污水處理廠PAC 加藥系統(tǒng)問題淺析

嚴(yán)瀟南

（福建省華飛市政園林工程有限公司， 福建 莆田 351100）

污水處理領(lǐng)域發(fā)展至今， 處理工藝及技術(shù)已較為成熟［1］。 在工程應(yīng)用中， 水處理主體單元如生化池等一直倍受關(guān)注， 在實踐中積累了豐富的設(shè)計及運營經(jīng)驗， 實際運行一般較為穩(wěn)定。 而加藥裝置作為污水處理輔助單元， 受重視程度較低。 在設(shè)計過程中， 往往只對計量泵及罐體做簡單選型， 附屬設(shè)施則由設(shè)備商直接供貨。 致使運行過程中問題頻出， 如管道堵塞、 計量泵損壞等現(xiàn)象時常發(fā)生［2］。

城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)用最多的藥劑為PAC、 PAM、乙酸鈉和次氯酸鈉。 乙酸鈉易結(jié)晶、 PAM 液體粘稠度大， 都可能誘發(fā)管道堵塞； 次氯酸鈉腐蝕性強(qiáng)，對加藥裝置選型、 選材要求更苛刻。 而PAC 兼具溶解性低及腐蝕性強(qiáng)的特點， 成為加藥裝置中最容易出問題的環(huán)節(jié)。 以某24 萬m3／d 污水處理廠為例，從該廠PAC 加藥系統(tǒng)實際運行中遇到的問題出發(fā)，對PAC 加藥裝置的設(shè)計、 運行要點進(jìn)行總結(jié)， 以期為PAC 加藥系統(tǒng)的設(shè)計、 運行提供相關(guān)經(jīng)驗。

1 污水處理廠及PAC 加藥系統(tǒng)概況

某污水處理廠處理規(guī)模為24 萬m3／d， 占地面積約為13.7 萬m2， 服務(wù)面積達(dá)100 km2， 主要處理服務(wù)范圍內(nèi)的生活污水。 污水處理廠設(shè)有PAC 加藥裝置1 套， 用于高效沉淀池的PAC 投加， 投加量設(shè)計值為2 300 L／h， 預(yù)期總磷質(zhì)量濃度由1.2 mg／L 降至0.3 mg／L。

加藥裝置由2 個有效容積為57 m3的鋼砼儲藥池及1 套投加裝置構(gòu)成。 儲藥池上設(shè)立式攪拌機(jī)及超聲波液位計， 投加裝置包括3 臺機(jī)械隔膜計量泵、 管路、 閥門、 Y 型過濾器、 阻尼器、 流量計、整體支架、 電控柜等， 計量泵的流量為2 000 L／h，揚程為0.3 MPa。

2 固體和液體PAC 的選擇

目前， 設(shè)計常用的做法是采用固體PAC 加水溶解后進(jìn)行投加。 本項目亦按固體PAC 進(jìn)行設(shè)計，主要考慮處理規(guī)模較大， 采用固體PAC 方便藥劑儲存， 且縮小儲藥池占地面積。 實際運行一段時間后發(fā)現(xiàn)固體PAC 投加有如下缺點： ①增加了污水處理廠的勞動定員， 且勞動強(qiáng)度較大； ②固體藥劑拆包過程中， 難以避免編織袋碎屑掉入溶藥池中， 從而造成管道堵塞； ③儲藥、 搬藥過程對加藥間衛(wèi)生環(huán)境影響較大。 最終更改為使用PAC 原液（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）， 用槽罐車將PAC 原液運至污水處理廠， 卸入儲藥池后通過計量泵進(jìn)行投加。

在PAC 生產(chǎn)過程中首先產(chǎn)出的成品是液體PAC， 經(jīng)烘干后才制得固體PAC［3］。 因此， 僅就生產(chǎn)成本而言液體PAC 更便宜， 固體PAC 在長距離運輸時才有價格優(yōu)勢。 本項目中， 由同一供應(yīng)商提供的固體PAC（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%）和液體PAC（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）單價分別為2 600 和780元／t， 換算成同等Al2O3含量， 液體PAC 單價更便宜。 運行過程中， 固體PAC 的倉儲量更大， 一次進(jìn)貨可使用15 d 左右； 而液體PAC 采用30 t 槽罐車運輸， 一車藥劑可使用4 d。 但固體PAC 加藥需要人工進(jìn)行搬運、 起吊、 倒藥操作， 一天進(jìn)行數(shù)次且勞動強(qiáng)度較大， 采用液體PAC 幾乎不需要消耗人力。 綜合考慮， 選用液體PAC 節(jié)約人力、 衛(wèi)生條件好并且成本更低， 相比固體PAC 更有優(yōu)勢。

