高效澄清池在工業(yè)廢水零排放預(yù)處理工藝中的環(huán)保應(yīng)用

侯燕卿 孫雪

摘 要：高效澄清池是集絮凝、混凝、反應(yīng)、沉淀澄清與一體的澄清沉淀池，作為工業(yè)廢水零排放的減量化處理的預(yù)處理工藝，承擔(dān)了濃鹽水處理去除硬度和濁度的任務(wù)，對(duì)于具有一定水質(zhì)波動(dòng)的工業(yè)廢水，其軟化藥劑的選取、反應(yīng)pH值的控制及設(shè)計(jì)運(yùn)行負(fù)荷等均對(duì)出水水質(zhì)有一定的影響。本文結(jié)合三個(gè)實(shí)際高效澄清池的設(shè)計(jì)和應(yīng)用案例，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析，為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：高效澄清池;工業(yè)廢水零排放;藥劑軟化;設(shè)計(jì)運(yùn)行負(fù)荷

當(dāng)前工業(yè)廢水零排放處理工藝是在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的基礎(chǔ)上，最終將水資源回收，溶解物結(jié)晶成固體，從而實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。為降低溶解鹽結(jié)晶處理單元投資和運(yùn)行的成本，零排放的處理工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中要設(shè)置廢水減量化單元，將廢水進(jìn)行高倍濃縮，從而縮小蒸發(fā)結(jié)晶裝置規(guī)模。

高效澄清池作為工業(yè)廢水零排放減量化單元的預(yù)處理工藝，通過(guò)投加石灰、純堿、鎂劑等，去除硬度的同時(shí)對(duì)重金屬、硅等有良好的去除;在反應(yīng)過(guò)程中加入絮凝劑、助凝劑，還能去除廢水中的膠體、懸浮物等。通過(guò)高效澄清池的預(yù)處理出水，可有效延長(zhǎng)后續(xù)離子交換再生周期、降低反滲透系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，以保證后續(xù)水處理單元的正常運(yùn)行，特別是對(duì)膜系統(tǒng)的保護(hù)和緩沖，若能兼顧來(lái)水的緩沖將更有利于系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

高效混合澄清池主要功能區(qū)分為混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)、澄清沉淀區(qū)、濃縮區(qū)、泥渣回流系統(tǒng)和剩余泥渣排放系統(tǒng)。廢水水經(jīng)過(guò)凝聚池后進(jìn)入在絮凝池，要進(jìn)行多個(gè)步驟：加入氫氧化鈉或石灰調(diào)高pH，根據(jù)水質(zhì)需要設(shè)置加入純堿，從而使來(lái)水中Ca2+、Mg2+分別與OH-、CO32-離子發(fā)生反應(yīng)生成的CaCO3和Mg（OH）2沉降;之后加入陰離子助凝劑將微絮凝顆粒轉(zhuǎn)化為大而致密的顆粒，使之易于在澄清沉淀區(qū)沉淀。在澄清沉淀區(qū)，大多數(shù)絮凝物直接從水中分離出來(lái)，沉降到反應(yīng)器較低處的濃縮部分;當(dāng)水從斜板往上流時(shí)，較小的殘余絮凝物被去除，沿著斜板向下滑，也到達(dá)濃縮部分;從頂端離開(kāi)斜管的澄清水一般需要設(shè)置加酸裝置將pH調(diào)節(jié)至8左右，再進(jìn)入后續(xù)單元繼續(xù)處理。

高效澄清池是繼平流沉淀池、斜管沉淀池、機(jī)械加工澄清池之后的第四代集絮凝、混凝、反應(yīng)、沉淀澄清與一體的澄清沉淀池，具有絮凝、沉淀效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、除硬效果好、耐沖擊等特點(diǎn)。故此，在近幾年的工業(yè)廢水零排放項(xiàng)目中，高效澄清池有著諸多的應(yīng)用案例，但對(duì)于承擔(dān)除硬的高效澄清池設(shè)計(jì)參數(shù)各個(gè)有不同，運(yùn)行效果也有差異。本文選取兩個(gè)工程項(xiàng)目中所涉及的三個(gè)高效澄清池的應(yīng)用為例，分析了設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況，為同類工程的設(shè)計(jì)提供參考。

