高密度沉淀池運(yùn)行狀況分析及控制技術(shù)研究

初 明

寶武集團(tuán)梅山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部

0 概述

梅鋼公司是一個(gè)擁有煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋工序的全流程大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。以前西明渠排放的廢水主要來(lái)源于電廠、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等廠的生產(chǎn)廢水和居民生活區(qū)的生活污水（生活污水經(jīng)廠區(qū)污水處理站曝氣、沉淀處理后排入），廢水排放量約8萬(wàn)m3/天。

梅鋼于2006 年投資1 億元建設(shè)了回用水廠，主要功能是將西明渠污水截留處理并回用。采用的是法國(guó)得利滿公司的處理工藝和設(shè)備集成，設(shè)計(jì)日處理污水量10 萬(wàn)t。項(xiàng)目設(shè)計(jì)所有污水都要經(jīng)過(guò)4 座高密度沉淀池進(jìn)行處理，每座高密度沉淀池中連續(xù)用電設(shè)備裝機(jī)容量為26 kW，每日用電量約600 kWh。

如何處理不同的污水量，合理利用高密度沉淀池的處理技術(shù)，在經(jīng)過(guò)理論論證及多次實(shí)際試驗(yàn)，結(jié)合高密度沉淀池和V 型濾池相關(guān)運(yùn)行工藝要求，在確保出水的水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，通過(guò)工藝改進(jìn)、操作調(diào)整、適時(shí)調(diào)節(jié)，在達(dá)到污水處理量少于一定量時(shí)，減少1座高密度沉淀池運(yùn)行，最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 工藝流程及處理特點(diǎn)

1.1 回用水廠工藝流程

完全截流后的西明渠污水經(jīng)過(guò)粗、細(xì)格柵進(jìn)入調(diào)節(jié)池混合，混合后的出水經(jīng)泵提升至前混凝反應(yīng)池，在快速攪拌器作用下污水與混凝劑和石灰進(jìn)行快速混合。混凝后的污水以重力自流入高密度沉淀池的絮凝反應(yīng)池，在絮凝劑和回流污泥的共同作用下增強(qiáng)了污水的沉淀效果，充分混合的污水在高密度沉淀池的斜管沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離。上清液出水在進(jìn)入濾池之前，先流經(jīng)后混凝反應(yīng)池。在池內(nèi)投加硫酸以調(diào)節(jié)pH 值和投加混凝劑以增強(qiáng)濾池的過(guò)濾效果和延長(zhǎng)過(guò)濾周期。在后混凝后，澄清后的污水被分配到V 型濾池中以去除殘留的懸浮物，滿足出水要求。污水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 污水處理工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2 高密度沉淀池功能

高密度沉淀池處于回用水處理工藝中第二個(gè)環(huán)節(jié)，原水首先流入快速攪拌池，與混凝劑及石灰接觸后進(jìn)行混凝，一臺(tái)快速攪拌器連續(xù)運(yùn)行，以幫助混凝和堿度去除反應(yīng)并避免礬花沉淀。一臺(tái)投加泵（一用一備）將混凝劑投加到快速攪拌池入口；另一臺(tái)加藥泵（一用一備）將石灰投加到快速攪拌池進(jìn)口渠道。通過(guò)變頻器按原水流量和需要的投加濃度來(lái)控制加藥泵的運(yùn)行。主要通過(guò)絮凝、混凝、沉淀等方式，達(dá)到分離水中固體懸浮物、去除漂浮油類、吸附水中大分子物質(zhì)的作用（見(jiàn)圖2）。

圖2 高密度沉淀池功能

1.3 目前存在問(wèn)題

高密度沉淀池主要功能是處理調(diào)節(jié)池內(nèi)全部污水。設(shè)計(jì)要求為確保水質(zhì)，4 座高密度沉淀池及附屬設(shè)備全部投入運(yùn)行，不能根據(jù)提升泵的實(shí)際提升量（即不能根據(jù)污水的實(shí)際流量）來(lái)控制高密度沉淀池的運(yùn)行座數(shù)。從數(shù)據(jù)上分析，當(dāng)污水的實(shí)際流量偏小時(shí)，高密度沉淀池存在過(guò)處理情況，浪費(fèi)了人力與物力。

