高效澄清池在污水處理工程中的應(yīng)用★

郝齊鳳，趙丹丹，折建梅，賀利飛

（神木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 神木 719300）

0 引言

近幾年，可持續(xù)發(fā)展理念融入各領(lǐng)域及各大企業(yè)內(nèi)。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、踐行可持續(xù)發(fā)展道路，企業(yè)對污水處理的重視程度提高。高效澄清池可應(yīng)用于污水處理工程中，通過發(fā)揮高效澄清池作用，以提高污水處理質(zhì)效，使其滿足企業(yè)日處理污水量的需求，使出水pH 值符合標(biāo)準(zhǔn)。此外，高效澄清池還具有占地面積小、運(yùn)行成本低、適用廣泛等特點，在污水處理系統(tǒng)中應(yīng)用高效澄清池能為企業(yè)節(jié)約成本，有利于企業(yè)可持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

1 高效澄清池工藝特征

繼斜管沉淀池、機(jī)械加速澄清池、評流式沉淀池后，高密度澄清池誕生并被廣泛應(yīng)用。高密度澄清池是一種新型高效澄清工藝。高密度澄清池的作業(yè)方式為斜管沉淀、污泥循環(huán)。由于高密度澄清池具有占地面積小、成本低、強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷性、適用性廣泛、高效等特點，被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。高密度澄清池的工作原理有五個方面：一是絮凝反應(yīng)池整體化；二是沉淀池和推流式反應(yīng)池的慢速傳輸；三是污泥再循環(huán)系統(tǒng)；四是斜管沉淀機(jī)理；五是可使用合成絮凝劑和助凝劑。高密度澄清池可分為四個部分，分別是濃縮池、分離區(qū)、反應(yīng)池和預(yù)沉池。高密度澄清池的池體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 高密度澄清池的池體結(jié)構(gòu)

在污水處理工程中，高效澄清池應(yīng)用頻次最多。與傳統(tǒng)斜管澄清池相比，污水處理工程中高效澄清池絮凝能力可達(dá)到500 mg/L，水力負(fù)荷達(dá)到6 m/s。除此之外，沉降速率快、促凝消耗低、占地面積小也都是污水處理工程負(fù)責(zé)人選擇高效澄清池的原因[1]。

2 高效澄清池在某化纖公司污水處理工程中的應(yīng)用

1987 年，遼寧某化纖公司建設(shè)一套污水處理設(shè)備，該污水處理設(shè)備的日處理能力達(dá)到25 000 m3。由于水質(zhì)問題、設(shè)計方案與實際污水處理工作差異，該企業(yè)污水處理設(shè)備的處理能力下降至1 700 m3/d。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，該企業(yè)迅速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模也逐年擴(kuò)大，加之“可持續(xù)發(fā)展”、“保護(hù)生態(tài)環(huán)境”理念的影響，原有的污水處理設(shè)備難以滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，更無法為企業(yè)擴(kuò)大提供支持。現(xiàn)階段，對該企業(yè)污水工程的污水排放量進(jìn)行檢測，結(jié)果為污水排放量4 000 m3/d。由此可見，污水排水量已嚴(yán)重制約企業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展，與可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)理念相違背。為確保該企業(yè)生產(chǎn)順利、促進(jìn)該企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，該化纖企業(yè)需及時改造污水處理工程，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，助推企業(yè)發(fā)展[2]。

2.1 污水處理工程水量、水質(zhì)、排放標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國家或地方規(guī)定，結(jié)合該化纖公司污水處理工程實際生產(chǎn)情況、檢測水質(zhì)指標(biāo)發(fā)展規(guī)劃，該化纖企業(yè)污水處理改造工程的廢水排水量、排放標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)如表1 所示。

表1 污水處理改造工程的廢水排水量（4 000 m3/d）、排放標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)

