湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流改造

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流改造

華能玉環(huán)電廠 龐勝林 曹士海 何高祥

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池是新型的混凝澄清一體化設備，在近十年中應用廣泛。作者提出了在湍流凝聚接觸絮凝沉淀池上實施大流量污泥回流改造來解決翻池問題，一年運行中，反應沉淀池產水小于3NTU的保證了達95%。

海水；混凝；澄清；沉淀；污泥；回流

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池是一種新型的混凝澄清一體化設備，在近十年中應用廣泛。此反應沉淀池是建立在迷宮混凝平流斜板沉淀池的基礎上的，由于專利的原因，迷宮反應區(qū)內安裝的塑料折板有幾種形式，但基本原理都屬于湍流凝聚。

華能玉環(huán)電廠34560t/d的膜法海水淡化混凝澄清工藝采用了此類沉淀池，混凝澄清工藝流圖見圖1所示。

原海水從凝汽器前后各引一路進入1600t的海水原水池，經提升泵在列管式靜態(tài)混合器中加入混凝劑FeCl3后，進入湍流凝聚接觸絮凝沉淀池。玉環(huán)電廠的海淡采用“短流程”設計，沉淀池產水自流到浸沒式超濾的膜池里，無不合格水外排口。

玉環(huán)電廠在實際運行中，沉淀池存在周期性嚴重翻池現(xiàn)象，攜帶混凝絮體的高濁度海水直接污堵了后續(xù)的超濾，影響了超濾的產能，頻繁的化學清洗也加速了超濾的性能衰減。

圖1 混凝澄清工藝流程

1 湍流凝聚接觸絮凝沉淀池

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池是基于湍流微渦旋離心慣性效應理論，是從亞微觀尺度對絮凝動力學研究的結論。玉環(huán)電廠的沉淀池平面如圖2所示。

沉淀池高6.00m，地面布置，鋼筋混凝土結構。按功能分為3區(qū)域，湍流凝聚區(qū)、過渡段及接觸絮凝沉淀澄清區(qū)。湍流凝聚區(qū)如圖分成三排，共25個方格，11-8-6布置，方格的橫截面積逐漸增大，內置不同尺寸的塑料折板。過渡段和接觸絮凝澄清沉淀區(qū)之間為穿孔花墻，澄清沉淀區(qū)從泥斗上沿到集水槽開孔深度為4320mm。1300 t/h出力時，澄清區(qū)表面負荷為7.47 m3/m2·h。

湍流凝聚區(qū)是此沉淀池的核心技術。各方格中安裝的塑料折板改變水流的方向，形成不同大小的漩渦為凝聚提供能量。湍流凝聚區(qū)第一格和沉淀區(qū)集水槽開孔之間的水位差提供了整個沉淀池的能量，也決定了沉淀池的產能。

2 原海水波動與沉淀池翻池及影響

玉環(huán)電廠位于浙東南玉環(huán)島西側、樂清灣的東岸。潮汐屬典型的半日潮，樂清灣是一南北向的封閉海灣，大潮時超差在6.5m以上。玉環(huán)電廠循環(huán)水取、排水在同一海灣，采取深取淺排的方式。取水口位于-15.6m等深線附近，排水口均設置在-5m等深線附近。

燃煤火力發(fā)電廠負荷波動較大，如圖3為一臺1000MW超超臨界機組24小時負荷典型變化曲線。

機組負荷在24小時內一般在上午和下午兩個波峰，凌晨、中午下班及下午下班后三個波谷，負荷在500-1000MW間波動，循環(huán)水排水溫度波動近4℃，如圖4循環(huán)水排水溫度。

圖2 沉淀池平面圖

圖3 機組負荷一天變化曲線

機組負荷波動及潮汐變化疊加影響了反應沉淀池的進水水質，導致沉淀池翻池。機組負荷變化和潮汐變化的周期不同、幅度不同導致問題更加復雜，趨于無解。

玉環(huán)電廠后續(xù)超濾工藝采用了浸沒式負壓驅動膜元件，最大跨膜壓差為0.057 MPa，而一般的壓力膜元件的跨膜壓差可達0.2MPa，驅動力約是浸沒式膜元件的4倍。由于翻池引起的超濾污堵，不僅影響超濾的壽命、增加化學清洗藥耗還限制了整套海水淡化的產能，成為海水淡化的瓶頸。

3 污泥回流及污泥回流改造

污泥回流是機械攪拌澄清池、水力循環(huán)澄清池及高密度澄清池等池型的核心技術。這類泥渣循環(huán)型澄清池是目前應用較廣的一類澄清池。

機械攪拌澄清池的污泥回流通過其攪拌葉輪實現(xiàn)，回流量一般為進水的2-4倍。水力循環(huán)澄清池在大型項目中應用較少，這兩個池子為泥渣內循環(huán)。

