中置式高密度沉淀+超濾工藝優(yōu)化改造

葛華飛

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海 200092)

0 引言

中置式高密度沉淀池具有結(jié)構(gòu)緊湊合理且簡(jiǎn)單,占地面積小的特點(diǎn)[1],而“高密度沉淀+超濾”超短型流程,適用于老水廠的提標(biāo)增量,可在原有“常規(guī)斜管沉淀+過濾”工藝池體上改造,具有投資省、工期短、對(duì)現(xiàn)狀生產(chǎn)影響小的優(yōu)點(diǎn)[2]。隨著居民對(duì)生活用水品質(zhì)要求的提高,更多的老水廠將面臨提標(biāo)改造[3],“高密度沉淀+超濾”組合工藝應(yīng)用將逐漸增多,相比于常規(guī)制水工藝,有許多工藝細(xì)節(jié)要注意,目前該組合工藝應(yīng)用不多,相關(guān)問題報(bào)道少。本文介紹西北某地表水廠“高密度沉淀+超濾”組合工藝優(yōu)化改造方案,為其他水廠提供借鑒。

1 工藝優(yōu)化前水廠現(xiàn)狀

某水廠日處理規(guī)模10萬m3/d,原水為水庫(kù)水,具有低溫低濁的特點(diǎn),采用“中置式高密度沉淀池+浸沒式超濾膜”組合處理工藝,集中布置在沉淀膜濾綜合池內(nèi)。

中置式高密度沉淀池分獨(dú)立2格,每格按功能可分為混合區(qū)、機(jī)械絮凝區(qū)、污泥濃縮區(qū)、斜管分離區(qū)4個(gè)部分。經(jīng)過混合區(qū)、機(jī)械絮凝區(qū)形成的污泥顆粒,在斜管分離區(qū)進(jìn)行沉淀分離,清水由斜管上方的集水槽收集,進(jìn)入膜池進(jìn)水渠,污泥經(jīng)濃縮后部分由污泥循環(huán)泵輸送至前端混合池中,回流比為10%,其余污泥經(jīng)排泥泵排入廠區(qū)污泥處理系統(tǒng)?，F(xiàn)狀在混合池內(nèi)投加復(fù)合混凝劑,因擔(dān)心膜堵塞,未投加助凝劑。

浸沒式膜池分獨(dú)立2組,每組6格,分2排布置,共12格,每格設(shè)膜堆10組,每組膜堆內(nèi)安裝54簾PVC合金膜,單簾膜有效過濾面積35 m2,單組膜堆的膜有效過濾面積為1 890 m2,設(shè)計(jì)過水通量為20.2 L/(m2·h-1)。設(shè)有周期性物理清洗和化學(xué)清洗系統(tǒng),物理清洗包括反沖洗和空氣擦洗,將超濾產(chǎn)水反向透過中空纖維膜,同時(shí)膜堆底部通過氣沖擦洗膜絲表面去除沉積物,水反沖洗強(qiáng)度為60 L/(m2·h-1),氣擦洗強(qiáng)度為50 m3/(m2·h-1),每次物理清洗持續(xù)約1 min～2 min?；瘜W(xué)清洗包括維護(hù)性化學(xué)清洗和恢復(fù)性化學(xué)清洗。維護(hù)性化學(xué)清洗在反沖洗時(shí)加入低濃度的次氯酸鈉(0.01%)浸泡超濾膜絲,以減緩超濾膜的深層污染,維持超濾系統(tǒng)通量?；謴?fù)性化學(xué)清洗,采用水泵將濾過水打入膜池,投加酸洗藥劑或堿洗藥劑,達(dá)到清洗液位后,使膜堆在藥液中浸泡4 h～6 h,浸泡的同時(shí)間隔氣擦洗加強(qiáng)清洗效果,先進(jìn)行堿洗,再進(jìn)行酸洗。膜池維護(hù)性清洗或恢復(fù)性清洗后的廢液,排放至有效容積340 m3中和池,經(jīng)中和后,排入廠區(qū)雨水系統(tǒng)。