2.2 廢水處理改造工藝

2.2.1 確定處理工藝流程

該化纖企業(yè)生產(chǎn)時，會產(chǎn)生堿廢水、酸廢水，這兩種廢水均屬于工業(yè)廢水。如企業(yè)大量排放堿廢水與酸廢水會嚴(yán)重腐蝕管道，破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。因此，化纖企業(yè)需正確處理堿廢水與酸廢水，并確保廢水處理方案符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，化纖企業(yè)使用二級生化處理、脫鋅和一級吹脫除硫等處理工藝。以上處理工作雖較大程度改善化纖企業(yè)廢水排放情況，但是仍存在許多不足之處，具體表現(xiàn)在六個方面：第一，廢水處理過程中出現(xiàn)暴堿現(xiàn)象較為頻繁，對吹脫除硫、中和脫鋅影響較大，進(jìn)而導(dǎo)致Zn2+超標(biāo)。第二，該化纖企業(yè)污水排放量增加2 200 m3/d。由于占地面積較大，該企業(yè)已不能繼續(xù)擴(kuò)建，廢水處理改造工作僅能在原有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。第三，抗沖擊負(fù)荷性較差。在設(shè)備自身原因和設(shè)計原因影響下，機(jī)械攪拌澄清池難以實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。其中，污泥排放環(huán)節(jié)難以長期高效工作，澄清池停運(yùn)現(xiàn)象頻發(fā)，需及時檢修或清渣才可繼續(xù)作業(yè)。第四，石灰乳調(diào)控難度大，pH 數(shù)值不符合國家規(guī)定，對Zn2+沉淀影響較大。第五，該廢水處理工程現(xiàn)有澄清池出水pH≥11，嚴(yán)重影響生化處理工藝質(zhì)效。第六，該工程現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)和曝氣頭設(shè)置缺乏科學(xué)性，控制手段不合理，將地上生化處理效率?，F(xiàn)階段，該化纖企業(yè)為提高生產(chǎn)處理效率，需消耗大量能源，不利于企業(yè)發(fā)展[3]。

2.2.2 工作原理

分析該化纖企業(yè)現(xiàn)有廢水處理工程的六個不足之處，經(jīng)商討后選擇使用二段改造方案。第一段改造是改造生化處理前的工藝，并將機(jī)械攪拌澄清池作為第一段改造重點；第二段改造是基于第一段改造基礎(chǔ)上，改造生化處理工藝。在本文中，重點論述生化處理前機(jī)械攪拌澄清池。在化纖企業(yè)中，高效澄清池屬于常規(guī)處理構(gòu)筑物。澄清池包含反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)。一般情況下，給水處理常應(yīng)用該類構(gòu)筑物較多，在化纖企業(yè)污水處理工程中應(yīng)用較少。在污水處理工程中，高效澄清池工作原理為三個方面：其一，在澄清池內(nèi)，污水按照自下而上的路徑進(jìn)行流動，高效澄清池內(nèi)懸浮一層泥渣，基于重力原理，澄清內(nèi)的泥渣為動態(tài)平衡狀態(tài)。其二，在混凝劑作用下，懸浮顆粒逐步變成微小絮凝體。微小絮凝體穿過泥渣層時，體積較大的泥渣在不斷碰撞中被迅速消除，進(jìn)而獲得較為干凈的水。其三，高效澄清池含有清水槽，所過濾的清水排出后會被清水槽收集?？梢钥闯?，影響高效澄清池工作效率的關(guān)鍵因素是泥渣區(qū)。在化纖企業(yè)污水處理工程中，泥渣區(qū)必須保障濃度穩(wěn)定、泥渣保持懸浮狀態(tài)、分布均勻，這三個特點也是所有澄清池的特點。根據(jù)化纖企業(yè)污水處理工程特點，高效澄清池可分為兩種類型，分別是懸浮泥渣過濾型、泥渣循環(huán)分離型。機(jī)械加速澄清池是利用機(jī)械進(jìn)行攪拌，用以提高泥渣回流、接觸絮凝的質(zhì)效。因此，機(jī)械加速澄清池是泥渣循環(huán)型澄清池中的一種。在化纖企業(yè)污水處理工程中，機(jī)械加速澄清池利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行抽升，確保泥渣始終保持垂直方向循環(huán)，進(jìn)而確保其接觸絮凝并形成絮凝體，在分離區(qū)中進(jìn)行分離處理。機(jī)械加速澄清池的特點為發(fā)揮泥渣活性作用，快速且高頻率地進(jìn)行碰撞，進(jìn)一步提高設(shè)備性能和泥渣處理質(zhì)效。攪拌澄清池中包含機(jī)械攪拌設(shè)備，機(jī)械攪拌設(shè)備部分為上下兩部分，兩部分均安裝在一個軸上。其中，上部分是提升葉輪，下部分是攪拌槳。混合水泥在機(jī)械攪拌設(shè)備上部分的作用下，被提至第二反應(yīng)室，下部分裝置會促使第一混合反應(yīng)室中的泥渣反復(fù)流動。同時，與原水混合[4]。

