污水回用系統(tǒng)工藝優(yōu)化及改造

劉媛媛

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇儀征 211900)

某污水處理廠主要負(fù)責(zé)處理聚酯、紡絲、瓶片、高纖、PBT、PTA生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)污水以及廠區(qū)和周邊生活區(qū)產(chǎn)生的生活污水，污水處理工藝以二級生化處理為主體，工藝設(shè)計由一級除砂、沉淀預(yù)處理和二級好氧活性污泥法/A/A/O工藝組成，污水處理場設(shè)計處理能力78 kt/d，實際污水處理量約為35 kt/d。污水處理廠現(xiàn)有水一線、水二線、水三線三條污水處理生產(chǎn)線，按照生產(chǎn)污水和生活污水的不同配比分配進水分別處理，處理后的水一線出水優(yōu)于水二線和水三線出水水質(zhì)。

1 污水處理廠污水回用情況

污水處理廠以出水水質(zhì)較好的水一線出水作為污水回用水源，選用原有閑置的一座小水廠作為污水回用處理系統(tǒng)。小水廠始建于上世紀(jì)80年代初，長期處于閑置狀態(tài)，主要處理設(shè)施包括加礬間、消毒間、一座水力循環(huán)澄清池(處理能力8 kt/d)、兩座脈沖澄清池(每座處理能力5 kt/d)、三座無閥濾池(1#和2#濾池處理能力4.8 kt/d、3#濾池處理能力8 kt/d)、兩座清水池(單池容積為1 000 m3)及泵房。

水一線出水經(jīng)外部管道輸送至污水回用處理系統(tǒng)，經(jīng)過加礬、加氯后進入水力澄清池，再流入濾池，加氯后流入清水池，最后經(jīng)現(xiàn)場泵房水泵壓力外送用戶。污水回用處理工藝流程如圖1所示。

污水回用處理系統(tǒng)制水能力為9 600 m3/d(400 m3/h)，實際污水回用量在250 m3/h左右，主要用于企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)補水、脫硫系統(tǒng)脫硫塔濾布沖洗以及高濃度生產(chǎn)污水稀釋。

圖1 污水回用處理工藝流程圖

2 存在問題分析

2.1 水質(zhì)問題

2.1.1 出水堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低

自投運開始，污水回用處理系統(tǒng)基本運行正常，水質(zhì)較為穩(wěn)定，主要水質(zhì)情況見表1。

由表1可見，污水回用處理系統(tǒng)出水13項主要水質(zhì)指標(biāo)中堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低。這在后續(xù)作為循環(huán)水系統(tǒng)補水水源時，易造成不利影響，如回用水補水比例過高，極易引起循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢傾向，故須將回用水補水比例控制在較低水平，因此將會影響污水回用節(jié)水效果。

表1 污水回用處理系統(tǒng)出水水質(zhì)統(tǒng)計表

2.1.2 水力澄清池處理低濁度水效率低

水力澄清池澄清是在池中形成活性污泥渣層，當(dāng)源水通過活性污泥層時，利用接觸絮凝原理，阻留源水中的懸浮物，使水獲得澄清[1]。由于從污水處理裝置水一線供出的源水濁度和固體懸浮物濃度(SS)較低，水力澄清池難以形成活性泥渣層，故澄清效果不佳，且抗沖擊能力差，出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)產(chǎn)能問題

污水回用處理系統(tǒng)制水能力為9 600 m3/d(400 m3/h)，產(chǎn)能偏低，如回用水質(zhì)問題得以解決，公司將進一步擴大回用水使用范圍及用途，預(yù)計使用量可達(dá)到500 m3/h左右，屆時此系統(tǒng)將不能滿足公司回用水使用需求。

3 問題解決方案及現(xiàn)場優(yōu)化改造實踐

3.1 污水回用處理系統(tǒng)水源優(yōu)化

為解決污水回用處理系統(tǒng)出水堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低問題，最初考慮通過投加石灰降低硬度，但實施起來問題較多，如投加量難以控制、人工操作工作量繁重、中和反應(yīng)池難以清理、可能產(chǎn)生次生危險廢物、現(xiàn)場環(huán)境惡劣等。

