)開始出現(xiàn)并發(fā)展起來。我國(guó)在絮凝沉淀裝置技術(shù)上也取得的了一定的進(jìn)展，種類有很多，目前使用較多的主要有以下幾種：隔板絮凝反應(yīng)池、折板絮凝反應(yīng)池、網(wǎng)格絮凝池和機(jī)械反應(yīng)絮凝池。

1.1 隔板絮凝反應(yīng)池

在絮凝沉淀池內(nèi)設(shè)有許多隔板，構(gòu)成一道道的廊道，廊道的寬度和深度根據(jù)絮凝體聚集結(jié)大小要求的不同而定，水流在隔板間的拐彎和速度變化，通過流體流動(dòng)的能量消耗，促使水中固體懸浮物顆粒在混合階段脫穩(wěn)，經(jīng)初步聚集的微絮粒相互接觸碰撞，逐步形成能滿足沉降分離要求的較大絮體，是應(yīng)用歷史較久，目前常見的一種絮凝沉淀裝置。但隔板間廊道往往建造復(fù)雜且難以控制水流，無法適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，水量過小時(shí)隔板間距過窄，不利于管理及維修，當(dāng)水量變大時(shí)，隔板絮凝反應(yīng)池水利條件不夠理想，絮凝效果不穩(wěn)定[2]。另外水流在經(jīng)過隔板端面時(shí)，在廊道頭部形成了一個(gè)較大范圍的死水區(qū)，使得廊道頭部及附近區(qū)域的絮凝效果受到影響，造成水頭損失較大需要較長(zhǎng)的絮凝時(shí)間。且水流在隔板廊道間轉(zhuǎn)彎流動(dòng)時(shí)，速度以離散方式變小，無法平穩(wěn)地過渡，使得絮體容易破碎，難以進(jìn)行后續(xù)的沉淀，造成絮凝后期配水出水不均勻。

1.2 折板絮凝反應(yīng)池

運(yùn)用折板縮放或轉(zhuǎn)彎造成的水體邊界層分離現(xiàn)象所產(chǎn)生的池壁紊流耗能方式，利用紊流機(jī)構(gòu)形成的水力噴射、細(xì)小渦旋紊動(dòng)、角隅渦流等綜合效應(yīng)，水體在絮凝池不同折板間分別產(chǎn)生縮放流動(dòng)、曲折流動(dòng)和直線流動(dòng)，可以顯著增加水流相對(duì)運(yùn)動(dòng)，縮短廢水絮凝時(shí)間，提高絮凝體沉降性能[3]。折板絮凝反應(yīng)池提高了池體的容積利用率和能量利用率，有效改善了水流中速度梯度的分布情況，絮凝效果好，絮凝時(shí)間短，水頭損失小。但折板的安裝和維修比較困難，水質(zhì)水量變化幅度較大時(shí)，折板布局的絮凝沉淀池絮凝效果較差。

1.3 網(wǎng)格絮凝池

以工程塑料、木材或鋼材制作成與水體中懸浮物顆粒相匹配的網(wǎng)格，大量的網(wǎng)格分段水平安裝于豎直池體中，水流向池體流動(dòng)時(shí)，通過網(wǎng)格產(chǎn)生縮放作用形成渦旋，利用由渦旋運(yùn)動(dòng)引起的能量擴(kuò)散作用，與池壁多次碰撞，促進(jìn)水流中形成眾多微小卷動(dòng)，使得懸浮顆粒碰撞聚集并以圓周形式運(yùn)動(dòng)接觸結(jié)合[4]。這種網(wǎng)格形成的低流速的渦旋運(yùn)動(dòng)便于節(jié)約水流能量，降低水頭損失、縮短混凝反應(yīng)時(shí)間。形成的絮體更為密實(shí)，便于后續(xù)的絮凝沉淀分離處理。但網(wǎng)格大小需與水體中懸浮物顆粒相匹配，網(wǎng)格過大，縮放作用不明顯，渦旋??；網(wǎng)格過小，易堵塞網(wǎng)孔，難以適應(yīng)水質(zhì)的變化，且網(wǎng)格末端池體易發(fā)生積泥現(xiàn)象。