3 藥劑投加量

本項目在一次特殊情況下， 出現(xiàn)了藥劑投加過量而導(dǎo)致工藝失效、 出水超標(biāo)的情況。 在項目早期運行時， 高效沉淀池尚未完備， 污水超越高效沉淀池直接進(jìn)入反硝化深床濾池， PAC 投加在濾池進(jìn)水端的混合池中。 此時恰逢加藥裝置變更為使用液體PAC， 之前使用固體PAC 配置的溶液濃度較低，計量泵設(shè)置的流量較大， 改用PAC 原液后濃度較高而計量泵流量沒有相應(yīng)做出調(diào)整， 結(jié)果出水監(jiān)測儀表顯示總磷超標(biāo)。 操作人員隨之做出反應(yīng)， 進(jìn)一步增加PAC 投加量， 結(jié)果出水總磷濃度更高， 幾乎沒有去除效果， 后降低PAC 投加量至正常值， 處理效果恢復(fù)正常。 在水量為20 萬m3／d， 投加PAC 原液（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%） 300 L／h 時， 總磷質(zhì)量濃度由進(jìn)水0.7～0.8 mg／L 可降至0.1 mg／L 以下。

投加PAC 進(jìn)行除磷的原理是化學(xué)反應(yīng)及混凝沉淀。 對于混凝沉淀， 投加適量的混凝劑可使水中膠體“脫穩(wěn)”而聚集沉降， 投加藥劑過量后已經(jīng)“脫穩(wěn)”的膠體會發(fā)生“再穩(wěn)”， 從而無法沉淀得以去除［4］。 本項目在變更為使用液體PAC 時， 未同步調(diào)整計量泵的流量， 導(dǎo)致PAC 投加量過大。 且此時采用臨時工藝流程， 除磷在濾池中進(jìn)行， 其反應(yīng)時間遠(yuǎn)低于原設(shè)計高效沉淀池的反應(yīng)時間， 反應(yīng)不充分， 相當(dāng)于藥劑量更加過剩， 從而發(fā)生了“再穩(wěn)”現(xiàn)象， 造成出水總磷超標(biāo)。 因此， PAC 的投加量需控制在適當(dāng)值， 過量投加反而失去處理效果。

4 計量泵損壞的各種情況

在本項目運行過程中， PAC 加藥裝置出現(xiàn)了各種問題及故障， 其中以涉及到計量泵膜片破損導(dǎo)致計量泵損壞的情況最為嚴(yán)重， 總結(jié)為以下幾種情況。

4.1 單向閥選型問題

隔膜計量泵的進(jìn)口、 出口各帶1 個單向閥， 常用的單向閥有2 種形式： 一種靠金屬彈簧支撐實現(xiàn)止回， 一種靠塑料圓球形閥球封堵實現(xiàn)止回。 因為設(shè)計沒有明確規(guī)定， 本項目計量泵廠商選用的是帶彈簧的單向閥。 因PAC 具有一定腐蝕性， 長期運行金屬彈簧被腐蝕斷裂， 從而計量泵失去功能， 并且斷裂的彈簧進(jìn)入泵腔中， 隔膜與彈簧尖銳處摩擦導(dǎo)致其破損。 更換帶塑料閥球的單向閥后， 該問題得以解決。

4.2 PAC 稀釋倍數(shù)

對于工業(yè)品質(zhì)的PAC 藥劑， 稀釋倍數(shù)不宜過大。 本項目設(shè)計采用固體PAC（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%）配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 的溶液進(jìn)行投加， 項目初期按設(shè)計工況運行正常。 后改用液體PAC（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）稀釋投加， 1 份藥5 份水進(jìn)行配比， 按相同Al2O3含量折算相當(dāng)于固體PAC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6% 的溶液， 運行不到1 d， 管道發(fā)生嚴(yán)重堵塞， 雜質(zhì)呈褐色， 詳見圖1。

圖1 PAC 管道堵塞情況Fig. 1 Details of PAC pipe blockage

基于該現(xiàn)象， 推測主要是藥劑品質(zhì)的原因。 目前， 市場上供應(yīng)的多數(shù)PAC 藥劑是采用礦物原料制備而成［5］， 原料中除鋁元素外， 還含有其他金屬元素。 廠商為了控制成本， 簡化了除雜的工藝環(huán)節(jié)， 導(dǎo)致PAC 成品中仍有含量可觀的其他金屬離子。 在PAC 溶液濃度過低時， 溶液的pH 值也升高到一定程度， 使某些溶度積較低的金屬離子以氧化物的形式析出， 從而形成雜質(zhì)堵塞管道。 以本項目的運行情況來看， PAC 配置成溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜低于10%， 即溶液中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜低于2.7%。

