陳鵬華
(霍州煤電集團晉北煤業(yè)有限公司環(huán)保節(jié)能中心,山西 忻州 035100)
高密度沉淀池工藝是一項水沉淀處理新工藝,高密度沉淀池為三個單元的綜合體:反應(yīng)、預(yù)沉池-濃縮和斜板分離,在該沉淀池中,采用絮凝后的污泥做催化劑,改善絮凝和沉淀效果。高密度沉淀池的主要工藝原理是利用回流污泥,與污水一起混凝、絮凝(反應(yīng)),然后污泥沉淀濃縮,污水經(jīng)過斜板沉淀進行分析。當(dāng)前,在煤礦工業(yè)廢水和生活污水處理中,高密度沉淀池應(yīng)用較為廣泛[1-5]。
晉北煤業(yè)污水處理站設(shè)計水處理能為250 m3/h,但該污水處理站實際處理水量為360 m3/h,實際處理水量超過設(shè)計處理能力,為超負(fù)荷工作狀態(tài)。出水出質(zhì)要求符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)和《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》(MT/T 5014-96)中《選煤廠用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。該污水處理站設(shè)計中進、出水水質(zhì)參數(shù)見表1。
表1 污水處理站設(shè)計中進、出水水質(zhì)參數(shù)
晉北煤業(yè)公司污水處理站改造前污水處理工藝如圖1。
圖1 污水處理站改造前污水處理工藝示意圖
煤礦各類污水通過提升泵提升到初沉池中;經(jīng)初沉池靜置沉淀后進入調(diào)節(jié)池進行均質(zhì)、均量,并設(shè)置除油機去除表面浮油;通過潛水排污泵加壓提升到高密度沉淀池;在高密度沉淀池經(jīng)過絮凝和沉淀處理后進入中間水池;靜置后進入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組,經(jīng)吸附處理后出水進入消毒池;通過ClO2消毒后排入回用水池,處理達(dá)標(biāo)的污水用于生產(chǎn)。
晉北煤業(yè)開采規(guī)模擴大,產(chǎn)生和排放的污水量也隨即增加,導(dǎo)致污水處理站的實際運行處理量從250 m3/h 增加到360 m3/h,處理站的超負(fù)荷運行導(dǎo)致出水SS 濃度在12~14 mg/L 左右,出水水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)。
該污水處理站改造前問題分析:混凝劑采用PAC(聚氯化鋁),投加濃度為210 mg/L,投加濃度過大;絮凝劑采用PAM(聚丙烯酞胺),投加濃度為12 mg/L,投加濃度過大;進入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組反沖洗次數(shù)增加頻繁;污泥脫水性能不佳。
高密度沉淀池改造前結(jié)構(gòu)及布置情況如圖2。通過對改造前高密度沉淀池的問題分析,為其改造提供思路。
圖2 高密度沉淀池改造前結(jié)構(gòu)及布置示意圖
(1)從圖2 中可知,PAC 和PAM 投加位置一致,PAC 投加后沒與處理污水充分混合,混凝劑水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)反應(yīng)不充分。
(2)PAC 投加后沒有進行劇烈攪拌,導(dǎo)致PAC 的反應(yīng)和混凝沉淀不充分,僅僅在導(dǎo)流筒上端安裝有一功率為0.75 kW 的小型攪拌機,攪拌設(shè)備功率偏小,攪拌不充分。
(3)PAC 投加濃度過大,反而影響混凝效果,污泥脫水性能不佳。
(4)高密度沉淀池污水處理量增加到360 m3/h后,無法在高密度沉淀池現(xiàn)場增加相應(yīng)的污水處理設(shè)備提高處理能力。
(5)高密度沉淀池處理能力不足、運行效果不佳,使得出水進入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組后反沖洗次數(shù)頻繁增加。