1.4 機(jī)械反應(yīng)絮凝池

將多個(gè)單獨(dú)的絮凝池串聯(lián)起來，每個(gè)絮凝池內(nèi)部設(shè)有機(jī)械攪拌器對(duì)水流進(jìn)行攪拌混合。調(diào)節(jié)機(jī)械攪拌軸轉(zhuǎn)速至適宜范圍內(nèi)，就可在不同水流量時(shí)也達(dá)到較好的絮凝效果?？煽氐臄嚢鑿?qiáng)度使得水體在流量高、紊流密度強(qiáng)時(shí)，只要外加較小的機(jī)械攪拌強(qiáng)度，就能產(chǎn)生較多的微小渦旋，促使水體中懸浮顆粒有效地碰撞，進(jìn)而達(dá)到較好的絮凝效果，而當(dāng)流量低時(shí)適當(dāng)?shù)卦龃髷嚢栎S轉(zhuǎn)速也能有效提高廢水絮凝效果[5]。它可以根據(jù)水量、水質(zhì)的變化隨時(shí)調(diào)節(jié)各個(gè)絮凝池的攪拌強(qiáng)度，使其獲得最佳絮凝效果，具有絮凝效率高的特點(diǎn)，可適用于各種規(guī)模的水處理廠。但絮凝出水不均勻容易積泥。

2 目前存在的問題

不同的絮凝沉淀裝置對(duì)工業(yè)廢水中固體懸浮物的絮凝沉淀效果影響較大，傳統(tǒng)的絮凝沉淀裝置工藝技術(shù)落后，存在諸多的缺陷，難以適應(yīng)切割砂漿工業(yè)固體懸浮物多、易積泥、水質(zhì)水量變化大的特點(diǎn)以及現(xiàn)代廢水處理發(fā)展的要求。目前絮凝沉淀裝置存在的問題主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 水力水頭損失較大

傳統(tǒng)的絮凝沉淀裝置因水流條件不理想，動(dòng)能有效利用率低，造成能量中的大部分成為無效消耗，從而延長(zhǎng)了絮凝時(shí)間，增大了池體容積。尤其在轉(zhuǎn)彎處，水流流速離散減少，無法平穩(wěn)過渡，造成水頭損失較大，急劇的水頭損失形成的不均勻速度梯度分布，造成絮凝初始階段速度梯度過小，達(dá)不到高效的顆粒碰撞，絮凝末段速度梯度過高，顆粒撞擊過大，造成絮體破碎，不利于絮體的形成，影響絮凝沉淀效果。

2.2 不能適應(yīng)廢水水質(zhì)水量的變化

水質(zhì)水量的變化，對(duì)折板絮凝池的水力停留時(shí)間以及折板間水流速度帶來較大影響，難以和絮凝池體各部分功效相匹配，造成絮凝沉淀池利用率下降。水體流量小時(shí)，水流速度低，降低了顆粒碰撞接觸絮凝效果，水體流量大時(shí)，絮凝池內(nèi)水流紊動(dòng)過激，造成絮體易破碎。這些變化對(duì)絮粒的生成均帶來一定影響，造成絮凝沉淀池阻塞，影響了工業(yè)廢水的絮凝沉淀處理，造成處理水量下降。

2.3 絮凝出水口易積泥、出水不均勻

水體在絮凝池內(nèi)流動(dòng)時(shí)，絮凝顆粒的生成、絮凝沉淀裝置的阻尼作用產(chǎn)生的流速突變，以及絮凝沉淀末段絮粒的沉降作用，均會(huì)造成轉(zhuǎn)彎處和絮凝末段出口處容易產(chǎn)生積泥，阻塞水流通道，出水流量難以分配均勻，影響后繼絮凝沉淀處理，造成絮凝沉淀效率下降、處理水量減少，對(duì)工業(yè)廢水處理生產(chǎn)運(yùn)行造成影響。