該化纖企業(yè)原有污水處理工程包含5 座機(jī)械攪拌澄清池，每一個澄清池的尺寸是Φ169 mm，其中，分離區(qū)上升流速達(dá)到0.25 mm/s，設(shè)計處理水量達(dá)到5 000 m3/d。該化纖企業(yè)污水處理改造工藝流程如圖2所示。

圖2 化纖企業(yè)污水處理改造工藝流程圖

2.3 設(shè)計要點

2.3.1 吹脫池

吹脫池處于提升泵房和澄清池中間，容積為750 m3，吹脫時間為25～30 min。如化纖企業(yè)污水流量4 000 m3/d，使用該吹脫池就完全符合企業(yè)需求。技術(shù)人員可控制pH 值，以確保硫離子被脫出[5]。

2.3.2 高效澄清池

對化纖企業(yè)污水處理工程進(jìn)行計算，可得出不增加構(gòu)筑物時，如該企業(yè)使用高效澄清技術(shù)，就必須改造5 座澄清池。改造5 座澄清池后，5 座澄清池的污水處理能力均高于8 000 m3/d。如1 座澄清池停止工作，其余澄清池均能實現(xiàn)10 000 m3/d，污水處理能力完全符合企業(yè)需求。在改造澄清池方面，需注意以下8 點。

1）需對進(jìn)水管道進(jìn)行改造，將其改為底部切線進(jìn)水。進(jìn)水管道改造為Φ400 mm。

2）將原有污水處理裝置中的機(jī)械攪拌裝置進(jìn)行拆除處理。

3）在高效澄清池中裝置網(wǎng)格式微渦旋混凝反應(yīng)器。

4）在原有裝置基礎(chǔ)上設(shè)置反應(yīng)筒。

5）應(yīng)用澄清池底部和環(huán)行穿孔排泥管相結(jié)合的新方式，解決堵塞問題。

6）增加斜管，解決分離工作效率低的問題。

7）使用復(fù)合絮凝劑后，鋅離子質(zhì)量濃度不超過2 mg/L，硫離子質(zhì)量濃度不超過0.5 mg/L。第八，使用pH 值作為檢測依據(jù)進(jìn)行監(jiān)測時，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的石灰乳進(jìn)行調(diào)節(jié)后，pH 值不超過10 且不低于9.5，鋅離子的處理成果符合污水處理標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2.3.3 均合池

改造化纖企業(yè)污水處理設(shè)備時，需對均合池鼓風(fēng)攪拌系統(tǒng)進(jìn)行改造，消除沉積現(xiàn)象，確保作業(yè)時無沉積。隨后，利用均合池容積，使吹脫效果達(dá)到負(fù)2 價的硫離子。使用耐酸符合塑料管代替均合池鼓風(fēng)攪拌管道原有材料，并鋪設(shè)兩組穿孔道，鋪設(shè)位置為池底。需要注意的是，每一個池子均需鋪設(shè)穿孔管，為曝氣攪拌工作提供便利。

2.3.4 石灰投加系統(tǒng)

