高效澄清池在工業(yè)廢水零排放預處理工藝中的環(huán)保應用

侯燕卿 孫雪

摘 要：高效澄清池是集絮凝、混凝、反應、沉淀澄清與一體的澄清沉淀池，作為工業(yè)廢水零排放的減量化處理的預處理工藝，承擔了濃鹽水處理去除硬度和濁度的任務，對于具有一定水質(zhì)波動的工業(yè)廢水，其軟化藥劑的選取、反應pH值的控制及設(shè)計運行負荷等均對出水水質(zhì)有一定的影響。本文結(jié)合三個實際高效澄清池的設(shè)計和應用案例，并對結(jié)果進行比較分析，為同類工程的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：高效澄清池;工業(yè)廢水零排放;藥劑軟化;設(shè)計運行負荷

當前工業(yè)廢水零排放處理工藝是在技術(shù)和經(jīng)濟可行的基礎(chǔ)上，最終將水資源回收，溶解物結(jié)晶成固體，從而實現(xiàn)廢水的零排放。為降低溶解鹽結(jié)晶處理單元投資和運行的成本，零排放的處理工藝設(shè)計過程中要設(shè)置廢水減量化單元，將廢水進行高倍濃縮，從而縮小蒸發(fā)結(jié)晶裝置規(guī)模。

高效澄清池作為工業(yè)廢水零排放減量化單元的預處理工藝，通過投加石灰、純堿、鎂劑等，去除硬度的同時對重金屬、硅等有良好的去除;在反應過程中加入絮凝劑、助凝劑，還能去除廢水中的膠體、懸浮物等。通過高效澄清池的預處理出水，可有效延長后續(xù)離子交換再生周期、降低反滲透系統(tǒng)的結(jié)垢風險，以保證后續(xù)水處理單元的正常運行，特別是對膜系統(tǒng)的保護和緩沖，若能兼顧來水的緩沖將更有利于系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

高效混合澄清池主要功能區(qū)分為混合區(qū)、反應區(qū)、澄清沉淀區(qū)、濃縮區(qū)、泥渣回流系統(tǒng)和剩余泥渣排放系統(tǒng)。廢水水經(jīng)過凝聚池后進入在絮凝池，要進行多個步驟：加入氫氧化鈉或石灰調(diào)高pH，根據(jù)水質(zhì)需要設(shè)置加入純堿，從而使來水中Ca2+、Mg2+分別與OH-、CO32-離子發(fā)生反應生成的CaCO3和Mg（OH）2沉降;之后加入陰離子助凝劑將微絮凝顆粒轉(zhuǎn)化為大而致密的顆粒，使之易于在澄清沉淀區(qū)沉淀。在澄清沉淀區(qū)，大多數(shù)絮凝物直接從水中分離出來，沉降到反應器較低處的濃縮部分;當水從斜板往上流時，較小的殘余絮凝物被去除，沿著斜板向下滑，也到達濃縮部分;從頂端離開斜管的澄清水一般需要設(shè)置加酸裝置將pH調(diào)節(jié)至8左右，再進入后續(xù)單元繼續(xù)處理。

高效澄清池是繼平流沉淀池、斜管沉淀池、機械加工澄清池之后的第四代集絮凝、混凝、反應、沉淀澄清與一體的澄清沉淀池，具有絮凝、沉淀效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、除硬效果好、耐沖擊等特點。故此，在近幾年的工業(yè)廢水零排放項目中，高效澄清池有著諸多的應用案例，但對于承擔除硬的高效澄清池設(shè)計參數(shù)各個有不同，運行效果也有差異。本文選取兩個工程項目中所涉及的三個高效澄清池的應用為例，分析了設(shè)計及運行情況，為同類工程的設(shè)計提供參考。

1 應用案例簡介

1.1 陜西某煤間接液化項目

陜西某煤間接液化項目排放的各股廢水分別經(jīng)污水處理裝置的預處理、生化及深度處理后進入回用水處理裝置，回用水裝置進水經(jīng)反滲透系統(tǒng)三次濃縮將量化后產(chǎn)生的濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶單元進行最終處理，實現(xiàn)了煤化工廢水的“零排放”。

回用水裝置一次濃縮減量化采用“高效澄清池+V型過濾+超濾+反滲透”組合工藝，其中高效澄清池反應區(qū)運行pH值為8.5-10.5，澄清沉淀區(qū)設(shè)計負荷約為9.2m3/m2·h，其進出水水質(zhì)見表1;二次濃縮處理的是一次反滲透濃縮后的濃水，采用“濃水高效澄清池+多介質(zhì)過濾器+濃水超濾+濃水反滲透”組合工藝，其中濃水高效澄清池反應區(qū)運行pH值為8.5-10.5，澄清沉淀區(qū)設(shè)計負荷約為8.0m3/m2·h，其進出水水質(zhì)見表2。

該項目高效澄清池共設(shè)2座，單座處理水量為800m3/h;濃水高效清池共設(shè)2座，單座處理水量為170m3/h。單套均設(shè)置混凝池、石灰投加池、絮凝池、沉淀澄清池及后混池。除硬的藥劑采用投加石灰和純堿。