1 應(yīng)用案例簡(jiǎn)介

1.1 陜西某煤間接液化項(xiàng)目

陜西某煤間接液化項(xiàng)目排放的各股廢水分別經(jīng)污水處理裝置的預(yù)處理、生化及深度處理后進(jìn)入回用水處理裝置，回用水裝置進(jìn)水經(jīng)反滲透系統(tǒng)三次濃縮將量化后產(chǎn)生的濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶單元進(jìn)行最終處理，實(shí)現(xiàn)了煤化工廢水的“零排放”。

回用水裝置一次濃縮減量化采用“高效澄清池+V型過(guò)濾+超濾+反滲透”組合工藝，其中高效澄清池反應(yīng)區(qū)運(yùn)行pH值為8.5-10.5，澄清沉淀區(qū)設(shè)計(jì)負(fù)荷約為9.2m3/m2·h，其進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1;二次濃縮處理的是一次反滲透濃縮后的濃水，采用“濃水高效澄清池+多介質(zhì)過(guò)濾器+濃水超濾+濃水反滲透”組合工藝，其中濃水高效澄清池反應(yīng)區(qū)運(yùn)行pH值為8.5-10.5，澄清沉淀區(qū)設(shè)計(jì)負(fù)荷約為8.0m3/m2·h，其進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

該項(xiàng)目高效澄清池共設(shè)2座，單座處理水量為800m3/h;濃水高效清池共設(shè)2座，單座處理水量為170m3/h。單套均設(shè)置混凝池、石灰投加池、絮凝池、沉淀澄清池及后混池。除硬的藥劑采用投加石灰和純堿。

1.2 陜西某煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目

陜西煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目循環(huán)水站排污水、污水處理站出水至回用水及濃鹽水處理站，回用水及濃鹽水站采用“高效澄清池密+V型濾池+一級(jí)弱酸樹(shù)脂+二級(jí)弱酸樹(shù)脂+超濾+反滲透”進(jìn)行高倍數(shù)一次濃縮，高效澄澄清池作為除硬第一步，一級(jí)弱酸樹(shù)脂和二級(jí)弱酸樹(shù)脂分別作為除硬第二步和第三步，將廢水中的硬度幾乎全部去除，從而進(jìn)行高倍濃縮;一次高倍濃縮后的濃水二次濃縮并經(jīng)納濾分鹽后蒸發(fā)結(jié)晶，最終實(shí)現(xiàn)廢水的“零排放”和部分結(jié)晶鹽資源化，其中一次高倍濃縮預(yù)處理中的高效澄清池反應(yīng)區(qū)運(yùn)行pH值為10.5-11.5，澄清沉淀區(qū)設(shè)計(jì)負(fù)荷約為6.5m3/m2·h，其進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表3。

該項(xiàng)目高效澄清池共設(shè)4座，單座處理水量為450m3/h，單設(shè)置混凝池、絮凝池、沉淀澄清池。除硬的藥劑采用投加氫氧化鈉和純堿。

2 對(duì)比及分析

從表1、表2和表3三個(gè)表中，我們可以看出，陜西某煤間接液化項(xiàng)目的高效澄清池和濃水高效澄清池實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)（見(jiàn)表1和表2）波動(dòng)比較大，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)比實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)均有較多余量，但實(shí)際出水水質(zhì)控制的并不理想，而對(duì)于陜西某煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目的高效澄清池（見(jiàn)表3）實(shí)際進(jìn)水質(zhì)波動(dòng)范圍相對(duì)較小，與設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)水質(zhì)較為接近，出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，較為理想，遠(yuǎn)優(yōu)于表1和表2所對(duì)應(yīng)的高效澄清池。

2.1 除硬藥劑對(duì)出水水質(zhì)的影響

兩個(gè)工程案例中除硬選用的藥劑一個(gè)是石灰+純堿，一個(gè)是雙堿法，使用氫氧化鈉藥劑更容易調(diào)節(jié)pH值來(lái)應(yīng)對(duì)水質(zhì)的波動(dòng)，反應(yīng)效率更高，產(chǎn)生的泥量也遠(yuǎn)少于添加石灰所產(chǎn)生的泥量，有利于控制污泥處理和處置的投資和運(yùn)行費(fèi)用。

