沉淀池出水中重介質(zhì)粉殘余量檢測(cè)的創(chuàng)新實(shí)踐

賈伯林　楊志宏

【摘 要】在水處理的混凝沉淀過程中加入惰性重介質(zhì)粉微粒以加速混凝和沉淀過程的重介質(zhì)混凝沉淀新技術(shù)正被越來越多的技術(shù)人員所接受，并開始應(yīng)用于一些污水處理工程，特別是提標(biāo)改造工程。重介質(zhì)微粒具有粒徑小、密度高、流動(dòng)性差等特性，使得該技術(shù)應(yīng)用之初不可避免地遇到了一些問題。對(duì)沉淀池出水中重介質(zhì)粉殘余量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以有效指導(dǎo)重介質(zhì)混凝沉淀系統(tǒng)的工藝運(yùn)行（加藥量控制、運(yùn)行負(fù)荷控制），并避免對(duì)后道工序的不良影響。文章介紹了實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)沉淀池出水中重介質(zhì)粉殘余量檢測(cè)的創(chuàng)新解決方案。

【關(guān)鍵詞】重介質(zhì)；磁鐵礦粉；混凝沉淀；磁混凝；總磷；深度處理；殘余；檢測(cè)

1 重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)背景

傳統(tǒng)的混凝沉淀過程，是指水處理過程中在混凝劑（PAC、PAM）的作用下，水中不易沉淀的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚成絮凝體，然后沉淀下來以分離除去的水處理方法。重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)是指近年來正迅速得到發(fā)展的一種快速混凝沉淀新技術(shù)，這種技術(shù)由于其較小的土地占用面積、高效的除磷除SS和除COD效果，正逐步被越來越多的設(shè)計(jì)院、用戶所接受。該技術(shù)在一定水力學(xué)條件下在常規(guī)投加混凝劑的同時(shí)投加微米級(jí)的惰性高密度軟磁性微顆粒（即重介質(zhì)粉）作為絮凝體的核以強(qiáng)化混凝沉淀效果，這樣一方面可以使絮體更容易形成，另一方面使得在混凝沉淀池中形成的絮體濃度更大、密度更大而沉降更快。為了減少水處理過程中產(chǎn)生的污泥量，并盡量降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，重介質(zhì)絮體在沉淀池中沉淀下來后，經(jīng)過污泥回流泵輸送到解絮機(jī)，再通過重介質(zhì)粉回收機(jī)對(duì)解絮后的重介質(zhì)粉進(jìn)行回收，并循環(huán)使用。圖1為PWT-DLCSTM重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)示意圖。

重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)比傳統(tǒng)的混凝沉淀技術(shù)擁有突出的優(yōu)點(diǎn)，研究和運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：該水處理技術(shù)沉降速度快，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，處理效果好，總停留時(shí)間為20～30min，沉淀池表面負(fù)荷率可達(dá)20～60m3/m2h， SS、TP去除率可達(dá)85～99%，對(duì)COD去除率視其親疏水性差異可達(dá)20～80%，土地占地面積比傳統(tǒng)混凝沉淀工藝節(jié)省達(dá)20%以上，混凝劑投加量降低20%以上。目前，國(guó)內(nèi)重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)設(shè)備、材料、工藝等方面的專利已數(shù)以百計(jì)；正在設(shè)計(jì)、建設(shè)或已經(jīng)建成且處理規(guī)模超過10000m3/d的重介質(zhì)混凝沉淀水處理項(xiàng)目也已超過20個(gè)，如淮安某污水處理廠（上海市政院設(shè)計(jì)，80000m3/d）等，由華北市政院作為主編的工程建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《重介質(zhì)混凝沉淀水處理技術(shù)規(guī)程》也已正式立項(xiàng)，并在緊鑼密鼓地編寫之中。

由于重介質(zhì)粉的投加，重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中擁有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也帶來了大量的技術(shù)難點(diǎn)、問題。比如，重介質(zhì)粉在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)過程中很難保證其粒徑分布完全滿足水處理工藝的要求，水處理過程中，重介質(zhì)粉的粒徑不能過大或過小，過小粒徑的重介質(zhì)粉極容易隨水漂到后道工序，長(zhǎng)期積累會(huì)嚴(yán)重影響后道工序設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而過大粒徑的重介質(zhì)粉則沉降速度過快，很容易堆積在混凝池底且增加攪拌機(jī)的負(fù)荷、增加回流泵和管路的磨損。目前，市場(chǎng)上鮮有相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)來經(jīng)濟(jì)、有效地檢測(cè)沉淀池出水中殘余的重介質(zhì)粉的含量情況，無法準(zhǔn)確表征重介質(zhì)粉微粒隨水流漂到后道工序的程度和狀況以便指導(dǎo)工藝設(shè)備的運(yùn)行。

2 沉淀池出水中殘余重介質(zhì)粉的檢測(cè)難點(diǎn)

