高密度澄清池在化工污水處理廠提標(biāo)改造工程中的應(yīng)用

何文章

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司上海分公司， 上海 200439）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 國家對污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)逐步提高， 目前污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)須達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 其中對懸浮物排放標(biāo)準(zhǔn)為小于10 mg／L。 然而大部分污水處理廠現(xiàn)狀處理工藝出水懸浮物不能達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)要求， 因此亟需進(jìn)行工藝提標(biāo)改造。 沉淀池作為去除水中懸浮物的常用有效設(shè)施， 目前應(yīng)用較多的主要有平流沉淀池、 輻流沉淀池、 豎流沉淀池、 斜板（斜管）沉淀池、 加速澄清池（機(jī)械、 水力）、 脈沖澄清池以及高密度澄清池等［1］。 高密度澄清池是一種基于斜管沉淀和污泥回流技術(shù)的新型澄清池， 將多種藥劑投加、 污泥回流、 機(jī)械混合、 機(jī)械絮凝、 接觸絮凝、高效沉淀、 污泥濃縮等功能有機(jī)結(jié)合在一起， 實現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)、 高效處理的功能。 由于對已投產(chǎn)運(yùn)行的污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造， 受現(xiàn)狀條件的限制，在工藝選擇過程中， 必須首選占地面積小、 投資少、 運(yùn)行穩(wěn)定、 效率高、 耐沖擊負(fù)荷的工藝， 而高密度澄清池具備上述優(yōu)點(diǎn)［2］， 因此本文對高密度澄清池去除懸浮物進(jìn)行設(shè)計研究。

1 工程概況

江蘇某化工污水處理廠主要收集化工園區(qū)的工業(yè)廢水， 包含農(nóng)藥廢水、 印染廢水、 精細(xì)化工廢水等。 各類廢水經(jīng)企業(yè)內(nèi)部預(yù)處理達(dá)到納管要求后，再輸送至污水處理廠進(jìn)行綜合處理， 達(dá)標(biāo)后排至外域水體。 該污水處理廠于2007 年建成投產(chǎn)， 采用AO-芬頓氧化處理工藝， 出水水質(zhì)執(zhí)行DB 32／939—2006《江蘇省化學(xué)工業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。 目前該化工污水處理廠出水懸浮物質(zhì)量濃度僅要求不超過70 mg／L， 經(jīng)過提標(biāo)改造后， 出水懸浮物要求達(dá)到GB 18918—2002 一級A 標(biāo)準(zhǔn)（≤10 mg／L）， 因此在現(xiàn)有工藝出水端增設(shè)高密度澄清池-V 型濾池深度處理工藝。

2 設(shè)計水質(zhì)水量

該化工污水處理廠設(shè)計規(guī)模為2 × 104m3／d，經(jīng)過提標(biāo)改造， 在原工藝芬頓氧化系統(tǒng)后增設(shè)高密度澄清池工藝， 為確保排放水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)， 同步增設(shè)V 型濾池處理工藝。 現(xiàn)狀芬頓氧化系統(tǒng)出水懸浮物質(zhì)量濃度平均為43 mg／L（即為高密度澄清池進(jìn)水指標(biāo)）， 根據(jù)設(shè)計要求， 高密度澄清池出水ρ（懸浮物）≤10 mg／L， V 型濾池出水ρ（懸浮物）≤6 mg／L。

3 工程設(shè)計

3.1 工藝流程

提標(biāo)改造后化工污水處理廠工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理廠工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment plant

高密度澄清池由絮凝反應(yīng)區(qū)、 過渡區(qū)、 污泥濃縮區(qū)、 分離沉淀區(qū)及清水區(qū)5 個部分組成， 如圖2所示。

圖 2 高密度澄清池示意Fig. 2 High density clarification tank

高密度澄清池工藝流程： 將混凝劑通過計量泵投加在原水管道上， 原水進(jìn)入絮凝反應(yīng)筒前與污泥濃縮區(qū)的回流污泥混合， 在絮凝反應(yīng)筒底部加入助凝劑， 通過提升攪拌器對加入混凝劑、 助凝劑以及回流污泥的原水進(jìn)行提升攪拌， 完成絮凝反應(yīng)。 經(jīng)攪拌反應(yīng)后的高濃度混合絮凝體以推流方式通過過渡區(qū)進(jìn)入污泥濃縮區(qū)。 在污泥濃縮區(qū)中泥渣下沉，澄清水經(jīng)過分離沉淀區(qū)的斜管進(jìn)一步分離， 斜管上部的清水由集水槽收集出水。 沉降的泥渣在污泥濃縮區(qū)下部濃縮， 濃縮泥渣的上層由螺桿泵回流與原水混合， 底部多余泥渣由螺桿泵排出［3］。