水廠于2012年投產(chǎn),至2020年已運(yùn)行8 a,存在下述問題:1)高密度沉淀池出水濁度高,平均3 NTU～5 NTU,與進(jìn)水濁度相近,偶爾高于進(jìn)水濁度;2)超濾膜膜絲斷裂,膜通量小,跨膜壓差高;3)膜池底部存在積泥現(xiàn)象,無法有效地將泥排出,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后需要人工清淤,管理不便;4)中和池內(nèi)酸洗廢液和堿洗廢液混合效果不好,廢液pH值不穩(wěn)定,不達(dá)標(biāo)。

2 中置式高密度沉淀池工藝優(yōu)化

2.1 攪拌機(jī)更換

高效混合、提升絮凝是高密度沉淀池運(yùn)行的關(guān)鍵要素。每格高密度沉淀池均設(shè)有2個(gè)混合區(qū)和2個(gè)絮凝區(qū),每個(gè)混合區(qū)設(shè)有1臺(tái)混合攪拌機(jī)和1臺(tái)絮凝提升攪拌機(jī)?；旌蠀^(qū)應(yīng)保證進(jìn)行恰當(dāng)、急劇和充分的混合,混合攪拌機(jī)攪拌均勻度不應(yīng)低于95%,絮凝提升攪拌機(jī)提升速度不宜過快,提升流量一般按照設(shè)計(jì)流量的5倍～10倍[4],即1.52 m3/s～3.04 m3/s。

為檢驗(yàn)混合均勻度,分別在混合區(qū)出水堰不同高度和長(zhǎng)度處設(shè)6個(gè)取樣點(diǎn),檢測(cè)余鋁濃度,實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)混合攪拌均勻度在76%～91%之間,未達(dá)要求。

絮凝提升攪拌機(jī)導(dǎo)流筒內(nèi)外液面高差反映了提升流量,按淹沒堰過流量計(jì)算,提升流量達(dá)設(shè)計(jì)流量的5倍～10倍時(shí),筒內(nèi)外水位高差應(yīng)不小于1 cm～2 cm,實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流筒內(nèi)外基本沒有水位高差,未達(dá)要求。

因此,更換混合攪拌機(jī)和絮凝提升攪拌機(jī),保證混合均勻度和絮凝提升流量的要求。

2.2 增設(shè)回流污泥濃度檢測(cè)設(shè)施

污泥回流的主要目的在于形成高濃度的泥渣層,截除水中非溶解性物質(zhì)。根據(jù)回流污泥濃度調(diào)整污泥回流比,適應(yīng)水質(zhì)變化。污泥回流濃度與泥位相關(guān),通過泥位的監(jiān)測(cè)可以進(jìn)行污泥回流比的控制。本工程通過下述方式檢測(cè)污泥濃度和泥位:1)回流污泥管上增設(shè)污泥濃度計(jì);2)池內(nèi)增設(shè)泥位計(jì);3)配置移動(dòng)式泥位檢測(cè)設(shè)備。采用移動(dòng)伸縮式吸口泥位檢測(cè)設(shè)備,設(shè)自吸泵于移動(dòng)小車上,吸水管采用卷盤方式,可為固定有標(biāo)尺的PE軟管,末端設(shè)重錘,由絮凝區(qū)出水導(dǎo)流區(qū)向下投入,觀察自吸泵出水污泥濃度,確定下方泥位;4)池體側(cè)壁開設(shè)采樣點(diǎn),池底以上0.5 m～2.0 m,以0.25 m深為間距,在池體側(cè)壁上設(shè)采樣孔,以采樣濃度判斷泥位。

方式1),2)為日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源,考慮泥位計(jì)儀表常出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差較大的問題,輔以方式3),4)幫助進(jìn)一步確定污泥泥位及濃度,適時(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)。

2.3 增設(shè)PAM去除措施

混凝劑與助凝劑投量對(duì)高密度沉淀池出水濁度影響較大[5]。為提高反應(yīng)效果,將復(fù)合混凝劑改為PAC,平均投加量5 mg/L,同時(shí)增加PAM投加設(shè)備,平均投加量0.2 mg/L,PAM固體溶解到0.1%,再稀釋到0.02%投加。為防止PAM堵塞超濾膜,在沉淀池至膜池之間的出水連接渠設(shè)強(qiáng)力噴射器投加PAC,消除沉淀池出水中剩余的PAM。高密度沉淀池更新改造示意圖如圖1所示。

