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]。

1 煤礦污水處理站改造前概況

1.1 改造前設(shè)計水量水質(zhì)

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)

1.2 改造前處理工藝分析

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)。

1.3 改造前運行情況分析

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)。

1.4 污水處理站改造前問題分析

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。

2 高密度沉淀池改造方案分析

2.1 高密度沉淀池改造思路分析

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。

2.2 高密度沉淀池的改造方案

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。

2.3 改造后參數(shù)分析

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。

3 處理效果及效益分析

3.1 改造后處理效果

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

3.2 效益分析

（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。