絮凝過濾在石化廢水深度處理中的應用研究

姬穎+王若

摘 要：對絮凝過濾的動力學演變和絮凝反應器的研究現狀進行了討論和分析，并以洛陽智達石化工程污水處理設備改造為例，對絮凝過濾在石化廢水深度處理中的應用進行了研究。

關鍵詞：絮凝過濾；廢水深度處理；速度梯度；反應池

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.108

常見的石化廢水深度處理方法普遍存在基礎投入多、運行成本高和維護保養工作不力等問題；而絮凝沉淀法作為一種新型的石化廢水處理方法，具有成本低、工藝簡單、設備基礎投入較少和水質穩定等優勢，在石化廢水深度處理中的應用效果比較理想。

1 絮凝過濾

1.1 絮凝動力學演變

絮凝是指在適當的流體動力學條件下，混合流體中微小絮體凝聚生長到一定體積的過程。絮凝對廢水處理工藝的改進會產生很大的影響，因此，這一概念一被提出，便受到了廢水處理行業的重視。

絮凝動力學演變關注的是絮凝速度。對絮凝過程中的顆粒狀態和生長行為進行研究發現，其主要變化形式是從大數量小粒徑逐漸轉變為小數量大粒徑，以水中的顆粒物，比如礦物顆粒、無/有機物膠體、高分子、細菌、藻類等為研究對象，通常絮凝顆粒的粒徑都超過了1 nm。早在20世紀初期，國外學者就開始了關于絮凝反應的研究。發展至今，隨著現代物理、化學的不斷進步和實驗設備的不斷更新，絮凝動力學在廢水處理中的應用逐漸成為可能，且由定性研究逐漸轉變為定量或半定量研究，已經出現了幾種不同條件下絮凝顆粒運動碰撞的數學模型。另外，當前絮凝顆粒行為觀測、數值模擬等相關技術也逐漸成熟，為絮凝設備設計和操作提供了一定的理論指導。

1.2 絮凝反應器

絮凝反應器是絮凝過濾的核心設備，主要以速度梯度理論和微渦旋理論為指導。根據絮凝動力學理論和流體在絮凝池中的運動形式，絮凝池又發展出水平/豎直流動池、旋流池、導流機構池等多個種類。

雖然絮凝反應器種類較多，但由于絮凝反應比較復雜，絮凝池水利條件、流體性質、混凝劑品種、混合過程等都會對絮凝反應的效果造成影響，再加上國內外至今仍沒有成功建立定量反映絮凝過程的數學模型，給絮凝反應器的設計和工藝控制帶來了很大的困難，這也是限制絮凝過濾在石油化工廢水深度處理中應用的重要技術瓶頸。

2 絮凝過濾的具體應用

洛陽智達石化工程有限公司有四套聯合污水處理裝置，隨著企業規模的不斷擴大，用水量逐漸上升。為了響應國家節能減排的號召，該公司決定對污水處理設備進行污水再生改造，通過深度凈化實現水資源的循環利用。

2.1 往復式絮凝反應器設計

2.1.1 速度梯度優化

根據絮凝動力學研究，絮凝過程要求流體流速逐漸減慢，因此，本次改造選擇十段式速度梯度變化，保證在絮凝反應初期形成較大的速度梯度，加劇顆粒間的碰撞，便于顆粒長大。對于十段式沉降方式而言，其速度最小值較低，從而削弱了速度梯度變化造成的不利影響，且后期絮凝過程的流速低于其他形式的反應器，在給顆粒生長創造條件的同時也避免了顆粒破碎。

2.1.2 圓弧形拐角優化

傳統的絮凝反應池矩形拐角位置可能成為死水區，造成絮體堆積，可能導致絮凝渠道堵塞，影響絮凝效果，給絮凝池維護管理工作造成了困擾。本次改造選擇了圓弧形拐角，有效防止了轉彎位置形成死水區，也避免了拐角位置水體的劇烈波動，降低了絮凝能耗。另外，圓弧形拐角還能夠形成紊流，限制了漩渦的尺寸，在一定程度上加快了絮凝速度。

2.1.3 絮凝反應行為優化

高效絮凝反應器速度梯度值都是逐級下降的，并且在開始階段，速度梯度值要能與混合階段較好地銜接，因此，開始階段的速度值一般較高。之后，隨著絮凝反應的進行，絮凝顆粒尺寸逐漸增大。此時，反應過程要求進行接觸碰撞。有效碰撞要求水力半徑符合自身半徑要求，隨著攪拌強度的增大，顆粒之間相互接觸的機會增加，但是較大的水力梯度會產生較大的水流剪切力，一些松散的絮凝顆粒將被沖散。因此，隨著粒徑的增加，為了保護絮凝體，流速應逐漸減緩，且下降梯度應符合絮凝反應的客觀規律。

2.2 反應池設計

該絮凝過濾處理裝置設計水量Q=20 000 m3/d，預計反應時間T=20 min，絮凝池體積V=277.8 m3，水深H=1.8 m，超高0.3 m。

反應池凈平面面積的計算公式為：

F= . （1）

將相關數據代入式（1）可得，F=154.3 m2。

池子的長L= =18.2 m。廊道27條，水轉彎26次，

池總長L1=18.2+0.1×26=20.8 m。

反應池為鋼筋混凝土結構，水泥砂漿抹面，通過計算反應池單段總水頭損失，可獲得不同段水頭損失和速度梯度。

2.3 試運行

試運行用水CODcr含量39 mg/L，磷含量2.4 mg/L，深度處理與回用水水質標準對這兩者的最低要求分別為30 mg/L和0.5 mg/L。選擇聚硅酸鋁鐵作為混凝劑，混合速度450 r/s，混合時間1 min，絮凝時間20 min，沉淀時間30 min。經過水質檢測，處理之后的CODcr平均含量在19.8 mg/L左右，處理效率高出傳統往復式絮凝反應池11%左右，說明該絮凝過濾裝置深度處理石化廢水效果比較理想。

3 結束語

絮凝過濾是一種先進的污水處理技術，有著工藝簡單、設備投入少、凈化效果穩定、維護方便的優勢，在石化廢水深度處理中的應用效果比較理想，能夠實現廢水的循環再利用，減少了污水排放量和用水總量，降低了石化生產的總成本。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