沉淀池出水中重介質粉殘余量檢測的創新實踐

賈伯林　楊志宏

【摘 要】在水處理的混凝沉淀過程中加入惰性重介質粉微粒以加速混凝和沉淀過程的重介質混凝沉淀新技術正被越來越多的技術人員所接受，并開始應用于一些污水處理工程，特別是提標改造工程。重介質微粒具有粒徑小、密度高、流動性差等特性，使得該技術應用之初不可避免地遇到了一些問題。對沉淀池出水中重介質粉殘余量進行監測，可以有效指導重介質混凝沉淀系統的工藝運行（加藥量控制、運行負荷控制），并避免對后道工序的不良影響。文章介紹了實際應用時對沉淀池出水中重介質粉殘余量檢測的創新解決方案。

【關鍵詞】重介質；磁鐵礦粉；混凝沉淀；磁混凝；總磷；深度處理；殘余；檢測

1 重介質混凝沉淀技術背景

傳統的混凝沉淀過程，是指水處理過程中在混凝劑（PAC、PAM）的作用下，水中不易沉淀的膠體和細微懸浮物凝聚成絮凝體，然后沉淀下來以分離除去的水處理方法。重介質混凝沉淀技術是指近年來正迅速得到發展的一種快速混凝沉淀新技術，這種技術由于其較小的土地占用面積、高效的除磷除SS和除COD效果，正逐步被越來越多的設計院、用戶所接受。該技術在一定水力學條件下在常規投加混凝劑的同時投加微米級的惰性高密度軟磁性微顆粒（即重介質粉）作為絮凝體的核以強化混凝沉淀效果，這樣一方面可以使絮體更容易形成，另一方面使得在混凝沉淀池中形成的絮體濃度更大、密度更大而沉降更快。為了減少水處理過程中產生的污泥量，并盡量降低生產運行成本，重介質絮體在沉淀池中沉淀下來后，經過污泥回流泵輸送到解絮機，再通過重介質粉回收機對解絮后的重介質粉進行回收，并循環使用。圖1為PWT-DLCSTM重介質混凝沉淀技術示意圖。

重介質混凝沉淀技術比傳統的混凝沉淀技術擁有突出的優點，研究和運行數據表明：該水處理技術沉降速度快，抗負荷沖擊能力強，處理效果好，總停留時間為20～30min，沉淀池表面負荷率可達20～60m3/m2h， SS、TP去除率可達85～99%，對COD去除率視其親疏水性差異可達20～80%，土地占地面積比傳統混凝沉淀工藝節省達20%以上，混凝劑投加量降低20%以上。目前，國內重介質混凝沉淀技術設備、材料、工藝等方面的專利已數以百計；正在設計、建設或已經建成且處理規模超過10000m3/d的重介質混凝沉淀水處理項目也已超過20個，如淮安某污水處理廠（上海市政院設計，80000m3/d）等，由華北市政院作為主編的工程建設行業標準《重介質混凝沉淀水處理技術規程》也已正式立項，并在緊鑼密鼓地編寫之中。

由于重介質粉的投加，重介質混凝沉淀技術在實際應用中擁有眾多優點的同時也帶來了大量的技術難點、問題。比如，重介質粉在大規模工業化生產過程中很難保證其粒徑分布完全滿足水處理工藝的要求，水處理過程中，重介質粉的粒徑不能過大或過小，過小粒徑的重介質粉極容易隨水漂到后道工序，長期積累會嚴重影響后道工序設備的正常運轉，而過大粒徑的重介質粉則沉降速度過快，很容易堆積在混凝池底且增加攪拌機的負荷、增加回流泵和管路的磨損。目前，市場上鮮有相應的設備和技術來經濟、有效地檢測沉淀池出水中殘余的重介質粉的含量情況，無法準確表征重介質粉微粒隨水流漂到后道工序的程度和狀況以便指導工藝設備的運行。