基于污水處理站實際運行處理量達(dá)360 m3/h 的實際情況,結(jié)合改造前高密度沉淀池的問題分析,設(shè)計了本次高密度沉淀池的改造方案。改造后高密度沉淀池共設(shè)計為兩組,尺寸規(guī)格(L×B×H)=8.6 m×5.2 m×5.1 m,導(dǎo)流筒Ф1.0 m×3.0 m,反應(yīng)室V=40.2 m3。改造后的高密度沉淀池結(jié)構(gòu)及布置情況如圖3。
圖3 高密度沉淀池改造后結(jié)構(gòu)及布置示意圖
由圖3 可知,高密度沉淀池主要改造內(nèi)容如下:
(1)調(diào)整以往功率0.75 kW 的小型攪拌電機為4 kW 中型攪拌電機,攪拌機轉(zhuǎn)速從以往30 r/min 調(diào)整為68 r/min,有效提高了混凝劑的攪拌力度。
(2)將以往的混凝劑和絮凝劑投加位置進行改造,將混凝劑和絮凝劑分開為二層,在兩個位置進行投加。
(3)在絮凝反應(yīng)室中增加一套折流板設(shè)置。
該污水處理站高密度沉淀池主要由快速混合反應(yīng)單元、絮凝單元、沉淀和污泥濃縮單元三大部分組成。本次改造主要是對快速混合反應(yīng)單元、絮凝單元進行改造,沉淀和污泥濃縮單元未改動。
(1)快速混合反應(yīng)單元。該快速混合反應(yīng)單元主要在混合池內(nèi)進行,通混凝劑加入混合池內(nèi)后,采用攪拌機進行劇烈攪拌,混凝劑在污水中快速分散,使其在污水中均勻分布形成小的絮體。以往快速混合反應(yīng)單元沒有設(shè)置單獨的混合池,混凝效果不佳。針對這一問題,將以往的導(dǎo)流筒區(qū)域改造為混合反應(yīng)區(qū)域,經(jīng)試驗確定反應(yīng)階段最佳參數(shù):PAC 投加濃度為70 mg/L,混合攪拌時間55 s,攪拌速度梯度980 s-1。
(2)絮凝單元。絮凝單元主要在絮凝反應(yīng)池內(nèi),污水進入后經(jīng)混凝反應(yīng)通過導(dǎo)流筒流入絮凝反應(yīng)池內(nèi),由上至下通過折板進行絮凝反應(yīng)促使絮體增大,污水進一步流入沉淀和污泥濃縮單元,去除絮體。經(jīng)試驗確定:PAM 投加濃度為4 mg/L,污水在絮凝反應(yīng)池中的最佳停留時間為16 min。
晉北煤業(yè)污水處理站高密度沉淀池改造完成后,于2020 年9 月投入到實踐應(yīng)用中。當(dāng)前污水處理站及高密度沉淀池工藝整體運行正常,污水處理站能順利完成360 m3/h 的實際水量的處理。改造后,高密度沉淀池工藝混凝劑PAC 的投加濃度從210 mg/L 降低到70 mg/L,絮凝劑PAM 的投加濃度從12 mg/L 降低到4 mg/L,PAC 和PAM 藥劑有了大幅度降低,對污水的混凝沉淀和絮凝效果反而更加理想。污水經(jīng)處理后出水水質(zhì)符合設(shè)計要求,其SS濃度檢測結(jié)果如圖4,SS濃度保持在3 mg/L之下,符合設(shè)計要求。高密度沉淀池改造后,因為PAC 和PAM 投加濃度降低,污泥脫水性能有效提高了,同時減少了污水進入壓力砂濾罐和壓力碳濾罐組后的反沖洗次數(shù)。
圖4 改造后出水水質(zhì)SS 檢測結(jié)果示意圖
(1)改造前,高密度沉淀池攪拌機、刮泥機等設(shè)備的耗電成本為103 元/天,混凝劑PAC 的投加費用為2678 元/天,絮凝劑PAM 的投加費用為1658 元/天,合計費用為4439 元/天。改造后,高密度沉淀池攪拌機、刮泥機等設(shè)備的耗電成本為207 元/天,混凝劑PAC 的投加費用為890 元/天,絮凝劑PAM 的投加費用為553 元/天,合計費用為1650 元/天。高密度沉淀池改造后運行費用從4439元/天降低到了1650 元/天,經(jīng)濟效益顯著。
(2)高密度沉淀池改造后,處理站出水水質(zhì)符合設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn),特別是SS 濃度從12~14 mg/L左右降低到3 mg/L 以下,社會效益顯著。