氣浮技術在電廠凈水站排泥水中的應用

李后森，高 歌

（銅山華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

隨著國家對環境保護的重視，火電廠排泥水處理的相關研究也逐漸增多[1-3]。大力推進火電廠凈水零排放，不僅有利于降低電廠的取水量，降低電廠的處理成本，還會為企業帶來良好的經濟效益、環境效益和社會效益。

1 火電廠凈水站排泥水的處理現狀

銅山華潤電力有限公司（2×1 000 MW）火電機組，原水預處理站內設6×1 000 m3/h平流式反應沉淀池設施（5用1備），300 m3/h重力式空氣擦洗濾池3座（2用1備，包括一、二期化學補水約360 m3/h），綜合泵房1座，1 000 m3污泥沉淀池1座，加藥系統1套，濃縮污泥水泵房1座。凈水系統反應沉淀池的排泥和重力式空氣擦洗濾池的反沖洗水通過排泥溝進入污泥沉池，泥水的上清液回到反應沉淀池重復使用；污泥送至廢水區域濃縮池。

圖1 改造前的原水預處理流程

預處理產生的廢水主要是平流反應沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗水，其排放方式為間歇式，其排泥水量一般為總產水量的4%～7%[4]。在實際運行中，平流反應沉淀池的排泥水質、水量會隨取水源季節性變化，且含固率相對較高；空擦濾池反沖洗排泥水的水量變化幅度較小，含固率較低，運行中排水較少。

電廠污泥沉淀池用于收集平流反應沉淀池排泥水和濾池反沖洗排水。有研究表明，濾池反沖洗水的含固率在0.02%～0.05%，沉淀池排泥水的含固率在0.1%～2.0%。兩者混合處理，由于濾池沖洗廢水為沖擊流量，其含固率較低，短時流量大，使得沉淀池排泥水稀釋，污泥沉淀池停留時間減少，不利于污泥濃縮。

凈水系統長期運行后也暴露出一些問題，主要表現為：污泥沉淀池第一沉淀區中污泥沉淀在前端，無法通過底部坡度自流入泥坑，而長時間的累積導致過流截面變小，流量減??；污泥沉淀池污泥沉淀效果不理想，泥水分離效果差，上清液濁度高，回流到反應沉淀池后導致反應沉淀池出水水質差。

2 工程改造方案以及實際的效果

污泥沉淀池主要接受平流反應沉淀池的排泥水，其排泥水懸浮物高，含有大量的雜質。排泥水為間歇排放方式，按照實際運行情況測得平均排泥水量大約為35 m3/h。由于設計時考慮污水的零排放，其濃縮池上清液以80 m3/h量回流到沉淀池進水口。原建1 000 m3污泥沉淀池設計尺寸為26.5 m×10.0 m×5.0 m，底部設計坡度為0.01。長時間運行后發現，其沉淀池沉淀效果不理想，其第三廊道上清液取水口泥線隨運行時間逐漸升高，一旦超過泵取水口后出水水質會立即變差，達到3 000～6 000 NTU。同時，沉淀池上清液回流到平流反應沉淀池的入口，其3 000～6 000 NTU高濁度污水水質遠遠劣于河道取水的水質，使得化學沉淀池負荷加重，影響其出水水質，增大化學沉淀池排泥量，造成嚴重的惡性循環。針對原水預處理出現的問題，本項目采取了以下解決方案，如圖2所示。

圖2 改造后原水預處理工藝流程

2.1 新增桁車式吸泥機

污泥沉淀池設計為平流沉淀池，桁車式吸泥機在平流沉淀池的排泥上有著運行管理、維護方便的優勢[5]。故在污泥沉淀池第一、二廊道，增加一臺桁車式吸泥機，通過兩臺20 m3/h的離心自吸泵在兩臺同步電機的帶動下以1.2 m/min的前進速度來回吸泥，啟停間隔設置時間為30 min。在池壁外設置坡度0.01的排泥槽，直接排入污泥沉淀池積泥坑。

吸泥機能有效解決平流沉淀池設計不合理的缺陷，能將池底積泥有效排入積泥坑，避免在排泥水處理過程中池體泥線增長過快。

預處理取水口采用敞開式河道取水方式，在取水過程中難免會有水生動植物、塑料垃圾等進入處理系統，致使大顆粒雜質堵塞進水管路，造成設備難以發揮作用。在桁車式吸泥機的設計過程中，該系統充分考慮水體環境帶來的影響。電廠排泥水體中含有大量的大顆粒固體等雜物，泵采用潛污泵，管道閥門設置較少，有效地避免頻繁灌水和減少管道堵塞的可能，減少實際運行管理麻煩。