2 沉淀池出水中殘余重介質粉的檢測難點

所謂重介質，指的是密度大于水。目前重介質混凝沉淀技術的研究學者和污水處理廠用戶正廣泛采用的重介質粉其主要成分是磁鐵礦粉（四氧化三鐵，Fe3O4），真密度5.0g/cm3左右，黑色，粒徑5～250微米。因此，該技術有時候也被稱為磁混凝沉淀技術，所用的重介質粉也常被稱作磁粉或磁種。

實際應用中，重介質混凝沉淀技術已經相對成熟，通過工藝控制，絕大多數重介質絮體都在沉淀池底部沉淀了下來，能夠隨水流上升到沉淀池上表面出水堰板的位置并漂流到后道工序的重介質粉相對而言是細之又細、少之又少。但該技術畢竟是剛剛開始推廣的新技術，此前很少有人關注到沉淀池出水中殘余重介質粉對后道工序的影響，更沒有專門的、有效的測量儀器、設備或手段對其進行檢測和表征。

重介質粉在被投加到反應池后，在混凝劑的作用下，正常情況下會與水中的膠體和細微懸浮物（污泥等）凝聚成絮凝體，而重介質粉是該絮體的核。

在實驗室燒杯試驗中，重介質粉絮體會在極短的時間內迅速沉淀下來，但是，在實際應用中，由于沉淀池都是上向流設計，向上的水流會對下降中的重介質粉絮體產生比燒杯試驗中大得多的浮力，從而一方面會延長重介質粉絮體的沉淀速度，另一方面，當水流速度足夠大時，絮體的重力小于水對絮體的浮力，重介質粉絮體就會不但無法沉降，反而會隨水漂流向沉淀池的后道工序。當重介質粉粒徑分布過寬時，過小粒徑的重介質粉形成的絮體更容易隨水漂走。

另一種情形則是，當水體中與重介質粉一同加入的混凝劑藥量不足，抑或重介質粉被過量投加，抑或絮凝反應時間因各種原因而不足，使部分重介質粉在進入沉淀池時沒有充分形成或根本就沒有形成絮體，而上向水流速度又足夠大時，重介質粉的重力小于水流對其的浮力，重介質粉也會像絮體一樣漂流向沉淀池的后道工序。

不管是否形成了絮體，沉淀池出水中殘余的、漂向后道工序的重介質粉（或其絮體）在日積月累之下都會對后道工序（如反硝化深床濾池、濾布濾池及相關管道、閥門等）產生一定程度的不利影響，并可能會給后道工序帶來磨損、堵塞等一系列的問題，因此，必須采取措施對沉淀池出水中殘留的重介質粉含量進行有效檢測，以便指導重介質粉和混凝劑的投加（投加量）、控制系統運行負荷（進水流量等）等工作。

基于上述情形，可見，沉淀池的末端出水中殘余重介質粉的檢測難點在于：重介質粉及其絮體密度大、粒徑極小且粒徑分布范圍寬、顆粒外形不一致、流動性差、在水中處于紊流狀態且分布不均勻、水中含量較低、重介質粉與重介質粉絮體混雜存在等。

在線顆粒計數儀，可以實時檢測水中顆粒粒徑為1～750微米的固體顆粒，是最接近對沉淀池出水中殘余重介質粉進行檢測需求的儀器，但基于下列原因，該儀器很難在重介質混凝沉淀技術中推廣使用：（1）顆粒計數儀的設計是用于清水環境，而目前為止，重介質混凝沉淀技術大多數用于污水處理廠，沉淀池的出水水質難以滿足儀器的要求；（2）顆粒計數儀一般是光學分析原理，檢測到的其實是通過光學傳感器瞬時的、近似的顆粒外形尺寸和數量，而重介質微粒是不規則的固體顆粒，不是單一外形的固體顆粒，僅僅有各個粒徑區間的顆粒數量還不足以充分表征重介質粉的殘余量；（3）顆粒計數儀不能區分顆粒是重介質粉固體顆粒還是重介質粉絮體顆粒，不同性質的顆粒其質量差異較大；（4）顆粒計數儀的水樣流速較低，通常設置為100～300ml/min，由于密度大、粒徑小、流動性差的固有特點，重介質粉或其絮體在取樣管路中極容易堵塞，儀器無法穩定運行；（5）重介質粉在工業化生產過程中粒徑的分布較寬，顆粒計數儀提供的粒徑分布區間通道數量有限，無法充分滿足重介質粉粒徑的不同分布區間和同一區間的數量范圍。endprint