1.2 陜西某煤油氣資源綜合利用項目

陜西煤油氣資源綜合利用項目循環(huán)水站排污水、污水處理站出水至回用水及濃鹽水處理站，回用水及濃鹽水站采用“高效澄清池密+V型濾池+一級弱酸樹脂+二級弱酸樹脂+超濾+反滲透”進行高倍數(shù)一次濃縮，高效澄澄清池作為除硬第一步，一級弱酸樹脂和二級弱酸樹脂分別作為除硬第二步和第三步，將廢水中的硬度幾乎全部去除，從而進行高倍濃縮;一次高倍濃縮后的濃水二次濃縮并經(jīng)納濾分鹽后蒸發(fā)結(jié)晶，最終實現(xiàn)廢水的“零排放”和部分結(jié)晶鹽資源化，其中一次高倍濃縮預處理中的高效澄清池反應區(qū)運行pH值為10.5-11.5，澄清沉淀區(qū)設(shè)計負荷約為6.5m3/m2·h，其進出水水質(zhì)見表3。

該項目高效澄清池共設(shè)4座，單座處理水量為450m3/h，單設(shè)置混凝池、絮凝池、沉淀澄清池。除硬的藥劑采用投加氫氧化鈉和純堿。

2 對比及分析

從表1、表2和表3三個表中，我們可以看出，陜西某煤間接液化項目的高效澄清池和濃水高效澄清池實際進水水質(zhì)（見表1和表2）波動比較大，設(shè)計進水水質(zhì)比實際進水水質(zhì)均有較多余量，但實際出水水質(zhì)控制的并不理想，而對于陜西某煤油氣資源綜合利用項目的高效澄清池（見表3）實際進水質(zhì)波動范圍相對較小，與設(shè)計值設(shè)計水質(zhì)較為接近，出水水質(zhì)相對穩(wěn)定，較為理想，遠優(yōu)于表1和表2所對應的高效澄清池。

2.1 除硬藥劑對出水水質(zhì)的影響

兩個工程案例中除硬選用的藥劑一個是石灰+純堿，一個是雙堿法，使用氫氧化鈉藥劑更容易調(diào)節(jié)pH值來應對水質(zhì)的波動，反應效率更高，產(chǎn)生的泥量也遠少于添加石灰所產(chǎn)生的泥量，有利于控制污泥處理和處置的投資和運行費用。

純堿的加藥余量對硬度的去除也有一定的影響，表3澄清池的出水水質(zhì)堿度高于表1和表2，即純堿加藥的余量大，導致出水中碳酸氫根含量高，但因此更有利于控制降低出水的硬度。在設(shè)置純堿加藥的余量時，需要考慮后續(xù)工藝在濃縮工程中堿度的影響，如有必要在濃縮后還需要設(shè)置去除堿度的單元，如除碳器。

2.2 反應區(qū)運行pH值對出水水質(zhì)的影響

表1和表2根據(jù)進水水質(zhì)波動，反應區(qū)運行pH值的調(diào)節(jié)范圍為8.5-10.5;表3根據(jù)進水水質(zhì)波動，反應區(qū)運行pH值的調(diào)節(jié)范圍為10.5-11.5;由氫氧化鎂和碳酸鈣的等物質(zhì)的溶度積，pH值越高，其溶解度越小，越容易促成化合反應行成固體，通過絮凝沉淀從水中去除。實際運行表明，pH在10.5-11.5的反應條件下，硬度去除效果更好。

2.3 運行負荷對出水水質(zhì)的影響

對于要求高效澄清池既除濁度又除硬的項目，其設(shè)計負荷要比只除濁的設(shè)計負荷低，而表1對應的高效澄清池的澄清沉淀區(qū)的設(shè)計負荷最高，表2其次，表3則最低，對于進水水質(zhì)則相反，也就是說，表3高效澄清池進水水質(zhì)最好，設(shè)計負荷最低，相對出水水質(zhì)最好。實際運行情況表1和表2涉及的高效澄清池運行狀況并不理想，不排除設(shè)計負荷過高的原因。

高效澄清池運行負荷低，更有利于懸浮物的沉降，如果水中的鈣鎂離子與添加的軟化藥劑反應后產(chǎn)生的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀物質(zhì)沉降不完全，會與高效澄清池出水時，為調(diào)節(jié)pH加的酸再次發(fā)生反應，從而再次溶解到水中，影響出水硬度。同時低的運行負荷低，對于進水水質(zhì)的濁度波動承受范圍更大，出水的SS低且相對穩(wěn)定。

3 結(jié)論

結(jié)合上述項目數(shù)據(jù)和分析過程，主要得到如下幾點結(jié)論：①對于工業(yè)廢水零排放中的高效澄清池的應用，在藥劑設(shè)置中，選用氫氧化鈉要比石灰更容易調(diào)節(jié)反應區(qū)的pH值，更耐進水水質(zhì)波動的沖擊，產(chǎn)泥量更少，有利于減少污泥處理和處置的投資和運行費用;但藥劑費用稍高;②軟化加藥純堿的加藥余量的控制，反應后的余量越大，更有利于水中硬度的去除;但需要結(jié)合后續(xù)工藝的設(shè)置需求，建議可考慮余量控制在400mg/L以內(nèi)（以碳酸鈣計）;③設(shè)計除硬功能的高效澄清池，澄清沉淀區(qū)的設(shè)計負荷建議設(shè)計在6-8 m3/m2·h，有利于對出水硬度和懸浮物的指標的控制和調(diào)節(jié);④反應區(qū)的pH值宜控制在10.5-11.5，pH值越高，更有利于硬度的去除。