3 膜池更新改造

3.1 超濾膜更換

為解決原超濾膜老化、膜絲斷裂等問題,更換全部膜堆膜組件,采用高抗拉強(qiáng)度PVDF膜,換膜后膜面積和膜通量保持不變,出水母管等配套系統(tǒng)利舊。

3.2 膜池底部沖洗改造

為解決膜池積泥的問題,新增膜池底部沖洗系統(tǒng),視積泥情況,定期對(duì)膜池底部進(jìn)行沖洗。沖洗系統(tǒng)主要利用現(xiàn)有反沖洗水泵和管路,從反沖洗管道上接出一根DN300的管道連接到化學(xué)清洗主管上,反沖洗水通過現(xiàn)狀化學(xué)清洗管道進(jìn)入膜池底部,設(shè)置穿孔沖洗管,對(duì)膜池底部進(jìn)行均勻沖洗。沖洗管開孔比約0.2%,孔口流速3.56 m/s,水沖均勻度達(dá)96.6%,如圖2所示。

4 中和池更新改造

單格膜池有效容積為135 m3(按超過膜絲頂10 cm計(jì)),而現(xiàn)狀中和池有效容積340 m3,不到單格膜池有效容積的3倍,容積偏小,為避免溢流風(fēng)險(xiǎn),優(yōu)化化學(xué)清洗程序,并計(jì)算實(shí)際廢水量,另從節(jié)約藥劑的角度考慮,分析化學(xué)清洗藥劑復(fù)用的可行性。

4.1 廢水量計(jì)算

恢復(fù)性化學(xué)清洗由堿洗和酸洗兩部分組成,按照先堿洗后酸洗的順序進(jìn)行,本次改造化學(xué)清洗程序如圖3所示。

單格膜池化學(xué)清洗藥品用量及濃度如表1所示。

表1 化學(xué)清洗藥劑與濃度一覽表

清洗流程為:1)先NaClO堿洗,廢水排入中和池,同時(shí)加入NaHSO3以還原NaClO。再酸洗,廢水排入中和池,再投加NaOH中和多余的HCl,達(dá)標(biāo)后排放。2)再?zèng)_洗兩遍膜池,廢水排入中和池。

過程1)排入中和池的廢水量=(1格膜池水量+1 min反洗水量+NaHSO3還原量)+(1格膜池水量+1 min反洗水量+NaOH中和量)=311 m3;過程2)排入中和池的廢水量=2×(1格膜池水量)+2 min反洗水量=308 m3,現(xiàn)狀中和池有效容積滿足要求。

4.2 化學(xué)清洗藥劑復(fù)用分析

考慮化學(xué)清洗藥劑復(fù)用,更改清洗流程,如表2所示。藥劑復(fù)用,清洗2格膜池用液量如表3所示。

表2 化學(xué)清洗藥劑重復(fù)利用計(jì)算表

表3 藥劑復(fù)用清洗2格膜池用量

對(duì)比表1可見,NaClO和HCl用量有所減少,而HCl,NaOH用量沒有變化,考慮到藥劑復(fù)用存在膜污染的可能性,且整個(gè)清洗流程較長(zhǎng),自控也較為復(fù)雜,故本次改造未采用。

4.3 新增中和池廢水循環(huán)管

為解決中和池廢液混合處理效果差的問題,從中和池現(xiàn)狀廢水排放泵出口管上接出循環(huán)管路,接入中和池進(jìn)水管,設(shè)置切換閥門,在現(xiàn)有中和池pH計(jì)和液位計(jì)基礎(chǔ)上,新增OPR儀,化學(xué)清洗廢液排入中和池后,投加NaOH,NaHSO3藥劑循環(huán)至中和池廢水達(dá)標(biāo)后排放。

5 結(jié)語(yǔ)

水廠自更新改造工程實(shí)施至今已運(yùn)行2 a,高密度沉淀池出水濁度穩(wěn)定在1 NTU左右,膜池出水濁度穩(wěn)定在0.1 NTU以下,設(shè)計(jì)膜通量下,跨膜壓差穩(wěn)定控制在10 m以內(nèi),中和池廢液均達(dá)標(biāo)排放,順利實(shí)現(xiàn)了改造目標(biāo)。本工程所采用的技術(shù)措施可為國(guó)內(nèi)其他水廠提供借鑒和參考。