3 重介質粉檢測的創新方法

實際上，作為重介質粉主要成分的磁鐵礦粉這種材料本身并不具有磁性，只是在外加磁場的作用下才會被吸引才會有磁性，外加磁場一旦被撤去，磁鐵礦粉隨之又失去磁性，因此，重介質粉是一種軟磁性材料，實際應用中重介質混凝沉淀技術也正是利用重介質粉的這一軟磁特性通過外加強磁場的方式（永磁場、電磁場）對重介質粉進行回收、循環使用的。

同樣，對沉淀池出水中殘余的重介質粉進行檢測，也可以創新地利用重介質粉這一軟磁特性。

如圖2所示是一種檢測水中重介質粉含量的取樣器的示意圖，該取樣器利用永磁鐵對重介質粉的吸附作用來獲取固定容積內水中的重介質粉，原理和結構簡單，制作方便，成本低廉，可以非常輕松、經濟地實現對沉淀池出水中殘余的重介質粉含量情況進行取樣，并根據取樣結果方便地計算出重介質粉殘余量的情況。該取樣器的主要部件包括：取樣艙、滑柱、永磁鐵塊、止滑塊、減震塊、把手等，取樣艙為底端敞口的圓柱狀殼體，殼體的上端均勻開設有若干排氣孔，滑柱中空且內置可上下滑動的永磁鐵塊，滑柱上下端各設置減震塊，永磁鐵塊上下滑動時可以得到緩沖保護；滑柱上端的外側套接鐵質止滑塊，用于臨時阻止永磁鐵塊在滑柱內滑動；滑柱的上端設置有把手，以方便攜帶、操作和取樣。永磁鐵塊在滑柱的空腔內滑行的最低點為取樣艙的中間位置。

使用該取樣器進行檢測的方法包括以下步驟：（1）將取樣器放入沉淀池內，使取樣艙上端與沉淀池內的水面在同一水平面上（或水平面下某段距離），（2）快速晃動止滑塊，使永磁鐵塊滑到滑柱的底部，取樣艙內的重介質粉被永磁鐵吸引，取樣開始，取樣時間為3～30s；（3）將取樣器從沉淀池中取出，將取樣器倒置或側向晃動，使永磁鐵塊滑動到滑柱的上端位置，止滑塊將永磁鐵塊吸住；（4）用清水將被吸附在滑柱表面的重介質粉及其絮體從滑柱上沖落到燒杯中；（5）將燒杯中的重介質粉收集起來，并用烘干機烘干，烘干溫度為80～110℃；（6）稱量烘干后的重介質粉；（7）計算水中重介質粉含量：取樣獲得的重介質粉的質量為m，取樣艙的體積為v，則沉淀池出水中殘余的重介質粉的含量為p=m/v。

重復上述方法，可以取樣分析水面至水下任意深度重介質粉的含量情況。

4 結論

隨著技術的進步，新工藝、新設備不斷快速涌現，根據被檢測對象的特性和工藝條件，檢測方法和手段也應該不斷創新，這樣才能更好地為工藝服務，促進技術的進一步發展。

【參考文獻】

[1]蔣海，安琳，歐芳.磁混凝沉淀技術在城市污水處理中的應用[J].市政技術，2012，1：108-113.endprint