所謂重介質(zhì)，指的是密度大于水。目前重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)的研究學(xué)者和污水處理廠用戶正廣泛采用的重介質(zhì)粉其主要成分是磁鐵礦粉（四氧化三鐵，F(xiàn)e3O4），真密度5.0g/cm3左右，黑色，粒徑5～250微米。因此，該技術(shù)有時(shí)候也被稱為磁混凝沉淀技術(shù)，所用的重介質(zhì)粉也常被稱作磁粉或磁種。

實(shí)際應(yīng)用中，重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，通過工藝控制，絕大多數(shù)重介質(zhì)絮體都在沉淀池底部沉淀了下來，能夠隨水流上升到沉淀池上表面出水堰板的位置并漂流到后道工序的重介質(zhì)粉相對(duì)而言是細(xì)之又細(xì)、少之又少。但該技術(shù)畢竟是剛剛開始推廣的新技術(shù)，此前很少有人關(guān)注到沉淀池出水中殘余重介質(zhì)粉對(duì)后道工序的影響，更沒有專門的、有效的測(cè)量?jī)x器、設(shè)備或手段對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和表征。

重介質(zhì)粉在被投加到反應(yīng)池后，在混凝劑的作用下，正常情況下會(huì)與水中的膠體和細(xì)微懸浮物（污泥等）凝聚成絮凝體，而重介質(zhì)粉是該絮體的核。

在實(shí)驗(yàn)室燒杯試驗(yàn)中，重介質(zhì)粉絮體會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)迅速沉淀下來，但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于沉淀池都是上向流設(shè)計(jì)，向上的水流會(huì)對(duì)下降中的重介質(zhì)粉絮體產(chǎn)生比燒杯試驗(yàn)中大得多的浮力，從而一方面會(huì)延長(zhǎng)重介質(zhì)粉絮體的沉淀速度，另一方面，當(dāng)水流速度足夠大時(shí)，絮體的重力小于水對(duì)絮體的浮力，重介質(zhì)粉絮體就會(huì)不但無法沉降，反而會(huì)隨水漂流向沉淀池的后道工序。當(dāng)重介質(zhì)粉粒徑分布過寬時(shí)，過小粒徑的重介質(zhì)粉形成的絮體更容易隨水漂走。

另一種情形則是，當(dāng)水體中與重介質(zhì)粉一同加入的混凝劑藥量不足，抑或重介質(zhì)粉被過量投加，抑或絮凝反應(yīng)時(shí)間因各種原因而不足，使部分重介質(zhì)粉在進(jìn)入沉淀池時(shí)沒有充分形成或根本就沒有形成絮體，而上向水流速度又足夠大時(shí)，重介質(zhì)粉的重力小于水流對(duì)其的浮力，重介質(zhì)粉也會(huì)像絮體一樣漂流向沉淀池的后道工序。

不管是否形成了絮體，沉淀池出水中殘余的、漂向后道工序的重介質(zhì)粉（或其絮體）在日積月累之下都會(huì)對(duì)后道工序（如反硝化深床濾池、濾布濾池及相關(guān)管道、閥門等）產(chǎn)生一定程度的不利影響，并可能會(huì)給后道工序帶來磨損、堵塞等一系列的問題，因此，必須采取措施對(duì)沉淀池出水中殘留的重介質(zhì)粉含量進(jìn)行有效檢測(cè)，以便指導(dǎo)重介質(zhì)粉和混凝劑的投加（投加量）、控制系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷（進(jìn)水流量等）等工作。

基于上述情形，可見，沉淀池的末端出水中殘余重介質(zhì)粉的檢測(cè)難點(diǎn)在于：重介質(zhì)粉及其絮體密度大、粒徑極小且粒徑分布范圍寬、顆粒外形不一致、流動(dòng)性差、在水中處于紊流狀態(tài)且分布不均勻、水中含量較低、重介質(zhì)粉與重介質(zhì)粉絮體混雜存在等。

在線顆粒計(jì)數(shù)儀，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)水中顆粒粒徑為1～750微米的固體顆粒，是最接近對(duì)沉淀池出水中殘余重介質(zhì)粉進(jìn)行檢測(cè)需求的儀器，但基于下列原因，該儀器很難在重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)中推廣使用：（1）顆粒計(jì)數(shù)儀的設(shè)計(jì)是用于清水環(huán)境，而目前為止，重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)大多數(shù)用于污水處理廠，沉淀池的出水水質(zhì)難以滿足儀器的要求；（2）顆粒計(jì)數(shù)儀一般是光學(xué)分析原理，檢測(cè)到的其實(shí)是通過光學(xué)傳感器瞬時(shí)的、近似的顆粒外形尺寸和數(shù)量，而重介質(zhì)微粒是不規(guī)則的固體顆粒，不是單一外形的固體顆粒，僅僅有各個(gè)粒徑區(qū)間的顆粒數(shù)量還不足以充分表征重介質(zhì)粉的殘余量；（3）顆粒計(jì)數(shù)儀不能區(qū)分顆粒是重介質(zhì)粉固體顆粒還是重介質(zhì)粉絮體顆粒，不同性質(zhì)的顆粒其質(zhì)量差異較大；（4）顆粒計(jì)數(shù)儀的水樣流速較低，通常設(shè)置為100～300ml/min，由于密度大、粒徑小、流動(dòng)性差的固有特點(diǎn)，重介質(zhì)粉或其絮體在取樣管路中極容易堵塞，儀器無法穩(wěn)定運(yùn)行；（5）重介質(zhì)粉在工業(yè)化生產(chǎn)過程中粒徑的分布較寬，顆粒計(jì)數(shù)儀提供的粒徑分布區(qū)間通道數(shù)量有限，無法充分滿足重介質(zhì)粉粒徑的不同分布區(qū)間和同一區(qū)間的數(shù)量范圍。endprint

