淺析高密池對(duì)循環(huán)水中硬度去除過程分析

＊李艷芳

（內(nèi)蒙古多倫縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 內(nèi)蒙古 027300）

1.引言

高密池沉淀池是一種緊湊、高效、靈活的新型污水處理工藝，是由法國得利滿公司開發(fā)出的一項(xiàng)先進(jìn)專利澄清技術(shù)。高密池從整體結(jié)構(gòu)看，由前混池、絮凝沉淀池、預(yù)沉濃縮池組成。前混池分為快速攪拌區(qū)和無攪拌區(qū)，快速攪拌區(qū)由可調(diào)速葉輪控制加藥后混合水的攪拌速度；無攪拌區(qū)可使礬花增大，密實(shí)均勻，絮凝沉淀池中污水在助凝劑和回流污泥的作用下，形成高濃度泥層來增加顆粒碰撞機(jī)會(huì)，有效吸附膠體、懸浮物、乳化油、COD及金屬離子等[1]。

工作原理為：依靠投加石灰降低系統(tǒng)進(jìn)水堿度及鎂硬，投加碳酸鈉去除進(jìn)水鈣硬，投加聚鐵及PAM去除水中濁度，投加硫酸調(diào)節(jié)出水pH值。高密池由石灰混合池、混凝及純堿混合池、絮凝反應(yīng)池、斜管沉淀池、集水渠、后混合池、調(diào)節(jié)池組成。

2.高密池對(duì)循環(huán)水的處理效果

循環(huán)水處理工藝主要分為自然pH運(yùn)行工藝和加酸調(diào)pH工藝兩種，目前國內(nèi)外對(duì)于硬度高的循環(huán)水，普遍采用加酸的處理方式以抑制結(jié)垢，Ca（以CaCO3計(jì)）質(zhì)量濃度一般小于1200mg/L，有些可以達(dá)到1500mg/L，但隨著循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水硬度不斷升高，許多補(bǔ)水濃縮5倍后Ca2+質(zhì)量濃度超過了1500mg/L，因此亟待開發(fā)Ca2+質(zhì)量濃度超過1500mg/L的水處理工藝和配方，以抑制循環(huán)水的結(jié)垢和腐蝕問題[2]。根據(jù)某公司實(shí)際水質(zhì)，將調(diào)試過程分為三個(gè)階段：第一階段，較高硬度水，來水Ca2+＞1000mg/L，Mg2+＞200mg/L；第二階段，正常水質(zhì)，Ca2+＜1000mg/L，Mg2+＜200mg/L；第三階段，采用氫氧化鈉與石灰混配調(diào)整pH值，對(duì)比藥劑的消耗變化以及對(duì)系統(tǒng)的影響。

(1)高密池對(duì)較高硬度廢水的處理

圖1 高密池硬度的去除效果1

高密池進(jìn)水為循環(huán)水，水質(zhì)體現(xiàn)當(dāng)時(shí)循環(huán)水的整體水質(zhì)狀況，循環(huán)水初期電導(dǎo)高達(dá)15000uS/cm，Ca2+接近2000mg/L，Mg2+離子接近1000mg/L，水質(zhì)較為惡劣。高密池采用石灰-純堿法去除水中硬度，調(diào)試初期采用投加Ca(OH)2對(duì)高密池pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于調(diào)整問題，8月19日至9月22日pH值變化非常大，在8.1～11.11之間波動(dòng)，Ca(OH)2加藥泵加藥量隨之變化，在1.8～4.2m3/h之間波動(dòng)，Na2CO3加藥基本維持穩(wěn)定，從4.2～3.15m3/h呈緩慢下降階段。雖然調(diào)整存在較大的波動(dòng)，但Ca2+、Mg2+離子均取得了較好的去除效果，循環(huán)水Ca2+從2000mg/L降低至1000mg/L，Mg2+離子從1000mg/L降低至550mg/L。

由于調(diào)試過程中Ca(OH)2加藥不穩(wěn)定問題造成pH值波動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)水Ca2+、Mg2+離子呈現(xiàn)巨大波動(dòng)，較好時(shí)去除率可以達(dá)到96%以上，差時(shí)去除率僅為53%；產(chǎn)水Ca2+最低到44mg/L，最高達(dá)453mg/L，波動(dòng)較大；產(chǎn)水Mg2+最低到50mg/L，最高達(dá)276mg/L，平均維持在200mg/L左右。從圖2中可以明顯看出pH值波動(dòng)對(duì)去除率產(chǎn)生較大影響，隨著硬度的降低影響越大。說明較高硬度的水質(zhì)可以較容易的處理到一定硬度水平。

