曹迎軍

（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

機(jī)械加速澄清池是集混合、 反應(yīng)以及分離過程于一體的水處理構(gòu)筑物， 具有單位面積產(chǎn)水量大，處理效率高的優(yōu)點(diǎn)， 但其操作控制較為復(fù)雜， 出水水質(zhì)不穩(wěn)定， 能耗較高， 實(shí)際運(yùn)行過程存在問題較多。 某項(xiàng)目采用機(jī)械加速澄清池＋變孔隙濾池作為膜濃縮系統(tǒng)的預(yù)處理工藝， 對混合高鹽有機(jī)廢水進(jìn)行軟化除濁處理， 滿足后續(xù)超濾裝置進(jìn)水要求。 對于膜處理裝置而言， 其預(yù)處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果至關(guān)重要， 是影響膜裝置處理能力和運(yùn)行周期的重要因素， 也是影響膜元件使用壽命的間接因素。

1 項(xiàng)目概況

1.1 處理工藝及裝置參數(shù)

本系統(tǒng)來水主要包括中水回用反滲透濃水、 濁循環(huán)水排污水以及預(yù)處理脫泥機(jī)濾液， 設(shè)計(jì)處理能力為300 m3／h， 綜合廢水具有高含鹽、 高有機(jī)物、高濁度、 低硬度的特點(diǎn)， 水質(zhì)成分較為復(fù)雜。 該系統(tǒng)對廢水進(jìn)行逐級濃縮減量化處理， 產(chǎn)水根據(jù)水質(zhì)分級回用， 最終濃水利用多效蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)零排放處理。 預(yù)處理采用“機(jī)械加速澄清池＋變孔隙濾池”工藝， 工藝流程見圖1 所示。 其中機(jī)械加速澄清池設(shè)計(jì)2 座， 單座設(shè)計(jì)流量為200 m3／h， 規(guī)格為φ12.4 m×5.5 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 池壁防腐； 提升攪拌機(jī)直徑為2 m， 功率為3 kW， 攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速變頻控制； 刮泥機(jī)功率為0.75 kW（水下部分采用不銹鋼材質(zhì)）； 設(shè)有碳酸鈉、 氫氧化鈉、 鹽酸、 PAC 和PAM加藥系統(tǒng)及各區(qū)取樣管線； 排泥根據(jù)實(shí)際情況控制。

圖1 預(yù)處理工藝流程Fig. 1 Process flow of pretreatment

機(jī)械加速澄清池工作原理如下： 廢水進(jìn)入機(jī)械加速澄清池內(nèi)， 首先投加碳酸鈉和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值至10.2 左右， 利于原水中硬度的去除， 同時(shí)投加混凝劑。 原水在池中由下向上流動(dòng)， 原水中的懸浮顆粒與混凝劑作用形成微小絮凝體， 然后在第一絮凝室和第二絮凝室內(nèi)與高濃度的回流泥渣相接觸， 吸附在泥渣顆粒表面而被迅速除去， 澄清廢水。 為了充分發(fā)揮泥渣接觸絮凝作用， 該裝置利用機(jī)械力提升泥渣在池內(nèi)循環(huán)流動(dòng)， 使大量泥渣回流， 增加顆粒間的相互碰撞聚結(jié)幾率， 聚結(jié)成大而重的絮凝體在分離室內(nèi)進(jìn)行泥水分離， 經(jīng)過分離后的清水上升， 經(jīng)集水槽流出， 沉下的泥渣部分再回流與加藥原水發(fā)生機(jī)械混合反應(yīng)， 部分則經(jīng)濃縮后定期排放。 出水口設(shè)置了酸投加裝置， 將出水pH值調(diào)節(jié)至7.3 左右。

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

機(jī)械加速澄清池進(jìn)水要求濁度小于20 NTU，TDS 質(zhì)量濃度小于6 500 mg／L， COD 質(zhì)量濃度小于300 mg／L， 出水要求濁度小于10 NTU， 鈣離子質(zhì)量濃度小于70 mg／L， 鎂離子質(zhì)量濃度小于20 mg／L， 以滿足后續(xù)超濾裝置進(jìn)水要求。 機(jī)械加速澄清池設(shè)計(jì)與實(shí)際進(jìn)出水指標(biāo)見表1， 其中出水COD 指標(biāo)由于受出水高濁度影響， 實(shí)際指標(biāo)很高。

