綜合水處理廠預(yù)處理液堿代替片堿降硬的實(shí)踐

段立輝，丁 靜，楊曙東，韓寶成，馬 靜

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南271100）

1 前 言

為了響應(yīng)國家環(huán)凈排放控制要求，并根據(jù)山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司環(huán)保總體規(guī)劃，建設(shè)日處理量10 000 m3雅鹿山綜合水處理廠1座，2019年7月正式投運(yùn)，負(fù)責(zé)對泰鋼廠區(qū)廢水集中綜合處理。設(shè)計(jì)進(jìn)水主要為各生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)冷卻水、各廠區(qū)生活污水及各分廠部分污水處理站的出水；處理后的中水實(shí)現(xiàn)全部回用，其中凈水回用于工業(yè)開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及除鹽水站系統(tǒng)，作為其補(bǔ)充水；濃水等回用于高爐沖渣及料場噴灑、熱燜渣、不銹鋼鋼渣等。雅鹿山綜合水處理廠廢水前處理系統(tǒng)原采用片堿、純堿降低污水硬度，存在加藥量大、成本高、員工勞動強(qiáng)度大等諸多問題，制約綜合水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行。為此，對雅鹿山綜合水處理廠工藝流程進(jìn)行梳理，提出了液堿代替片堿降低污水硬度的方案，并進(jìn)行模擬試驗(yàn)，分別對片堿和液堿降低污水硬度的效果進(jìn)行驗(yàn)證。從試驗(yàn)效果看，液堿效果更佳，將液堿代替片堿應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)行進(jìn)一步論證。

2 雅鹿山綜合水處理廠工藝描述

2.1 廢水前處理

預(yù)處理主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體物、色度、濁度、有機(jī)物、硬度等妨礙后續(xù)超濾、納濾、反滲透運(yùn)行的雜質(zhì)。原水為各廠排放水，水質(zhì)變化大、濁度較高，膠體、有機(jī)物含量較高。針對原水的水質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)置的預(yù)處理設(shè)施包括絮凝高密度沉淀池、無閥濾池、片堿純堿軟化裝置、絮凝劑加藥裝置等。針對焦化公司生化污水處理站出水、冷軋廠污水處理站出水和冷軋廠、新材料公司、經(jīng)貿(mào)大樓、盈德氣體公司生活污水等COD 偏高需特別生化處理的廢水，設(shè)置單獨(dú)的生化污水處理單元，經(jīng)降COD 和氨氮后再進(jìn)入前述的絮凝高密度沉淀池一起處理。各廢水經(jīng)管網(wǎng)輸送并流入廢水調(diào)節(jié)池后，廢水調(diào)節(jié)池經(jīng)提升泵提升進(jìn)入高效絮凝反應(yīng)池，投加片堿、純堿降低硬度，通過混凝反應(yīng)沉淀去除大部分懸浮物質(zhì)，再通過無閥濾池進(jìn)行進(jìn)一步截留機(jī)械雜質(zhì)，滿足后級深度處理要求。

2.2 深度處理系統(tǒng)

預(yù)處理出水直入清水池進(jìn)行緩沖停留，經(jīng)提升泵至多介質(zhì)過濾器過濾并投加殺菌劑后進(jìn)入超濾設(shè)備，超濾產(chǎn)水經(jīng)提升泵提升，同時投加還原劑、阻垢劑、非氧化性殺菌劑后進(jìn)入納濾系統(tǒng)，20%納濾濃水進(jìn)入濃水池，80%納濾產(chǎn)水經(jīng)反滲透設(shè)備，反滲透80%產(chǎn)水進(jìn)入回用水池，為提高凈水回收率，反滲透20%濃水經(jīng)濃水反滲透設(shè)備，濃水反滲透50%濃水進(jìn)入濃水池，濃水反滲透50%產(chǎn)水進(jìn)入回用水池，回用水池產(chǎn)水經(jīng)回用水泵加壓，采用管道外送，作為工業(yè)開式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水。濃水經(jīng)濃水泵加壓，采用管道外送到高爐沖渣及熱燜渣廠等使用。