圖2 硬度的去除率與pH值的關(guān)聯(lián)性

(2)高密池對(duì)較低硬度廢水的處理

隨著調(diào)試的進(jìn)行，明確了pH值對(duì)系統(tǒng)的影響，9月22日至9月29日將pH值目標(biāo)值控制在10.5，Ca2+、Mg2+離子均取得較好的去除效果，產(chǎn)水Ca2+從280mg/L降至120mg/L；產(chǎn)水Mg2+從218mg/L降至32mg/L。隨后，由于Mg2+降低，去除重點(diǎn)集中在Ca2+，為了節(jié)省藥劑，依據(jù)圖2理論，將pH調(diào)至9.5，僅去除Ca2+離子，但從圖3中可以明顯看出Ca2+離子沒有得到有效去除反而呈上升趨勢，至10月2日上升至491mg/L，未取得預(yù)計(jì)效果，對(duì)比加藥量變化，Ca(OH)2從3.5m3/h上升至7m3/h，但Na2CO3僅從3.15m3/h提升至4.38m3/h，判斷造成產(chǎn)水Ca2+離子上升的又一原因?yàn)镃a(OH)2投加過量。10月2日恢復(fù)pH至10.5，在Ca(OH)2保持不變的前提下，通過大量投加碳酸鈉的方式，確保水中Ca2+離子去除，此過程中Ca2+離子由491mg/L降至124mg/L，Mg2+離子由于進(jìn)水含量低，產(chǎn)水保持在100mg/L以下。此控制過程體現(xiàn)出Ca2+過多，堿度不足的正硬度水體，石灰-純堿法對(duì)硬度去除非常困難，提pH值引入Ca2+離子增加，對(duì)碳酸鈉需求量增大，不提Ca(OH)2無法保證Ca2+離子去除所需的pH值。

圖3 高密池對(duì)硬度的去除效果2

10月12日至20日，以及降低外部引入Ca2+，節(jié)省藥劑，將pH控制為10，產(chǎn)水Ca2+離子由124mg/L再一次上升至365mg/L。調(diào)整過程為，隨著水量變化將Na2CO3投加量下調(diào)至2.45m3/h，Ca(OH)2投加量保持不變，初步判斷，Na2CO3投加量不足，造成產(chǎn)水Ca2+離子上升。10月20日至10月28日，將Na2CO3投加量提至3.85m3/h，石灰加藥量在2～7m3/h之間波動(dòng)，pH目標(biāo)值10，產(chǎn)水Ca2+離子保持在100～150mg/L之間，維持穩(wěn)定，產(chǎn)水Mg2+離子有所上升，100～120mg/L。對(duì)比此前操作，說明水中必須保持有足夠的碳酸鈉，穩(wěn)定的pH，Ca2+離子才能得到有效的去除，且pH降低對(duì)Mg2+離子去除產(chǎn)生不利影響。

(3)氫氧化鈉的投加對(duì)系統(tǒng)的影響

①高密池對(duì)硬度的去除

10月29日至11月05日，進(jìn)水量保持在350m3/h，pH目標(biāo)值10.2，Ca(OH)2加藥量在2～4m3/h之間，Na2CO3投加量3.5m3/h，NaOH投加量80L/h，產(chǎn)水Ca2+離子從100mg/L緩慢上升至250mg/L，Mg2+維持在72mg/L至134mg/L之間波動(dòng)。

11月05日至11月24日，進(jìn)水量保持在350m3/h，pH目標(biāo)值10.5～11，Ca(OH)2加藥量在2～5.6m3/h之間，Na2CO3投加量維持3.5m3/h，NaOH投加量從80L/h最高提升至300L/h，產(chǎn)水Ca2+離子從98～400mg/L之間波動(dòng)，當(dāng)pH提至11時(shí)，產(chǎn)水Ca2+離子在100mg/L左右，Mg2+離子維持在70mg/L之下，取得最好的去除效果。