表1 機(jī)械加速澄清池進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Influent and effluent water quality of mechanically accelerated clarification tank

1.3 存在的問題

本系統(tǒng)于2013 年投運(yùn)以來， 預(yù)處理出水濁度、COD 長期超標(biāo)， 且含有大量懸浮物， 導(dǎo)致后續(xù)超濾裝置無法正常運(yùn)行， 嚴(yán)重制約該裝置的處理負(fù)荷和膜系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［1］， 具體存在問題如下：

（1） 進(jìn)水含有大量的難降解有機(jī)物， 進(jìn)水濁度、 COD 指標(biāo)均較高， 導(dǎo)致后續(xù)超濾裝置污堵較快， 進(jìn)水壓力較高， 嚴(yán)重制約處理負(fù)荷。

（2） 由于部分進(jìn)水指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)要求， 機(jī)械加速澄清池處理水量達(dá)不到設(shè)計(jì)水量， 僅為設(shè)計(jì)水量的60%～70%。

（3） 機(jī)械加速澄清池排泥量大， 脫泥系統(tǒng)滿足不了生產(chǎn)運(yùn)行， 導(dǎo)致排泥不暢， 系統(tǒng)惡性循環(huán)， 出水指標(biāo)進(jìn)一步惡化。

（4） 進(jìn)水堿度很高， 鈣鎂離子濃度較低， 按照原設(shè)計(jì)軟化除濁方案運(yùn)行， 導(dǎo)致酸、 堿耗量很高，運(yùn)行成本大幅增加。

2 性能提升及優(yōu)化控制改進(jìn)措施

2.1 泥水分離區(qū)增加斜管填料

對現(xiàn)有機(jī)械加速澄清池進(jìn)行改造， 在清水區(qū)增加蜂窩斜管填料， 增大沉淀面積， 提高沉淀效果，避免清水區(qū)短流， 不僅可以降低出水濁度， 使出水水質(zhì)穩(wěn)定， 有利于后續(xù)超濾膜裝置的運(yùn)行， 而且可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低藥劑投加量［2-4］。 原設(shè)計(jì)機(jī)械加速澄清池為圓形， 分離室外徑為12.400 m， 分離室內(nèi)徑為2.673 m， 需要增加蜂窩斜管填料面積約為230 m2（每個(gè)池子約115 m2）， 的蜂窩斜管， 填料規(guī)格： 垂直高度為1.0 m， 傾角為60°，材料厚度為1.0 mm， 蜂窩斜管內(nèi)切圓直徑為50 mm。 預(yù)計(jì)投資費(fèi)用約25 萬元， 包括支架材料費(fèi)用和斜管填料費(fèi)用。 改造后機(jī)械加速澄清池結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 改造后機(jī)械加速澄清池結(jié)構(gòu)示意Fig. 2 Structure of mechanically accerated clarifier after reconstruction

2.2 藥劑投加種類和濃度優(yōu)化

（1） 本系統(tǒng)實(shí)際來水中鈣、 鎂離子濃度低， 且堿度高， 預(yù)處理進(jìn)行軟化時(shí)消耗大量的酸堿， 硬度去除效果較差。 通過對進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)、 藥劑實(shí)際消耗情況、 后續(xù)膜裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析后， 做出優(yōu)化調(diào)整， 不在此裝置去除堿度和硬度，僅考慮降低濁度和去除有機(jī)物， 最終在蒸發(fā)裝置對堿度和硬度進(jìn)行控制和脫除。 因此， 取消投加碳酸鈉、 酸、 堿， 以降低藥劑消耗， 減少污泥產(chǎn)生量， 確保機(jī)械加速澄清池及時(shí)有效排泥， 降低裝置運(yùn)行成本［5］。

（2） 通過對來水進(jìn)行燒杯試驗(yàn)， 重新確定PAC、 PAM 最佳投加量， PAC 投加量由80 mg／L 降至48 mg／L， PAM 投加量由5 mg／L 降至2 mg／L，在保證出水達(dá)標(biāo)的前提下， 不僅減少了藥劑消耗，而且有效緩解了過量投加藥劑對膜系統(tǒng)的影響。