2.3 污水軟化

硬度是水質(zhì)的一個重要指標(biāo)，生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)冷卻水排水通常硬度較高，配備膜處理設(shè)備的污水處理廠，為降低污水在膜設(shè)備的結(jié)垢傾向，需要在廢水前處理系統(tǒng)進(jìn)行污水降硬處理，采用的軟化處理方法為藥劑軟化法，是基于溶度積原理，加入某些藥劑，把水中鈣、鎂離子轉(zhuǎn)變成難溶化合物使之沉淀析出，常見的某些難溶化合物的溶度積見表1［1］。

表1 某些難溶化合物的溶度積（25 ℃）

3 應(yīng)用液堿前的運(yùn)行狀況

3.1 加藥成本高

雅鹿山綜合水處理廠原采用片堿、純堿雙堿法處理污水中的鈣鎂離子，降低污水硬度，每月需要消耗片堿45 t左右，純堿40 t左右，雙堿噸水成本約為2.58 元/m3，每月僅片堿和純堿的藥劑費(fèi)用在20萬元左右，加藥成本高。

3.2 崗位員工勞動強(qiáng)度大

兩種藥劑用量大，平均每天需要加純堿約35袋（約1.4 t）、片堿約60 袋（約1.5 t），每月需倒運(yùn)藥劑約90 t，加藥方式為人工輔助電動葫蘆加藥，加藥勞動強(qiáng)度大，且容易對人體產(chǎn)生灼傷。

3.3 藥劑溶解不佳

兩種藥劑一種是粉狀，一種是片狀，都需要進(jìn)行加水溶解后使用，運(yùn)行過程中片堿和純堿并不能全部溶解。加入污水中后有一部分藥劑以沉淀的形式沉入水中，并沒有起到藥劑應(yīng)有的作用。液堿、純堿在同一加藥罐中配置，使用同一加藥管道，經(jīng)常出現(xiàn)浮子流量計(jì)堵塞導(dǎo)致流量調(diào)節(jié)失控造成硬度超標(biāo)問題。

3.4 固體藥劑易潮解

由于藥劑用量大，需要將藥劑大量存放在倉庫中，在搬運(yùn)過程中易損壞包裝袋，造成藥劑損失；另外，片堿、純堿易潮解，一旦藥劑潮解板結(jié)后將無法溶解使用，既造成藥劑浪費(fèi)，又形成固體廢物。

4 預(yù)處理使用液堿代替片堿

4.1 藥劑用量

片堿價格2 500元/t左右，氫氧化鈉含量在98%左右，液堿價格600元/t左右，氫氧化鈉含量30%左右，按濃度折算后，從價格來看，液堿比片堿更經(jīng)濟(jì)。同時對液堿、片堿降低污水硬度進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示加入折算后的同等物質(zhì)的量氫氧化鈉時，液堿比片堿降低硬度的能力更強(qiáng)、效果更好。

雅鹿山綜合水處理廠設(shè)有堿罐，主要用于氣浮池調(diào)節(jié)pH 和深度處理超濾自動堿洗，為了能夠?qū)崿F(xiàn)液堿代替片堿，重新敷設(shè)1條加液堿管道至高密度沉淀池。2020 年8 月29 日正式開始使用液堿代替片堿進(jìn)行預(yù)處理降硬，液堿代替片堿前后總進(jìn)水量、片堿、純堿和液堿用量如表2所示。

表2 總進(jìn)水量、藥劑用量統(tǒng)計(jì)

4.2 應(yīng)用效果

由于液堿不需要溶解，能夠直接與污水產(chǎn)生反應(yīng)，反應(yīng)速度快，污水硬度比之前使用片堿時降低幅度更大。通過對高密度出水進(jìn)行化驗(yàn)，對純堿加藥量進(jìn)行調(diào)整，在一定程度上減少了純堿的加藥量，進(jìn)一步降低了勞動強(qiáng)度。使用液堿后，不僅片堿費(fèi)用下降，純堿用量也大幅下降，純堿和液堿成本為噸水 1.51 元/m3，噸水成本下降了 1.07 元/m3。另外，藥劑倒運(yùn)費(fèi)用也節(jié)省了。改用液堿后，液堿的運(yùn)輸使用罐車，直接倒運(yùn)至液堿罐中，通過加藥泵輸送至高密度沉淀池，無需人工搬運(yùn)，片堿用量逐漸降至0，同時純堿加藥量也下降了1/2，減少了員工3/4的加藥勞動量，改善了工作條件。