因污水回用處理系統(tǒng)的澄清池、濾池對堿度及硬度無顯著去除效果，故從水一線的進水和出水進行排查分析，最終排查分析的結(jié)果為：廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)在進行排污處理時，其置換的排污水流入廠區(qū)生活污水系統(tǒng)，造成廠區(qū)生活污水中堿度、鈣硬度及總硬度處于較高水平，進入水一線后，因水一線污水處理工藝對堿度、鈣硬度及總硬度指標(biāo)去除率有限，最終導(dǎo)致水一線出水三項指標(biāo)偏高。

在排查出原因后，制定方案進行優(yōu)化改造，因廠區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)排污水全部進廠區(qū)生活污水系統(tǒng)，因此通過對污水提升管線進行改造和管路切換，對水一線進水水源進行優(yōu)化調(diào)整，只將生活區(qū)生活污水和廠區(qū)部分生產(chǎn)污水作為水一線進水水源，確保系統(tǒng)碳源充足；廠區(qū)生活污水和剩余生產(chǎn)污水全部進入水二線及水三線進行處理，實行“分質(zhì)分線”處理，從源頭控制水一線堿度、鈣硬度及總硬度三項指標(biāo)。

3.2 污水回用處理系統(tǒng)工藝優(yōu)化改造

傳統(tǒng)水力澄清池處理低濁度水效率低以及污水回用處理系統(tǒng)產(chǎn)能偏低的問題普遍存在，目前不少澄清池都面臨老化、產(chǎn)水效率低、能耗高、出水水質(zhì)差等問題，嚴(yán)重滯后于用戶對水量和水質(zhì)的需求[2]，水力循環(huán)澄清池存在著泥渣回流量難以控制，適應(yīng)性差等缺點。因此，只有通過對現(xiàn)有污水回用處理系統(tǒng)進行工藝優(yōu)化改造，才能解決這兩項問題。

經(jīng)工藝比選及現(xiàn)場試驗研究，選擇采用高效微渦流澄清技術(shù)對水力澄清池進行改造，微渦流澄清工藝是在傳統(tǒng)水力澄清池基礎(chǔ)上，通過增設(shè)微渦流反應(yīng)器，將澄清池反應(yīng)區(qū)改造為微渦流反應(yīng)區(qū)，并在沉淀區(qū)加斜管[3]。在不改變原澄清池外形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加反應(yīng)區(qū)室，反應(yīng)區(qū)室內(nèi)放置球體填料，增加渦流反應(yīng)器以增加水流紊動，產(chǎn)生微小旋窩，強化源水中雜質(zhì)與泥渣接觸絮凝的同時，也使水中較小雜質(zhì)顆粒能相互碰撞而產(chǎn)生異向凝聚，另外，在沉淀區(qū)裝設(shè)斜管，利用淺池理論原理成倍提高沉淀效率[4]。(改造前、后澄清池剖面圖見圖2和圖3)

(1) 水力澄清池工藝優(yōu)化改造設(shè)計參數(shù)如下：

設(shè)計凈水能力： 14 400 m3/d，即 600 m3/h。

微渦流反應(yīng)體積：92 m3。

圖2 改造前澄清池剖面圖

圖3 改造后澄清池剖面圖

微渦流反應(yīng)時間：約 9.0 min。

沉淀區(qū)面積：有效面積約 80 m2。

沉淀區(qū)上升流速：約 8.3 m3/h。

出水堰堰口負(fù)荷：約 170 m3/d。

(2) 水力澄清池工藝優(yōu)化改造效果考核標(biāo)準(zhǔn)：

水力澄清池工藝優(yōu)化改造完成后，組織72 h連續(xù)運行考核，考核期間相關(guān)指標(biāo)達(dá)到以下要求：

① 產(chǎn)水量由原來9 600 m3/d(400 m3/h)提高至1.2×104～1.4×104m3/d(即500～600 m3/h)，產(chǎn)水量提高25%～50%。

