氣浮技術(shù)在電廠凈水站排泥水中的應(yīng)用

李后森，高 歌

（銅山華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視，火電廠排泥水處理的相關(guān)研究也逐漸增多[1-3]。大力推進(jìn)火電廠凈水零排放，不僅有利于降低電廠的取水量，降低電廠的處理成本，還會(huì)為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

1 火電廠凈水站排泥水的處理現(xiàn)狀

銅山華潤電力有限公司（2×1 000 MW）火電機(jī)組，原水預(yù)處理站內(nèi)設(shè)6×1 000 m3/h平流式反應(yīng)沉淀池設(shè)施（5用1備），300 m3/h重力式空氣擦洗濾池3座（2用1備，包括一、二期化學(xué)補(bǔ)水約360 m3/h），綜合泵房1座，1 000 m3污泥沉淀池1座，加藥系統(tǒng)1套，濃縮污泥水泵房1座。凈水系統(tǒng)反應(yīng)沉淀池的排泥和重力式空氣擦洗濾池的反沖洗水通過排泥溝進(jìn)入污泥沉池，泥水的上清液回到反應(yīng)沉淀池重復(fù)使用；污泥送至廢水區(qū)域濃縮池。

圖1 改造前的原水預(yù)處理流程

預(yù)處理產(chǎn)生的廢水主要是平流反應(yīng)沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗水，其排放方式為間歇式，其排泥水量一般為總產(chǎn)水量的4%～7%[4]。在實(shí)際運(yùn)行中，平流反應(yīng)沉淀池的排泥水質(zhì)、水量會(huì)隨取水源季節(jié)性變化，且含固率相對較高；空擦濾池反沖洗排泥水的水量變化幅度較小，含固率較低，運(yùn)行中排水較少。

電廠污泥沉淀池用于收集平流反應(yīng)沉淀池排泥水和濾池反沖洗排水。有研究表明，濾池反沖洗水的含固率在0.02%～0.05%，沉淀池排泥水的含固率在0.1%～2.0%。兩者混合處理，由于濾池沖洗廢水為沖擊流量，其含固率較低，短時(shí)流量大，使得沉淀池排泥水稀釋，污泥沉淀池停留時(shí)間減少，不利于污泥濃縮。

凈水系統(tǒng)長期運(yùn)行后也暴露出一些問題，主要表現(xiàn)為：污泥沉淀池第一沉淀區(qū)中污泥沉淀在前端，無法通過底部坡度自流入泥坑，而長時(shí)間的累積導(dǎo)致過流截面變小，流量減??；污泥沉淀池污泥沉淀效果不理想，泥水分離效果差，上清液濁度高，回流到反應(yīng)沉淀池后導(dǎo)致反應(yīng)沉淀池出水水質(zhì)差。

2 工程改造方案以及實(shí)際的效果

污泥沉淀池主要接受平流反應(yīng)沉淀池的排泥水，其排泥水懸浮物高，含有大量的雜質(zhì)。排泥水為間歇排放方式，按照實(shí)際運(yùn)行情況測得平均排泥水量大約為35 m3/h。由于設(shè)計(jì)時(shí)考慮污水的零排放，其濃縮池上清液以80 m3/h量回流到沉淀池進(jìn)水口。原建1 000 m3污泥沉淀池設(shè)計(jì)尺寸為26.5 m×10.0 m×5.0 m，底部設(shè)計(jì)坡度為0.01。長時(shí)間運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，其沉淀池沉淀效果不理想，其第三廊道上清液取水口泥線隨運(yùn)行時(shí)間逐漸升高，一旦超過泵取水口后出水水質(zhì)會(huì)立即變差，達(dá)到3 000～6 000 NTU。同時(shí)，沉淀池上清液回流到平流反應(yīng)沉淀池的入口，其3 000～6 000 NTU高濁度污水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)劣于河道取水的水質(zhì)，使得化學(xué)沉淀池負(fù)荷加重，影響其出水水質(zhì)，增大化學(xué)沉淀池排泥量，造成嚴(yán)重的惡性循環(huán)。針對原水預(yù)處理出現(xiàn)的問題，本項(xiàng)目采取了以下解決方案，如圖2所示。

圖2 改造后原水預(yù)處理工藝流程

2.1 新增桁車式吸泥機(jī)

污泥沉淀池設(shè)計(jì)為平流沉淀池，桁車式吸泥機(jī)在平流沉淀池的排泥上有著運(yùn)行管理、維護(hù)方便的優(yōu)勢[5]。故在污泥沉淀池第一、二廊道，增加一臺(tái)桁車式吸泥機(jī)，通過兩臺(tái)20 m3/h的離心自吸泵在兩臺(tái)同步電機(jī)的帶動(dòng)下以1.2 m/min的前進(jìn)速度來回吸泥，啟停間隔設(shè)置時(shí)間為30 min。在池壁外設(shè)置坡度0.01的排泥槽，直接排入污泥沉淀池積泥坑。

吸泥機(jī)能有效解決平流沉淀池設(shè)計(jì)不合理的缺陷，能將池底積泥有效排入積泥坑，避免在排泥水處理過程中池體泥線增長過快。

預(yù)處理取水口采用敞開式河道取水方式，在取水過程中難免會(huì)有水生動(dòng)植物、塑料垃圾等進(jìn)入處理系統(tǒng)，致使大顆粒雜質(zhì)堵塞進(jìn)水管路，造成設(shè)備難以發(fā)揮作用。在桁車式吸泥機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，該系統(tǒng)充分考慮水體環(huán)境帶來的影響。電廠排泥水體中含有大量的大顆粒固體等雜物，泵采用潛污泵，管道閥門設(shè)置較少，有效地避免頻繁灌水和減少管道堵塞的可能，減少實(shí)際運(yùn)行管理麻煩。