片堿、純堿均含有一定雜質(zhì)，而且固體藥劑不能完全溶解，雜質(zhì)及未溶解藥劑最終進(jìn)入到污泥當(dāng)中。使用液堿后能夠更快速的反應(yīng)，減少藥劑用量，減少污泥的產(chǎn)生。

4.3 問題及解決措施

4.3.1 液堿的流量調(diào)控

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于不同員工對生產(chǎn)的調(diào)控存在差異，造成液堿流量忽高忽低，導(dǎo)致出水水質(zhì)波動。根本原因是：兩套高密度沉淀池低流量運(yùn)行且共用同一加藥管道，加藥分配不匹配；總進(jìn)水流量與液堿流量人工調(diào)節(jié)差異大。為了確保液堿加藥量適量，制定相關(guān)措施：單套高密度運(yùn)行，提高高密度沉淀池進(jìn)水流量；高密度沉淀池流量控制在130 m3/h左右，保證進(jìn)水流量一定；純堿加藥泵閥門禁止調(diào)動，保證純堿加藥一定；高密度沉淀池出水pH值控制在10.5～11，待出水水質(zhì)穩(wěn)定后，計(jì)時30 s 用量筒量取液堿流量在1 100 mL 左右并做記錄，作為今后流量調(diào)節(jié)的參考。

4.3.2 影響PAM絮凝效果

對于陰離子聚丙烯酰胺，通過水解使酰胺基團(tuán)約有30%～40%轉(zhuǎn)化為羧酸基團(tuán)時效果最好，pH值過高會造成酰胺基團(tuán)過度水解，導(dǎo)致高密度沉淀池污泥抱團(tuán)效果差。實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)高密度沉淀池出水pH 達(dá)到11 以上時，絮凝效果會越來越差，出水?dāng)y帶絮體，造成斜管填料積泥。

4.3.3 堿罐液位升降影響液堿流量

雅鹿山綜合水處理廠液堿泵采用的是立式不銹鋼多級離心泵，可通過調(diào)節(jié)頻率來控制液堿流量。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，在相同頻率下，泵的流量隨著堿罐液位的降低逐漸減少，當(dāng)堿罐重新注滿液堿時，堿泵的流量又陡增。發(fā)生這種變化的原因是因?yàn)橐何桓叨鹊淖兓斐杀玫娜肟趬毫Πl(fā)生變化。對此，制定了液位、堿泵頻率對照表，堿泵的頻率根據(jù)液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保液堿流量的穩(wěn)定。

4.3.4 液堿結(jié)晶問題

工業(yè)用液堿濃度一般在30%左右，而堿罐通常設(shè)計(jì)建造在室外。冬天當(dāng)氣溫低于0 ℃時，液堿容易在堿罐、管道內(nèi)結(jié)晶析出。需要對堿泵及堿管道纏繞伴熱帶保溫，對堿罐通蒸汽保溫，蒸汽應(yīng)引出堿罐，防止蒸汽凝結(jié)水進(jìn)入堿罐使液堿濃度降低。

4.3.5 污泥結(jié)構(gòu)綿軟

液堿代替片堿處理污水后，通過半年的運(yùn)行效果看出，液堿與污水反應(yīng)產(chǎn)生的污泥相比于片堿與污水反應(yīng)產(chǎn)生的污泥更綿軟，但未對壓濾機(jī)壓泥造成影響。

5 結(jié) 語

綜合水處理廠廢水前處理系統(tǒng)采用液堿代替片堿進(jìn)行降硬，從實(shí)際運(yùn)行效果來看，能夠滿足預(yù)處理降低污水硬度的要求，且降硬效果更好。由于液堿的價格相較純堿、片堿低，噸水藥劑成本下降了1.07 元/m3，同時降低了員工勞動強(qiáng)度。不論是從工藝角度還是經(jīng)濟(jì)角度，液堿代替片堿均有益于生產(chǎn)運(yùn)行。