3.2 高密度沉淀池設(shè)計

（1） 絮凝反應(yīng)區(qū)。 設(shè)計規(guī)模為20 000 m3／d。單體土建凈尺寸為4.5 m×4.5 m×6.5 m， 設(shè)計有效水深為6 m， 水力停留時間為8.8 min。 絮凝反應(yīng)筒直徑為1.8 m， 底部錐形筒直徑為2.7 m。 提升攪拌器葉輪直徑為1.640 m， 外緣線速度為3 m／s， 轉(zhuǎn)速為35 r／min； 攪拌水量為設(shè)計水量的11 倍（2.53 m3／s）， 提升水頭為0.10 m， 提升攪拌器功率為3.6 kW。

（2） 過渡區(qū)。 單體土建凈尺寸為8.5 m×1.2 m×6.5 m。 水力停留時間約為4 min， 為了防止積泥，在過渡區(qū)設(shè)置滑泥坡， 坡向絮凝反應(yīng)區(qū)。

（3） 分離沉淀區(qū)。 布設(shè)斜管， 直徑為30 mm，長度為1 m， 60° 角傾斜布置。 斜管區(qū)平面尺寸為8.5 m×6.2 m。 斜管區(qū)上升流速為15.8 m／h。

（4） 污泥濃縮區(qū)。 由過渡區(qū)進(jìn)入污泥濃縮區(qū)入口段的流速為54.4 m／h， 入口段尺寸為8.5 m×1.8 m。 污泥濃縮區(qū)凈尺寸為8.5 m×8.5 m×6.5 m。 污泥濃縮區(qū)（含分離沉淀區(qū)、 清水區(qū)）水力停留時間為31 min。 污泥濃縮機(jī)采用中心傳動濃縮刮泥機(jī)， 刮臂直徑為8.3 m， 外緣線速度為0.04 m／s。 底部坡度為0.07。

（5） 污泥回流設(shè)計。 污泥回流循環(huán)系數(shù)為0.03。系統(tǒng)設(shè)置3 臺螺桿泵， 1 臺用于污泥循環(huán)， 1 臺用于污泥排放， 另1 臺備用。 螺桿泵設(shè)計參數(shù)： 流量為25 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為5.5 kW。

（6） 加藥系統(tǒng)。 混凝劑設(shè)計采用聚合氯化鋁（PAC）， 助凝劑設(shè)計采用聚丙烯酰胺（PAM）。 PAC的投加點(diǎn)設(shè)置在高密度澄清池進(jìn)水總管上， 距離池體約10 m； PAM 投加點(diǎn)設(shè)置在絮凝反應(yīng)筒內(nèi)， 提升攪拌器下方， 加藥管成環(huán)狀布置。

（7） 儀表設(shè)計。 高密度澄清池進(jìn)出水端安裝在線濁度儀， 用于檢測進(jìn)出水的濁度； 污泥濃縮池內(nèi)安裝在線泥位計， 以便觀察池內(nèi)泥位， 控制排泥。

4 工程調(diào)試

4.1 藥劑調(diào)試

高密度澄清池在前期設(shè)計中， 擬采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 的成品液態(tài)混凝劑（PAC）進(jìn)行投加。 在現(xiàn)場調(diào)試過程中， 通過多次調(diào)整PAC 投加量， 仍無法形成較大密實的礬花， 分析認(rèn)為其原因有可能是pH 值較低。 檢測芬頓系統(tǒng)出水與成品液態(tài)混凝劑pH 值， 成品PAC 溶液的pH 值在4 左右， 原水經(jīng)過投加PAC 后， pH 值在5.5～6.0。

通過小試試驗將投加混凝劑PAC 后的原水pH值控制在7.5 左右， 即可形成大而密實的礬花［4］。根據(jù)小試經(jīng)驗， 在芬頓氧化系統(tǒng)出水處投加NaOH溶液， 提高高密度澄清池進(jìn)水的pH 值， 控制其投加PAC 后原水pH 值在7.0 ～ 7.5 之間， 可形成密實礬花。 雖然在芬頓氧化系統(tǒng)出水處投加大量的NaOH 溶液能夠回調(diào)原水pH 值， 但是其運(yùn)行成本較高， 為降低運(yùn)行成本， 采用固態(tài)PAC 代替成品液態(tài)PAC， 通過人工溶解， 配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液， 其pH 值可達(dá)到5.5 左右［5］。 通過現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行， 形成同等效果的密實礬花可以減少約50%的NaOH 溶液投加量。