2 國(guó)內(nèi)外解決同類問(wèn)題的技術(shù)方案及存在的問(wèn)題

高密度沉淀池是污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備之一，設(shè)計(jì)部門和工藝集成考慮其處理污水的去污能力，更多地關(guān)注水的流動(dòng)性。通過(guò)在行業(yè)內(nèi)部了解及上網(wǎng)搜索，僅有如何使高密度沉淀池工作狀況良好，即對(duì)高密度沉淀池高效的絮凝及混凝過(guò)程控制、污泥層泥位界面控制、高效的斜管分布及設(shè)置、連續(xù)的工況自動(dòng)監(jiān)控方面的探索和介紹。這也是目前國(guó)內(nèi)污水處理工藝中對(duì)高密度沉淀池設(shè)備的研究方法。

作為使用單元，工藝確定后，在保證出水水質(zhì)的前提下，做到處理工藝和最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行相結(jié)合，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)能降耗、帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。本文的研究點(diǎn)在于：把沒(méi)有引起關(guān)注的根據(jù)不同污水量，合理調(diào)節(jié)高密度沉淀池運(yùn)行座數(shù)作為研究方向，通過(guò)工藝改進(jìn)和操作改進(jìn)取得成功。

3 改進(jìn)措施

3.1 高密度沉淀池處理能力及運(yùn)行方式對(duì)水質(zhì)影響的研究

高密度沉淀池處理工藝分為絮凝反應(yīng)區(qū)、預(yù)沉區(qū)、斜管分離區(qū)。污水在絮凝反應(yīng)區(qū)中的助凝劑和回流污泥的作用下生成比較致密的礬花，通過(guò)預(yù)沉區(qū)均勻流速和碰撞濃縮后進(jìn)入分離區(qū)，分離區(qū)的上部活性污泥通過(guò)回流系統(tǒng)回絮凝反應(yīng)區(qū)，與來(lái)水進(jìn)行充分混合，底部濃縮的污泥被濃縮區(qū)底部的刮泥機(jī)刮入泥斗由排泥泵送至污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行脫水處理。沉淀后的清水由集水槽收集后進(jìn)入后混凝池，進(jìn)一步完成混合反應(yīng)、調(diào)節(jié)PH后，一部分進(jìn)入V型濾池進(jìn)行過(guò)濾處理，一部分達(dá)標(biāo)排放。相關(guān)流程見(jiàn)圖3。

圖3 高密度沉淀池流程

高密度沉淀池設(shè)計(jì)為4 座并列運(yùn)行，平均處理水量約為80 000 m3/天，按照工藝要求投運(yùn)了4 座高密度沉淀池。由于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，回用水的處理量隨時(shí)在變化，若在處理流量偏小時(shí)，減少1座高密度沉淀池投入運(yùn)行，必須改變運(yùn)行方式、改變加藥工藝并優(yōu)化操作。

通過(guò)以上分析，我們采用改變加藥濃度及周期；調(diào)整系統(tǒng)排泥時(shí)間及排泥頻次，提高排泥濃度；增加系統(tǒng)內(nèi)污泥回流泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，提高污泥回流比來(lái)確保處理能力和出水水質(zhì)。

3.2 改進(jìn)方案及相關(guān)內(nèi)容

1)目前公司回用水廠高密度沉淀池投加的混凝劑是聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。PAC 溶于水后，即形成聚合陽(yáng)離子，對(duì)水中膠粒起電性中和及架橋作用。PAM 混凝效果在于對(duì)膠體表面具有強(qiáng)烈的吸附作用，在膠粒之間形成橋聯(lián)。如果優(yōu)化高密度沉淀池運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)3 座高密度沉淀池運(yùn)行，則由于進(jìn)水懸浮物總量提高，必須對(duì)PAC 和PAM 的加藥方式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以確保出水水質(zhì)。