4.3 缺少維護(hù)

即便設(shè)備選型、 選材合理， 且沒有錯誤操作，若缺乏定期維護(hù)， 也可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。 在項目運行初期， 計量泵進(jìn)口的Y 型過濾器發(fā)生堵塞， 致使出流量減小， 此時操作人員不對Y 型過濾器進(jìn)行清洗， 反而調(diào)高計量泵的沖程來增大流量， 使計量泵一直處于高壓下運行， 結(jié)果計量泵膜片破損。從現(xiàn)場運行經(jīng)驗來看， Y 型過濾器3 d 清洗1 次，PAC 管路1 周沖洗1 次， 可較好地避免故障發(fā)生。

4.4 運行壓力過大

因為本項目規(guī)模較大， 廠區(qū)占地面積大， 加藥管線相對一般項目更長， 導(dǎo)致PAC 計量泵正常狀態(tài)下運行壓力比一般項目大。 大多污水處理廠計量泵運行壓力在0.1 MPa 左右， 而本項目PAC 計量泵運行壓力在0.2 MPa 左右， 最高達(dá)0.22 MPa。 雖然計量泵選型的揚程為0.3 MPa， 但因為更換了非原廠生產(chǎn)的隔膜， 長期接近滿負(fù)荷運行的情況下，隔膜仍出現(xiàn)破損。

對于該情況， 采取了2 種解決辦法， 均取得了不錯的效果。 一種方法是將原有的機(jī)械隔膜計量泵改為液壓隔膜計量泵， 液壓隔膜泵更適應(yīng)壓力高的場合， 隔膜耐久性更好。 另一種方法是采用磁力泵， 因精度原因磁力泵雖較少用來投加藥劑， 但其防腐性能優(yōu)秀且本身屬于離心泵， 即使發(fā)生堵塞，泵本體很少出現(xiàn)損壞。 在本項目中采用調(diào)節(jié)閥門開度配合電磁流量計的方法控制加藥量， 使磁力泵取得了良好的運行效果。

5 運行中的其他問題

在運行過程中還出現(xiàn)過各種各樣的問題， 其中比較典型的包括： ①加藥裝置配套的阻尼器過小，導(dǎo)致運行壓力忽高忽低， 加藥裝置整體支架大幅晃動， 通過更換更大容量的阻尼器系統(tǒng)恢復(fù)正常；②為降低加藥間的整體高度， 儲藥池設(shè)計為半地下式， 其中地下部分高1.5 m， 實際運行中地上式計量泵無法吸入地面以下部分的液體， 導(dǎo)致儲藥池地下部分的容積浪費； ③因供貨商發(fā)貨出錯， 其中1臺電磁流量計的電極錯配置為316 L 材質(zhì)， 結(jié)果運行數(shù)月后被腐蝕損壞， 更換哈氏合金C 電極后一直正常運行； ④加藥裝置配套供貨的溶藥攪拌器采用不銹鋼材質(zhì)， 運行過程中槳葉腐蝕斷裂， 改用鋼襯塑材質(zhì)后運行正常。

6 結(jié)論與展望

通過分析某24 萬m3／d 污水處理廠PAC 加藥裝置運行過程中出現(xiàn)的各種問題， 得到如下經(jīng)驗：①液體PAC 因生產(chǎn)成本低、 節(jié)約人力、 衛(wèi)生條件好， 較固體PAC 更有優(yōu)勢； ②投加PAC 除磷， 藥劑量應(yīng)控制在適當(dāng)范圍， 過量投加反而影響處理效果； ③PAC 計量泵須選擇“帶閥球”型的單向閥；④對于礦物原料生產(chǎn)的PAC 藥劑， 配置溶液的固體PAC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜低于10%， 即Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜低于2.7%； ⑤PAC 加藥系統(tǒng)須定期維護(hù)， 對管道及進(jìn)口過濾器勤加清洗； ⑥對于運行壓力較高的工況， 可以選用液壓隔膜計量泵或磁力泵， 使用壽命更長久； ⑦對于PAC 加藥系統(tǒng)中的附屬配件， 設(shè)計階段應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定。

PAC 加藥系統(tǒng)因其介質(zhì)的特殊性， 在運行過程中問題頻發(fā)， 值得相關(guān)從業(yè)人員予以重視。 以設(shè)計為源頭對選型、 選材嚴(yán)格把關(guān)， 并在運營階段加強(qiáng)對設(shè)備的定期維護(hù)， 且碰到問題反饋到設(shè)計階段形成閉環(huán)架構(gòu)， 方可逐漸改善現(xiàn)狀問題。