2.2 新增高效溶氣氣浮

19 世紀(jì)末，壓力溶氣氣浮工藝最早用于采礦工業(yè)，20世紀(jì)20年代開始用于水處理領(lǐng)域。隨后，壓力溶氣氣浮工藝不僅廣泛用于工業(yè)水處理中，也被應(yīng)用于城市污水處理廠的污水處理以及污泥濃縮等領(lǐng)域，但其在排泥水處理中的研究較少[2]。但由于排泥水的特殊性，其主要含有膠體顆粒、泥沙、藻類和細(xì)菌等，相較城市污水處理廠的剩余污泥，因泥沙量大，其較污水處理廠的剩余污泥重，處理難度較大。

溶氣氣浮較細(xì)碎空氣氣浮而言，其具有更小的氣泡直徑，與絮體顆粒有更好的結(jié)合性，避免因上升過快而撞碎絮體，影響氣浮出水水質(zhì)。該氣浮設(shè)備的溶氣噴嘴和釋放噴嘴設(shè)計(jì)先進(jìn)，溶氣效率高達(dá)95%，其只需要較小的回流量（10%～15%），就能達(dá)到良好的處理效果。同時(shí)采用雙層結(jié)構(gòu)，占地面積更小。氣浮主體采用圓形塔式結(jié)構(gòu)，設(shè)置兩個(gè)同軸的圓筒，內(nèi)筒為接觸區(qū)，外筒和內(nèi)筒之間的區(qū)域?yàn)榉蛛x區(qū)，布水均勻不會(huì)偏流，單臺(tái)處理量可高達(dá)1 500 m3/h。同時(shí)，浮渣清理采用中心旋轉(zhuǎn)吸渣的形式，利用排渣泵進(jìn)口為負(fù)壓的特點(diǎn)，吸渣具有對水質(zhì)擾動(dòng)小的特點(diǎn)，避免浮渣反混，影響出水水質(zhì)。

為解決污泥沉淀池沉淀效果不理想、上清液濁度高的問題，該項(xiàng)目采用一套處理量為100 m3/h的加壓溶氣氣浮裝置用于污泥沉淀池上清液的回收處理。在其上清液排水泵的出口設(shè)置支路，利用舊有的250 m3/h的排水泵作為氣浮進(jìn)水提升泵。由于其排水泵為工頻泵，流量無法調(diào)節(jié)，設(shè)置回流管至提升泵取水口。

此種設(shè)計(jì)會(huì)有150 m3/h的回流水在沉淀池中回流，影響污泥沉淀池的沉淀效果，對其上清液濁度會(huì)有一定的影響。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，氣浮進(jìn)水的濁度為80～6 000 NTU，其進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大，加劇了氣浮池的處理負(fù)荷。該項(xiàng)目的高效溶氣氣浮設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 凈水站氣浮設(shè)計(jì)參數(shù)

運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)，當(dāng)凈水站的脫泥系統(tǒng)運(yùn)行良好，吸泥機(jī)和脫水的運(yùn)行狀態(tài)配合良好時(shí)，污泥沉淀池上清液在加藥并混合后的濁度能夠控制在80～200 NTU，這時(shí)氣浮進(jìn)水濁度較好，水質(zhì)透明度較好。此時(shí)控制PAM（聚丙烯酰胺）的投加量為3 mg/L，PAC（聚合氯化鋁）的投加量從0～5 mg/L逐漸增加，氣浮出水濁度變化從33.5 NTU降到16 NTU，出水澄清。從數(shù)據(jù)可以看出，在來水水質(zhì)良好且穩(wěn)定的情況下，適當(dāng)增加PAC的含量能有效降低出水的濁度。

當(dāng)凈水站運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，物質(zhì)恒算不匹配時(shí)，污泥沉淀池會(huì)出現(xiàn)積泥的情況，使得污泥沉淀池泥線逐漸升高。當(dāng)泥線達(dá)到氣浮提升泵的取水口時(shí)，進(jìn)水水質(zhì)會(huì)在1 h內(nèi)從100 NTU突然增大到6 000 NTU，使得氣浮的負(fù)荷增大。這樣會(huì)導(dǎo)致氣固比降低至設(shè)計(jì)底線，難以形成穩(wěn)定的浮渣層，致使浮渣下沉，影響出水的濁度。同時(shí)會(huì)使得溶氣回流水顆粒物增加，溶氣效果差。最終對氣浮效果造成惡性循環(huán)，氣浮池難以實(shí)現(xiàn)原有效果。運(yùn)行表明，氣浮效果影響因素的主次排序?yàn)椋汗腆w負(fù)荷＞容器水回流量＞溶氣壓力＞排泥間隔時(shí)間＞空氣量[6]。此時(shí)，適當(dāng)降低氣浮的固體負(fù)荷和水力負(fù)荷能夠穩(wěn)定出水水質(zhì)，所以運(yùn)行調(diào)整也非常重要。

3 結(jié)論

氣浮技術(shù)在電廠排泥水處理中應(yīng)用效果良好，其出水的濁度能夠穩(wěn)定控制20 mg/L以下，能直接用于電廠回用水系統(tǒng)補(bǔ)水。項(xiàng)目改造后，每年可回收利用28萬t排泥水（全年以8 000 h計(jì)），實(shí)現(xiàn)了凈水排泥水系統(tǒng)零排放。這樣不僅有效避免了直接排放造成的環(huán)境問題，還會(huì)為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。