（1）為了確定藥劑的投加量，我們進(jìn)行了凝聚試驗(yàn)來(lái)確定藥劑的用量以及適宜的凝聚條件。將試驗(yàn)水樣置于一組燒杯內(nèi)，每個(gè)燒杯內(nèi)放入一攪拌器。為了模擬水與藥劑的快速混合，先將轉(zhuǎn)速調(diào)在100～160 r/min范圍內(nèi)，待攪拌穩(wěn)定后，再向各個(gè)燒杯里添加不同劑量的藥劑?？焖倩旌系臅r(shí)間最少為30s，通常為1～3 min。隨即將轉(zhuǎn)速調(diào)到20～40 r/min，以模擬慢速混合，持續(xù)15～20 min，讓絮凝物與懸浮顆粒充分接觸。然后停止攪拌使之靜置，讓絮凝物在重力作用下沉淀，仔細(xì)觀察直到所有的絮凝物沉降到燒杯底部為止。從開(kāi)始觀察時(shí)起，每隔一定的時(shí)間間隔測(cè)定一次清水與沉渣層界面的高度。根據(jù)燒杯內(nèi)清水層高度達(dá)到所需要的時(shí)間，把絮凝物的沉淀效果分成四個(gè)等級(jí)（見(jiàn)表1）。在沉降結(jié)束或沉降15 min 后，對(duì)各燒杯內(nèi)上部清水進(jìn)行分析。

表1 絮凝物的沉淀效果

（2）運(yùn)行3座高密度沉淀池，每座高密度沉淀池進(jìn)水量相應(yīng)增加，勢(shì)必影響高密度沉淀池斜管區(qū)域的表面負(fù)荷。因此在試驗(yàn)調(diào)整藥劑投加方式同時(shí)，我們對(duì)斜管沉淀區(qū)域表面負(fù)荷q 進(jìn)行了測(cè)試計(jì)算，并通過(guò)雷諾數(shù)Re、弗勞德數(shù)Fr、斜管中的沉淀時(shí)間T進(jìn)行了核算。

通過(guò)計(jì)算，在來(lái)水量低的情況下，運(yùn)行3座高密度沉淀池滿足必要的表面負(fù)荷。根據(jù)以上理論計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果，最終確定將PAC、PAM 藥劑投加量下降10%，同時(shí)污泥回流比從4%降低至2%。

2）對(duì)排泥周期和排泥時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)摸索將排泥周期由原來(lái)進(jìn)水量4 000 m3排泥一次增加至5 000 m3排泥一次，排泥時(shí)間由5 min 增加至6 min，因此提高了排泥的濃度，減少排泥量。

3）運(yùn)行操作人員密切關(guān)注提升泵提升量，在保證出水質(zhì)量的前提下，根據(jù)來(lái)水水量調(diào)節(jié)高密度沉淀池的運(yùn)行。通過(guò)多次試驗(yàn)，確定在提升量低于3 542 m3/h時(shí)，改為3座高密度沉淀池運(yùn)行。

3.3 實(shí)施后效果

1）在確保水質(zhì)的前提下，調(diào)整了運(yùn)行控制方案，設(shè)備運(yùn)行和操作安全沒(méi)有受到影響；由于改善了控制工藝，對(duì)高密度沉淀池排泥進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整了排泥周期，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排泥，減少了排泥量及外運(yùn)污泥，對(duì)于環(huán)保起到了積極的影響。

2）通過(guò)高密度沉淀池精益運(yùn)行調(diào)整，根據(jù)回用水廠不同進(jìn)水量及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方案，年節(jié)約電量約240 000萬(wàn)kWh。

4 結(jié)論

回收治理綜合污水并進(jìn)行科學(xué)合理的循環(huán)利用，不斷提高水資源的綜合利用水平，是創(chuàng)建節(jié)水型企業(yè)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然要求。梅鋼公司回用水廠從2006 年運(yùn)行至今，對(duì)于高密度沉淀池精益運(yùn)行方案進(jìn)行了仔細(xì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯岢隽讼鄳?yīng)的運(yùn)行改進(jìn)措施?；赜盟畯S在實(shí)施了這些措施后，在有效保障出水水質(zhì)的情況下，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。