純堿的加藥余量對(duì)硬度的去除也有一定的影響，表3澄清池的出水水質(zhì)堿度高于表1和表2，即純堿加藥的余量大，導(dǎo)致出水中碳酸氫根含量高，但因此更有利于控制降低出水的硬度。在設(shè)置純堿加藥的余量時(shí)，需要考慮后續(xù)工藝在濃縮工程中堿度的影響，如有必要在濃縮后還需要設(shè)置去除堿度的單元，如除碳器。

2.2 反應(yīng)區(qū)運(yùn)行pH值對(duì)出水水質(zhì)的影響

表1和表2根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)，反應(yīng)區(qū)運(yùn)行pH值的調(diào)節(jié)范圍為8.5-10.5;表3根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)，反應(yīng)區(qū)運(yùn)行pH值的調(diào)節(jié)范圍為10.5-11.5;由氫氧化鎂和碳酸鈣的等物質(zhì)的溶度積，pH值越高，其溶解度越小，越容易促成化合反應(yīng)行成固體，通過(guò)絮凝沉淀從水中去除。實(shí)際運(yùn)行表明，pH在10.5-11.5的反應(yīng)條件下，硬度去除效果更好。

2.3 運(yùn)行負(fù)荷對(duì)出水水質(zhì)的影響

對(duì)于要求高效澄清池既除濁度又除硬的項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)負(fù)荷要比只除濁的設(shè)計(jì)負(fù)荷低，而表1對(duì)應(yīng)的高效澄清池的澄清沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)負(fù)荷最高，表2其次，表3則最低，對(duì)于進(jìn)水水質(zhì)則相反，也就是說(shuō)，表3高效澄清池進(jìn)水水質(zhì)最好，設(shè)計(jì)負(fù)荷最低，相對(duì)出水水質(zhì)最好。實(shí)際運(yùn)行情況表1和表2涉及的高效澄清池運(yùn)行狀況并不理想，不排除設(shè)計(jì)負(fù)荷過(guò)高的原因。

高效澄清池運(yùn)行負(fù)荷低，更有利于懸浮物的沉降，如果水中的鈣鎂離子與添加的軟化藥劑反應(yīng)后產(chǎn)生的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀物質(zhì)沉降不完全，會(huì)與高效澄清池出水時(shí)，為調(diào)節(jié)pH加的酸再次發(fā)生反應(yīng)，從而再次溶解到水中，影響出水硬度。同時(shí)低的運(yùn)行負(fù)荷低，對(duì)于進(jìn)水水質(zhì)的濁度波動(dòng)承受范圍更大，出水的SS低且相對(duì)穩(wěn)定。

3 結(jié)論

結(jié)合上述項(xiàng)目數(shù)據(jù)和分析過(guò)程，主要得到如下幾點(diǎn)結(jié)論：①對(duì)于工業(yè)廢水零排放中的高效澄清池的應(yīng)用，在藥劑設(shè)置中，選用氫氧化鈉要比石灰更容易調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)的pH值，更耐進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的沖擊，產(chǎn)泥量更少，有利于減少污泥處理和處置的投資和運(yùn)行費(fèi)用;但藥劑費(fèi)用稍高;②軟化加藥純堿的加藥余量的控制，反應(yīng)后的余量越大，更有利于水中硬度的去除;但需要結(jié)合后續(xù)工藝的設(shè)置需求，建議可考慮余量控制在400mg/L以內(nèi)（以碳酸鈣計(jì)）;③設(shè)計(jì)除硬功能的高效澄清池，澄清沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)負(fù)荷建議設(shè)計(jì)在6-8 m3/m2·h，有利于對(duì)出水硬度和懸浮物的指標(biāo)的控制和調(diào)節(jié);④反應(yīng)區(qū)的pH值宜控制在10.5-11.5，pH值越高，更有利于硬度的去除。