污水處理工程包含石灰乳配置工作。開展工作時，需面對惡劣的工作環(huán)境，并投入較多的人力。改造石灰乳配置工作主要目標(biāo)是改善工作環(huán)境、減輕工作強(qiáng)度。石灰投加系統(tǒng)改進(jìn)工作需注意以下四部分內(nèi)容。首先，工作人員需設(shè)置料位控制。料位信號指導(dǎo)工作人員進(jìn)行物料輸送工作。工作人員配灰過程中，僅需打開控制閥，石灰就可自動進(jìn)入料倉。其次，需重視配灰筒水流量。實際控制工作中，工作人員需重視石灰量與進(jìn)水量的比例，以保障石灰乳濃度符合標(biāo)準(zhǔn)。再次，需開展罐內(nèi)液位控制工作。實際工作中，工作人員需開展該項工作。罐內(nèi)液位處于低液位時，需立即通知工作人員進(jìn)行配料，罐內(nèi)液位處于高液位時，僅需開泵進(jìn)料即可。為確保連續(xù)供料工作順利進(jìn)行，兩個貯灰罐的液位需自動切換，在此情況下，可將出口閥更換成電動控制閥。最后，澄清池中的pH 在線儀表數(shù)值是工作人員控制投灰泵的主要依據(jù)，可通過操作投灰泵以保障pH 值超過9.5，但不超過10。

3 化纖企業(yè)污水處理工程調(diào)試、運(yùn)行情況、主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

該化纖企業(yè)污水處理工程改造結(jié)束后立即投入調(diào)試階段。改造結(jié)束后，新高效澄清池不需要投泥工作，節(jié)省投泥時間和啟動時間。首次啟動后，高效澄清池在3 d 內(nèi)實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。調(diào)試過程中，工作人員對4 個單池進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果顯示，4 個單池最大出水量均能達(dá)到15 000 m3/d。

實際調(diào)試過程中，高效澄清池受到曝堿、曝酸影響。水質(zhì)恢復(fù)到正常數(shù)值后，該高效澄清池迅速恢復(fù)到正常狀態(tài)，并持續(xù)運(yùn)行。兩年后，高效澄清池正常運(yùn)作且各項指標(biāo)均符合地方與國家標(biāo)準(zhǔn)、也符合設(shè)計要求。其中，鋅離子質(zhì)量濃度未超過2 mg/L，硫離子質(zhì)量濃度未超過0.3 mg/L，出水懸浮物質(zhì)量濃度未超過30 mg/L[7]。

針對污水處理工程改造，該化纖企業(yè)總投入在450～550 萬元，其中，運(yùn)行費用為0.4 元/m2。

總之，如不增加構(gòu)筑物，化纖企業(yè)污水處理工程使用高效澄清池能提高污水處理效果，滿足企業(yè)發(fā)展需求。高效澄清池應(yīng)用后處理水量增加2 200 m3/d，經(jīng)測試該污水處理工程運(yùn)作情況良好，水質(zhì)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)且優(yōu)于地方標(biāo)準(zhǔn)。與原有污水處理工程相比，高效澄清池具備強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷力。實際作業(yè)過程中，可能會出現(xiàn)水質(zhì)或水量波動較大的情況，但仍能保持出水水質(zhì)質(zhì)量。除此之外，工程改造后，自動化程度迅速提高，工作環(huán)境得以優(yōu)化，工作人員的工作強(qiáng)度有所減少。該工程改造所花費用相對較低，運(yùn)行過程中消耗費用較少，有利于企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。

4 結(jié)論

化纖企業(yè)原有污水處理工程日處理水量未達(dá)到企業(yè)要求及國家標(biāo)準(zhǔn)。在不增加構(gòu)筑物的背景下，使用高效澄清池改造后，該企業(yè)污水處理工程日處理水量提高至4 000 m，不僅滿足企業(yè)需求，還符合國家標(biāo)準(zhǔn)。改造后，對污水處理工程進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果符合設(shè)計要求，也滿足企業(yè)發(fā)展需求。除此之外，該工程日運(yùn)行費用僅有0.4 元，大大節(jié)約運(yùn)行成本。