2.2 新增高效溶氣氣浮

19 世紀末，壓力溶氣氣浮工藝最早用于采礦工業，20世紀20年代開始用于水處理領域。隨后，壓力溶氣氣浮工藝不僅廣泛用于工業水處理中，也被應用于城市污水處理廠的污水處理以及污泥濃縮等領域，但其在排泥水處理中的研究較少[2]。但由于排泥水的特殊性，其主要含有膠體顆粒、泥沙、藻類和細菌等，相較城市污水處理廠的剩余污泥，因泥沙量大，其較污水處理廠的剩余污泥重，處理難度較大。

溶氣氣浮較細碎空氣氣浮而言，其具有更小的氣泡直徑，與絮體顆粒有更好的結合性，避免因上升過快而撞碎絮體，影響氣浮出水水質。該氣浮設備的溶氣噴嘴和釋放噴嘴設計先進，溶氣效率高達95%，其只需要較小的回流量（10%～15%），就能達到良好的處理效果。同時采用雙層結構，占地面積更小。氣浮主體采用圓形塔式結構，設置兩個同軸的圓筒，內筒為接觸區，外筒和內筒之間的區域為分離區，布水均勻不會偏流，單臺處理量可高達1 500 m3/h。同時，浮渣清理采用中心旋轉吸渣的形式，利用排渣泵進口為負壓的特點，吸渣具有對水質擾動小的特點，避免浮渣反混，影響出水水質。

為解決污泥沉淀池沉淀效果不理想、上清液濁度高的問題，該項目采用一套處理量為100 m3/h的加壓溶氣氣浮裝置用于污泥沉淀池上清液的回收處理。在其上清液排水泵的出口設置支路，利用舊有的250 m3/h的排水泵作為氣浮進水提升泵。由于其排水泵為工頻泵，流量無法調節，設置回流管至提升泵取水口。

此種設計會有150 m3/h的回流水在沉淀池中回流，影響污泥沉淀池的沉淀效果，對其上清液濁度會有一定的影響。在實際的運行過程中，氣浮進水的濁度為80～6 000 NTU，其進水水質波動較大，加劇了氣浮池的處理負荷。該項目的高效溶氣氣浮設計參數如表1所示。

表1 凈水站氣浮設計參數

運行期間發現，當凈水站的脫泥系統運行良好，吸泥機和脫水的運行狀態配合良好時，污泥沉淀池上清液在加藥并混合后的濁度能夠控制在80～200 NTU，這時氣浮進水濁度較好，水質透明度較好。此時控制PAM（聚丙烯酰胺）的投加量為3 mg/L，PAC（聚合氯化鋁）的投加量從0～5 mg/L逐漸增加，氣浮出水濁度變化從33.5 NTU降到16 NTU，出水澄清。從數據可以看出，在來水水質良好且穩定的情況下，適當增加PAC的含量能有效降低出水的濁度。

當凈水站運行調整不當，物質恒算不匹配時，污泥沉淀池會出現積泥的情況，使得污泥沉淀池泥線逐漸升高。當泥線達到氣浮提升泵的取水口時，進水水質會在1 h內從100 NTU突然增大到6 000 NTU，使得氣浮的負荷增大。這樣會導致氣固比降低至設計底線，難以形成穩定的浮渣層，致使浮渣下沉，影響出水的濁度。同時會使得溶氣回流水顆粒物增加，溶氣效果差。最終對氣浮效果造成惡性循環，氣浮池難以實現原有效果。運行表明，氣浮效果影響因素的主次排序為：固體負荷＞容器水回流量＞溶氣壓力＞排泥間隔時間＞空氣量[6]。此時，適當降低氣浮的固體負荷和水力負荷能夠穩定出水水質，所以運行調整也非常重要。

3 結論

氣浮技術在電廠排泥水處理中應用效果良好，其出水的濁度能夠穩定控制20 mg/L以下，能直接用于電廠回用水系統補水。項目改造后，每年可回收利用28萬t排泥水（全年以8 000 h計），實現了凈水排泥水系統零排放。這樣不僅有效避免了直接排放造成的環境問題，還會為企業帶來良好的經濟效益、社會效益。