高密度澄清池是專利池型，其泥渣取自沉淀澄清區(qū)下部經刮泥耙預濃縮的污泥，污泥密度比機械循環(huán)澄清池循環(huán)的泥渣密度大，需專用的隔膜泵或螺桿泵實現(xiàn)泥渣循環(huán)，屬于泥渣外循環(huán)，優(yōu)點是泥渣循環(huán)前可做進一步處理。

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池污泥采用泥斗濃縮，壓力排放，采用小阻力排泥管，一般定期排泥。玉環(huán)項目為1500×1500×730錐形泥斗，每個泥斗的排泥管DN50，最多8個泥斗和DN200排泥母管組成小阻力排泥系統(tǒng)。玉環(huán)項目每個沉淀池有15根排泥管，在三個區(qū)域按3-2-10分布。

為解決湍流凝聚接觸絮凝沉淀池翻池這一看似無解的問題，玉環(huán)電廠提出并實施了“湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流”技術方案。改造前單根排泥管如圖5。

實施后沉淀池排泥系統(tǒng)圖見圖6。

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流改造主要內容如下：

（1）每根排泥母管增加DN200窺視管一段、200-200-200三通一只，DN200蝶閥一只。

（2）溫度傳感器兩個，分別安裝在來水管及過渡區(qū)。

（3）泥渣循環(huán)泵一臺，流量400-600t/h，揚程20-15m，變頻控制。

（4）電磁流量計一臺，安裝在泵的出口。

（5）相應的管系，充分考慮污泥流速，污泥循環(huán)泵入口母管不同段的管徑應不同。

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流屬于外循環(huán)系統(tǒng)，泥渣密度介于機械攪拌澄清池和高密度澄清池之間，基于泥斗預濃縮作用，污泥密度應接近高密度澄清池，系統(tǒng)預留污泥再處理接口。

圖4 機組循環(huán)水排水溫度變化

圖5 改造前排泥管

4 調試及效果

大流量污泥回流系統(tǒng)改造完畢后，進行了近3個月的調試。主要調試內容如下：

（1）確定污泥循環(huán)量。某600t/h淡水高密度澄清池配套污泥輸送泵最大出力為15t/h。玉環(huán)的硬件條件可實現(xiàn)最大600t/h的循環(huán)量。在一般潮汐條件下，澄清池出力1000t/h，400t/h的循環(huán)量，即可避免翻池。

（2）各排泥管循環(huán)量分配。湍流凝聚接觸絮凝沉淀池不同排泥管污泥量及污泥密度不同，為在每根排泥管上安裝了有機玻璃窺視管段。觀察管內污泥，調整回流閥，確定回流量及是否回流此管的污泥。

（3）確定排泥時間。湍流凝聚接觸絮凝沉淀池一般采取定期排泥，實施大流量污泥回流改造后，由于沒有回流部分排泥管的污泥，污泥沉淀條件改變，需改變排泥頻率。調試經驗證明，多次少排更有利于沉淀池內的水力學條件，產水更加穩(wěn)定。連續(xù)排泥更有利于湍流凝聚接觸絮凝沉淀池運行。

#4沉淀池大流量污泥回流投運后和#2產水品質對比如圖7。

圖7實際運行的監(jiān)控曲線，其中上面一條為2號反應沉淀池產水濁度曲線，下面一條為經改造后4號池的產水濁度曲線?？梢悦黠@地看出改造效果：

改造后的4號反應沉淀池產水同2號相比，正常情況下，產水明顯優(yōu)于2號。在來水劇烈波動的情況下，4號池產水濁度上升晚，上升幅度小，恢復正?？?。一般的波動，4 號反應沉淀池產水保持穩(wěn)定。

圖6 污泥回流改造后污泥系統(tǒng)

實施大流量污泥回流改造后，除非大潮和機組負荷巨變同時發(fā)生的極端條件，反應沉淀池出水濁度能穩(wěn)定在5NTU（95%）以下。減少了近40%的混凝劑的藥耗，超濾化學清洗次數減少了近30%，節(jié)約了相應的藥品費用、人工成本及廢水處理廢水費用。

圖7 #2、#4產水品質對比

5 結論

機組負荷的變化和潮汐疊加影響了原海水溫度、濁度，造成湍流凝聚接觸絮凝沉淀池翻池，污堵后續(xù)的超濾，影響海水淡化的產能。

在湍流凝聚接觸絮凝沉淀池上實施大流量污泥回流可有效的減少翻池次數，減小產水品質波動幅度，提升產水品質。

同水質、同產能下，實施大流量污泥回流可減少近40%混凝劑藥耗。

配置了大流量污泥回流的湍流凝聚接觸絮凝沉淀池也可以作為一種新的混凝澄清一體化設備，此設備有迷宮式平流沉淀池的簡單、造價低的優(yōu)點，又有污泥循環(huán)澄清池的抗沖擊性、藥耗低的特點。沒有國外公司的專利糾紛，是預處理系統(tǒng)的一種新選擇。

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