② 澄清池出水濁度低于3.0 NTU。

③ 濾后水的濁度不高于1.0 NTU。

4 現(xiàn)場優(yōu)化及改造效果

4.1 水一線進水水源優(yōu)化調(diào)整效果

對水一線進水水源優(yōu)化調(diào)整后，其出水堿度、鈣硬度和總硬度指標(biāo)值顯著下降，從源頭上改善了污水回用處理系統(tǒng)的進水水質(zhì)，最終使得污水回用處理系統(tǒng)出水的堿度、鈣硬和總硬度指標(biāo)合格率從4月份改造實施完成后大幅上升，5～12月堿度、鈣硬度和總硬度指標(biāo)合格率分別達(dá)到了99.19%、95.14%和100%。(詳見圖4，7月份鈣硬指標(biāo)合格率下降主要是受回用水水源異常影響)

圖4 污水回用處理系統(tǒng)出水指標(biāo)合格率變化趨勢圖

4.2 水力澄清池改造效果

水力澄清池工藝優(yōu)化改造完成后，項目72 h連續(xù)運行情況如表2所示。

表2 考核運行流量及濁度情況

72 h考核連續(xù)運行期間，系統(tǒng)產(chǎn)水量平均達(dá)到592.5 m3/h，產(chǎn)水量提高48.13%；澄清池平均出水濁度1.6 NTU，低于3.0 NTU，濾后水的濁度0.85 NTU，低于1.0 NTU，三項考核指標(biāo)全部完成。

改造項目投運后，實際運行中現(xiàn)場生產(chǎn)操作作業(yè)量、藥劑使用量均不同程度降低。相同產(chǎn)水量時，改造后澄清池排泥周期延長，由原先 8 h排泥一次提升為 24 h排泥一次；3#重力無閥濾池反沖洗周期也相應(yīng)延長，由原先的 12 h反沖洗一次提升為 24 h反沖洗一次，每天節(jié)約反沖洗水144 m3；混凝劑投加量減少，改造前投藥量為 15.6 mg/L，改造后投藥量為 10.4 mg/L，每天節(jié)約投藥量約50 kg。

4.3 污水回用量提升效果

圖5、圖6為改造前后循環(huán)水系統(tǒng)及污水回用量對比。

圖5 改造前、后循環(huán)水系統(tǒng)回用水補水比例統(tǒng)計對比圖

圖6 改造前、后污水回用量統(tǒng)計對比圖

污水回用處理系統(tǒng)出水水質(zhì)改善后，公司多個循環(huán)水系統(tǒng)提高了回用水在循環(huán)水補水中的占比(瓶片循環(huán)水回用水比例下降是因現(xiàn)場設(shè)施故障影響了回用水正常使用)，污水回用量因此顯著增加(4月份污水回用量因PTA循環(huán)水系統(tǒng)停車檢修而減少)，生產(chǎn)水及污水外排量隨之減少，節(jié)能減排效果顯著。詳見圖5和圖6(因改造在12月完成，故只列舉了改造當(dāng)年及下一年度1-11月份數(shù)據(jù)進行對比)

5 結(jié) 語

a) 通過對污水回用處理裝置進水水源進行優(yōu)化調(diào)整，解決了污水回用處理系統(tǒng)出水堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低的問題。

b) 針對傳統(tǒng)水力循環(huán)澄清池存在的反應(yīng)時間相對較長、耗能大、抗沖擊負(fù)荷差、單池出水量小、效率相對較低等缺點，通過加設(shè)渦旋反應(yīng)器和斜管，可提高混凝效率和沉淀效果，提升系統(tǒng)出水水質(zhì)。

c) 對水力澄清池進行高效微渦流澄清技術(shù)改造后，實際運行中現(xiàn)場生產(chǎn)操作作業(yè)量、藥劑使用量均不同程度降低。

d) 通過實踐應(yīng)用，將高效微渦流澄清技術(shù)用于傳統(tǒng)水力循環(huán)澄清池的改造，在節(jié)約大量投資的前提下，可使水力循環(huán)澄清池產(chǎn)水量增加50%左右，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)更好，且回用水制水單位成本亦有所下降，這對于國內(nèi)眾多小型水廠具有一定的借鑒意義。