圖4 高密池對(duì)硬度的去除效果3

鑒于采用Ca(OH)2追蹤pH，不但Ca(OH)2加藥量波動(dòng)大，且pH不穩(wěn)定，于11月25日開始采用固定Ca(OH)2與Na2CO3的調(diào)整方式，采用NaOH微調(diào)pH值，至12月10日，進(jìn)水300m3/h，pH值基本可以控制在10.5～11之間，石灰加藥量在3.26m3/h、3.16m3/h、4.06m3/h分布提升，碳酸鈉投加量維持3.16m3/h、3.5m3/h、2.44m3/h、1.9m3/h分步調(diào)整，氫氧化鈉15～230l/h，產(chǎn)水Ca2+離子在50～130mg/L之間，Mg2+維持在100mg/L之下，效果良好。

12月11日至12月17日，受來水沖擊，產(chǎn)水Ca2+、Mg2+離子整體上漲，在保持石灰加藥量與pH值不變的前提下，略提升碳酸鈉的加藥量，至16日產(chǎn)水Ca2+小于100mg/（L）之間，Mg2+降至150mg/L左右。

增加NaOH投加，可以利用較少的Ca(OH)2將系統(tǒng)pH提高至10.5以上，利于系統(tǒng)對(duì)Ca2+離子、Mg2+離子的去除，尤其Mg2+離子。

②對(duì)石灰加藥量的影響

截取為投加NaOH穩(wěn)定工況，10月22日至10月30日共計(jì)9天，處理水量平均350m3/h，pH目標(biāo)值10，Ca(OH)2投加量共計(jì)48.3t。

投加NaOH穩(wěn)定工況，11月20日至11月28日共計(jì)9天，處理水量平均350m3/h，pH目標(biāo)值10.5，Ca(OH)2投加量共計(jì)16.8t，減少31.6t，增加氫氧化鈉投加量40.2t，但pH提高10.5，由于Ca(OH)2微溶于水增加投加量的同時(shí)產(chǎn)泥量大大增加。

3.結(jié)語

（1）針對(duì)初期Ca2+、Mg2+離子較高、堿度相對(duì)充足的循環(huán)水，且去除率要求較為寬松的條件，采用石灰-純堿法的高密池可取得較好的處理效果，去除效果與pH關(guān)聯(lián)密切。

（2）隨著循環(huán)水中Ca2+、Mg2+離子、堿度的降低，采用石灰-純堿法的高密池，處理過程中預(yù)防正硬度水的出現(xiàn)，此時(shí)Ca(OH)2消耗與pH、水量關(guān)系緊密，與水中的Ca2+濃度關(guān)系不大，與計(jì)算投加量偏差關(guān)系大。

（3）正硬度水，硬度高時(shí)，較低的pH值也能取得一定的去除效果，但隨著硬度的下降，必須控制在10.5以上。

（4）正硬度水的硬度去除至一定程度時(shí)，將產(chǎn)生需要高pH值控制條件，但需要消耗更多的Ca(OH)2，同時(shí)引入的Ca2+需要消耗更多的Na2CO3，這一矛盾，建議結(jié)合NaOH的投加。

（5）硬度去除調(diào)整過程需注意，優(yōu)先Ca(OH)2與Na2CO3保持固定配比投加，采用NaOH調(diào)整pH值，而不是采用Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH值，可以節(jié)省大量的藥劑，并且保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。

（6）文中未體現(xiàn)的PAM投加，必須保證，可以有效防止澄清池污泥膨脹發(fā)生；石灰石可以促進(jìn)絮凝反應(yīng)，當(dāng)澄清池產(chǎn)水濁度上升時(shí)可以適當(dāng)提高石灰的投加量。

綜上所述，初期采用石灰-純堿法的高密池可取得較好的處理效果，中間隨著循環(huán)水中Ca2+、Mg2+離子、堿度的降低，用采用石灰-純堿法的高密池的方法處理，采用此方法具有污泥可直接脫水處理以及SS去除率達(dá)高的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)具有機(jī)械設(shè)備多，能耗大，運(yùn)行管理復(fù)雜，施工難度較大，投資總體較高的缺點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行效果，本文著重結(jié)合高密池絮凝沉降功能對(duì)循環(huán)水惡劣水質(zhì)條件下水質(zhì)改善的貢獻(xiàn)，以及高密池+多介質(zhì)過濾器作為雙膜的預(yù)處理單元運(yùn)行效果進(jìn)行簡要概述。