本工程在調(diào)試期間， 對比不同陰、 陽離子型助凝劑（PAM）的絮凝效果， 發(fā)現(xiàn)采用陽離子型助凝劑（PAM）， 形成的絮凝體松散， 沉淀速度慢， 采用陰離子型助凝劑（PAM）， 形成的絮凝體密實， 沉淀速度快。

進(jìn)水濁度為10 NTU， 懸浮物質(zhì)量濃度為36 mg／L， 投加藥劑后， 絮凝反應(yīng)區(qū)pH 值在7.2 左右時， 高密度澄清池出水濁度為1.5 NTU， 懸浮物質(zhì)量濃度為6 mg／L； 絮 凝反應(yīng)區(qū)pH 值 在7.7 左右時， 高密度澄清池出水濁度為0.7 NTU， 懸浮物質(zhì)量濃度為3 mg／L。 由于高密度澄清池出水進(jìn)入V型濾池， 會再次去除懸浮物， 為了降低運(yùn)行成本，最終絮凝反應(yīng)區(qū)pH 值控制在7.2 左右。

經(jīng)多次現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行， 最后穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)果如下： ①混凝劑PAC 的最佳投加量為40 kg／kt［水］；②陰離子型PAM 的最佳投加量為1.2 kg／kt［水］；③為保證高密度澄清池良好的絮凝沉淀效果， 需調(diào)節(jié)其進(jìn)水pH 值在中性或偏堿性范圍內(nèi)。

4.2 污泥濃縮區(qū)泥渣調(diào)試

高密度澄清池調(diào)試過程中最重要的是保證在濃縮區(qū)內(nèi)形成沉積泥渣層， 一方面是形成有效的污泥回流提高絮凝效果［1］， 另一方面是強(qiáng)化沉淀區(qū)和濃縮區(qū)礬花的結(jié)合進(jìn)一步形成大而密實的礬花。

本工程在調(diào)試過程中嘗試了多種方式來促使?jié)饪s區(qū)底部沉積泥渣層的形成。 在調(diào)試前期， 試圖通過加大藥劑投加量， 使礬花在污泥濃縮區(qū)內(nèi)沉積［6］， 但由于分離沉淀區(qū)內(nèi)斜管上升流速較大， 礬花基本全部帶出， 運(yùn)行2 d， 污泥濃縮區(qū)泥位計顯示底部沒有沉積泥渣層。 為了盡快調(diào)試成功， 現(xiàn)場采用臨時泵接軟管， 從污水處理廠污泥脫水系統(tǒng)中的濃縮池底部抽取泥渣， 排至高密度澄清池污泥濃縮區(qū)入口段， 同時保持污泥濃縮機(jī)處于開啟狀態(tài)，加速污泥濃縮。 待泥位計顯示底部泥渣達(dá)到1.5 m時， 停止進(jìn)泥。 然后開啟加藥系統(tǒng)、 污泥回流系統(tǒng)以及提升攪拌器， 但運(yùn)行半小時后， 過渡區(qū)與污泥濃縮區(qū)入口段表面均為黃色泥漿， 沒有出現(xiàn)泥水分離層， 清水區(qū)也布滿黃色絮狀泥漿， 高密度澄清池出現(xiàn)“翻池”， 分析原因， 可能是濃縮池底泥在通過水泵輸送時， 已經(jīng)脫穩(wěn)聚集的顆粒被打碎， 形成顆粒細(xì)小的污泥， 加強(qiáng)了污泥表面的水化作用， 導(dǎo)致污泥沉降性能下降。 隨后立即停止加藥， 停止污泥回流， 讓高密度澄清池在通水狀態(tài)下靜沉， 并通過污泥濃縮機(jī)柵條的擾動作用， 提高底泥的濃縮效果。 3 h 后重新開啟加藥系統(tǒng)、 污泥回流系統(tǒng)， 運(yùn)行半個小時， 過渡區(qū)與污泥濃縮區(qū)入口段表面出現(xiàn)明顯的泥水分離層， 清水區(qū)沒有礬花帶出， 接下來運(yùn)行較為穩(wěn)定， 說明污泥濃縮區(qū)泥渣層形成。