3 重介質(zhì)粉檢測(cè)的創(chuàng)新方法

實(shí)際上，作為重介質(zhì)粉主要成分的磁鐵礦粉這種材料本身并不具有磁性，只是在外加磁場(chǎng)的作用下才會(huì)被吸引才會(huì)有磁性，外加磁場(chǎng)一旦被撤去，磁鐵礦粉隨之又失去磁性，因此，重介質(zhì)粉是一種軟磁性材料，實(shí)際應(yīng)用中重介質(zhì)混凝沉淀技術(shù)也正是利用重介質(zhì)粉的這一軟磁特性通過外加強(qiáng)磁場(chǎng)的方式（永磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)）對(duì)重介質(zhì)粉進(jìn)行回收、循環(huán)使用的。

同樣，對(duì)沉淀池出水中殘余的重介質(zhì)粉進(jìn)行檢測(cè)，也可以創(chuàng)新地利用重介質(zhì)粉這一軟磁特性。

如圖2所示是一種檢測(cè)水中重介質(zhì)粉含量的取樣器的示意圖，該取樣器利用永磁鐵對(duì)重介質(zhì)粉的吸附作用來獲取固定容積內(nèi)水中的重介質(zhì)粉，原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本低廉，可以非常輕松、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)對(duì)沉淀池出水中殘余的重介質(zhì)粉含量情況進(jìn)行取樣，并根據(jù)取樣結(jié)果方便地計(jì)算出重介質(zhì)粉殘余量的情況。該取樣器的主要部件包括：取樣艙、滑柱、永磁鐵塊、止滑塊、減震塊、把手等，取樣艙為底端敞口的圓柱狀殼體，殼體的上端均勻開設(shè)有若干排氣孔，滑柱中空且內(nèi)置可上下滑動(dòng)的永磁鐵塊，滑柱上下端各設(shè)置減震塊，永磁鐵塊上下滑動(dòng)時(shí)可以得到緩沖保護(hù)；滑柱上端的外側(cè)套接鐵質(zhì)止滑塊，用于臨時(shí)阻止永磁鐵塊在滑柱內(nèi)滑動(dòng)；滑柱的上端設(shè)置有把手，以方便攜帶、操作和取樣。永磁鐵塊在滑柱的空腔內(nèi)滑行的最低點(diǎn)為取樣艙的中間位置。

使用該取樣器進(jìn)行檢測(cè)的方法包括以下步驟：（1）將取樣器放入沉淀池內(nèi)，使取樣艙上端與沉淀池內(nèi)的水面在同一水平面上（或水平面下某段距離），（2）快速晃動(dòng)止滑塊，使永磁鐵塊滑到滑柱的底部，取樣艙內(nèi)的重介質(zhì)粉被永磁鐵吸引，取樣開始，取樣時(shí)間為3～30s；（3）將取樣器從沉淀池中取出，將取樣器倒置或側(cè)向晃動(dòng)，使永磁鐵塊滑動(dòng)到滑柱的上端位置，止滑塊將永磁鐵塊吸住；（4）用清水將被吸附在滑柱表面的重介質(zhì)粉及其絮體從滑柱上沖落到燒杯中；（5）將燒杯中的重介質(zhì)粉收集起來，并用烘干機(jī)烘干，烘干溫度為80～110℃；（6）稱量烘干后的重介質(zhì)粉；（7）計(jì)算水中重介質(zhì)粉含量：取樣獲得的重介質(zhì)粉的質(zhì)量為m，取樣艙的體積為v，則沉淀池出水中殘余的重介質(zhì)粉的含量為p=m/v。

重復(fù)上述方法，可以取樣分析水面至水下任意深度重介質(zhì)粉的含量情況。

4 結(jié)論

隨著技術(shù)的進(jìn)步，新工藝、新設(shè)備不斷快速涌現(xiàn)，根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的特性和工藝條件，檢測(cè)方法和手段也應(yīng)該不斷創(chuàng)新，這樣才能更好地為工藝服務(wù)，促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣海，安琳，歐芳.磁混凝沉淀技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2012，1：108-113.endprint