2.3 加藥點(diǎn)的優(yōu)化

原設(shè)計(jì)PAC 投加在進(jìn)水管的管道混合器上，PAM 在第二絮凝室底部， 通過隔膜式計(jì)量泵投加。實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)， 無法有效判斷加藥量， 也無法有效監(jiān)管加藥量是否滿足要求等， 只能通過沖程控制， 且藥劑混合情況不好， 受處理水量影響較大。 通過對加藥點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化， 將PAC 加藥點(diǎn)改至各池配水渠入口處， 利用水流湍流和后續(xù)管道混合器提高混合效果， 巡檢可以直觀判斷出藥情況； 對PAM 加藥管線增加旁路導(dǎo)淋和聚乙烯白管短節(jié)，便于檢查出藥情況和加藥量［6-7］。

2.4 運(yùn)行控制方式優(yōu)化

結(jié)合混凝原理和機(jī)械加速澄清池沉降比進(jìn)行控制優(yōu)化［8-9］， 具體情況如下：

（1） 每4 h 對第一絮凝室和泥水分離室下部進(jìn)行取樣分析， 檢測SV30， 觀察礬花情況和沉降過程， 進(jìn)而判斷絮凝效果和沉淀效果， 指導(dǎo)排泥和加藥調(diào)整。

（2） 每2 h 取樣觀察出水情況， 檢查加藥系統(tǒng)出藥情況。 以便及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整， 確保出水指標(biāo)穩(wěn)定。

（3） 按照底部泥斗設(shè)計(jì)容積控制底部排泥時(shí)間間隔不超過4 h， 排泥量結(jié)合第一絮凝室SV30指標(biāo)進(jìn)行排泥， 確保SV30低于30%。

（4） 側(cè)部排泥要求SV30在5%～15%之間。 泥水分離區(qū)SV30＞15%時(shí)， 側(cè)排排泥， 降低提升攪拌機(jī)運(yùn)行頻率； 泥水分離區(qū)SV30小于5%時(shí)， 加大提升攪拌機(jī)運(yùn)行頻率， 增加泥渣循環(huán)量。

3 處理效果及成本分析

3.1 運(yùn)行效果

通過技術(shù)改造和優(yōu)化運(yùn)行， 不僅機(jī)械加速澄清池處理水量達(dá)到設(shè)計(jì)要求， 且出水指標(biāo)明顯改善（見表2）， 超濾進(jìn)水濁度降至5 NTU 以內(nèi)， 后續(xù)膜裝置的污堵情況大幅減緩， 裝置處理負(fù)荷提升46%， 超濾清洗周期從原來的2 ～3 d 增加至7 ～10 d， 反滲透清洗周期延長至10 ～15 d， 預(yù)處理排泥量大幅減少， 裝置污泥外運(yùn)量減少60% 以上， 有效確保了濃水的處理， 為整個(gè)系統(tǒng)的水平衡、 鹽平衡奠定基礎(chǔ)， 也為廢水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近零排放提供有效保障。

表2 優(yōu)化前后出水水質(zhì)Tab. 2 Effluent water quality before and after optimization

3.2 節(jié)能降耗

優(yōu)化改造前機(jī)械加速澄清池藥劑消耗為0.543 8元／t［水］， 通過改造增加斜管和優(yōu)化運(yùn)行后藥劑消耗為0.128 2 元／t［水］， 藥劑消耗降低0.415 6 元／t［水］， 每年節(jié)約藥劑費(fèi)用約100 萬元。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目機(jī)械加速澄清池通過增設(shè)斜管填料、 調(diào)整加藥點(diǎn)位置和加藥量、 調(diào)整運(yùn)行控制方式， 廢水處理效果得到明顯提高， 運(yùn)行成本大幅降低， 解決了長期出水濁度高、藥耗高、 泥量大等問題， 達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)， 為后續(xù)膜處理裝置的安全、 穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。 機(jī)械加速澄清池的運(yùn)行更應(yīng)注重日常維護(hù)和監(jiān)測， 及時(shí)采取合理應(yīng)對措施，是確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)， 本項(xiàng)目中所采用的優(yōu)化和控制方法具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。