本化工污水處理廠污泥脫水系統(tǒng)由3 部分組成： 污泥濃縮池、 污泥調(diào)理池和板框壓濾機(jī)。 污泥濃縮池濃縮后的污泥含固率在2% 以上， 通過螺桿泵輸送到污泥調(diào)理池內(nèi)， 經(jīng)加藥穩(wěn)定調(diào)理后進(jìn)入板框壓濾機(jī)。 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道， 高密度澄清池排放泥渣含固率至少在2% 以上， 因此在前期設(shè)計中將高密度澄清池污泥濃縮區(qū)泥渣直接排入至污泥調(diào)理池中。 但在調(diào)試過程中， 發(fā)現(xiàn)經(jīng)芬頓工藝處理后的化工廢水進(jìn)一步沉淀濃縮， 其形成的泥渣較輕， 泥渣層厚度較高， 每天需排泥2 次， 每次20 min， 否則泥位計顯示泥渣層達(dá)4 m 以上， 清水區(qū)有大量礬花帶出。 由于每天排泥2 次， 導(dǎo)致泥渣含固率較低， 嚴(yán)重影響到污泥調(diào)理池的正常運(yùn)行， 因此通過管路改造， 把高密度澄清池的泥渣輸送至污泥脫水系統(tǒng)前端的污泥濃縮池內(nèi)。

4.3 故障調(diào)試

高密度澄清池在調(diào)試過程中清水區(qū)多次出現(xiàn)礬花上帶， 甚至“翻池”， 原因分析及解決辦法如下：

（1） 絮凝反應(yīng)區(qū)水變清

原因： 污泥回流出現(xiàn)問題。

解決辦法： 檢查污泥回流螺桿泵是否正常運(yùn)行； 停止污泥濃縮區(qū)污泥排放。

（2） 過渡區(qū)及污泥濃縮區(qū)入口段出現(xiàn)大面積細(xì)碎黃泥漿且無泥水分層面

原因： 絮凝反應(yīng)區(qū)pH 值小于7 或者PAC、PAM 投加量太小。

解決辦法： 測試絮凝區(qū)pH 值， 確保其大于7；適當(dāng)加大PAC、 PAM 投加量。

（3） 泥位計顯示泥位超過4 m

原因： 污泥濃縮區(qū)泥位太高。

解決辦法： 啟動污泥排放螺桿泵進(jìn)行排泥， 使其泥位降至2 m 以下。

（4） 清水區(qū)出現(xiàn)翻池（斜管上方全是懸浮泥渣）

原因： 污泥濃縮區(qū)泥渣不能下沉。

解決辦法： ①立即停止加藥、 停止提升攪拌器運(yùn)行、 停止污泥回流； ②開啟污泥排放螺桿泵進(jìn)行排泥30 min 左右； ③提高絮凝區(qū)pH 值至8.0 左右； ④待高密度澄清池泥渣靜沉3 h 左右后重新加藥， 加藥量適當(dāng)加大； ⑤開啟提升攪拌器、 開啟污泥回流螺桿泵， 期間確保絮凝區(qū)pH 值在7.5 以上；⑥待出水穩(wěn)定后， 可以回調(diào)絮凝區(qū)pH 值至7.0，加藥量調(diào)整到正常用量。

5 運(yùn)行效果

高密度澄清池經(jīng)過調(diào)試， 穩(wěn)定運(yùn)行3 個月后，根據(jù)現(xiàn)場檢測， 進(jìn)水懸浮物質(zhì)量濃度基本在36～54 mg／L 之間， 通過在芬頓氧化系統(tǒng)出水處投加NaOH溶液， 控制絮凝反應(yīng)區(qū)pH 值為7.0～7.2， 其出水懸浮物的質(zhì)量濃度基本保持在6～10 mg／L 之間。

6 結(jié)語

高密度澄清池由于占地面積小， 節(jié)省土建投資， 處理效果好， 耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)， 目前已廣泛應(yīng)用在中型污水處理廠的提標(biāo)改造工程中， 本工程通過對高密度澄清池的設(shè)計以及調(diào)試運(yùn)行， 得出如下經(jīng)驗結(jié)論：

（1） 混凝劑采用PAC 時， 盡量采用固態(tài)藥劑溶解后的溶液， 加藥后的原水pH 值在7 以上才能有較好的絮凝效果。 助凝劑采用陰離子型PAM。

（2） 如果來水為芬頓氧化工藝出水， 則污泥排放不能直接排至污泥脫水系統(tǒng)的污泥調(diào)理池內(nèi)， 而要排至前端污泥濃縮池內(nèi)。

（3） 高密度澄清池在調(diào)試過程中需先在濃縮區(qū)形成密實的泥渣層， 避免出現(xiàn)“翻池”現(xiàn)象。 若出現(xiàn)， 則可通過高密度澄清池在通水或停水狀態(tài)下自然靜沉3 h 以上， 然后再重新開始加藥， 開啟污泥回流。