3 解決措施

絮凝池整體布局及其結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生不同的絮凝水力條件，對(duì)絮凝效果有很大的影響。為解決傳統(tǒng)絮凝沉淀裝置存在的問題，消除對(duì)工業(yè)廢水絮凝沉淀帶來的不利影響，開發(fā)設(shè)計(jì)新型絮凝沉淀裝置，使其水頭損失小，能夠適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，出水分配均勻并且消除絮凝出口積泥的現(xiàn)象。其裝置基本構(gòu)造如圖1所示。

分別在絮凝池a和絮凝池b中安裝可調(diào)式強(qiáng)力混合攪拌裝置，攪拌器的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，對(duì)水體混合的強(qiáng)度可控制。攪拌強(qiáng)度根據(jù)水體的水質(zhì)水量情況調(diào)節(jié)。攪拌強(qiáng)度不足，難以引起顆粒的充分碰撞，使得所形成的絮體大而松散，絮體內(nèi)更容易包裹微小氣泡，不利于絮體的沉降，固體懸浮物去除率較差。攪拌強(qiáng)度過大，引起的較大剪切力會(huì)引起絮體的破碎，進(jìn)而影響絮體的凝聚和沉降。

廢水進(jìn)入絮凝池a后，水體中的固體懸浮物在可調(diào)式強(qiáng)力混合攪拌裝置的作用下，與投加的絮凝藥劑迅速均勻地混合，然后經(jīng)絮凝池連通孔進(jìn)入絮凝池b，通過攪拌器繼續(xù)與投加的絮凝藥劑混合。絮凝池連通孔與絮凝出水口呈交錯(cuò)分布，在池體攪拌裝置的作用下，充分利用水力分布，使投加的絮凝藥劑與工業(yè)廢水能夠混合得更加均勻，改善水流渦流擾動(dòng)狀態(tài)和速度梯度，減少水頭損失，適應(yīng)不同時(shí)期水體水質(zhì)水量的變化。

通過在絮凝出水口處增設(shè)曝氣室，通過室內(nèi)曝氣管的均勻曝氣，防止絮凝顆粒在出水口處沉降形成積泥，阻塞水流通道。同時(shí)通過絮凝出水導(dǎo)流墻均勻分布的墻孔，使得廢水經(jīng)絮凝處理后出水流量均勻分配流出，保證工業(yè)廢水絮凝處理效果，提高絮凝處理效率，確保污水處理系統(tǒng)平穩(wěn)、高效運(yùn)行，可有效應(yīng)用于切割砂漿回收工業(yè)廢水處理。

4 結(jié)論

雖然工業(yè)廢水絮凝沉淀方式有很多，但大多存在著一定的局限性，因此開發(fā)設(shè)計(jì)新的絮凝沉淀裝置，適應(yīng)不同工況下的要求，提高絮凝處理水量和絮凝效果，成為絮凝沉淀工藝技術(shù)的研究方向。

新型絮凝沉淀裝置構(gòu)造改善了工業(yè)廢水水體水力條件，彌補(bǔ)了水體能量輸入不足的缺陷，能夠適應(yīng)水質(zhì)水量的變化，減少水頭損失，防止絮凝出水口積泥，出水分配均勻。

新型絮凝沉淀裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單實(shí)用，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于推動(dòng)絮凝技術(shù)的研究具有一定的參考價(jià)值。

[1]李燕城.水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1989：64-82.

[2]詹詠，王惠民，唐洪武，等.隔板絮凝池水流結(jié)構(gòu)對(duì)水質(zhì)濁度影響的探討[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，9(5)：88-91.

[3]龐維海，高乃云，秦祖群，等.折板絮凝池結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)行水量變化的適應(yīng)性研究[J].給水排水，2008(2)：11-14.

[4]崔福義，徐勇鵬，赫俊國(guó)，等.南方低濁高藻水的網(wǎng)格絮凝工藝優(yōu)化[J].中國(guó)給水排水，2004(2)：8-11.

[5]黃繼華，方永輝，程霄，等.微渦流絮凝/斜管沉淀技術(shù)用于機(jī)械攪拌澄清池改造[J].中國(guó)給水排水，2009(20)：77-78