綜合水處理廠預處理液堿代替片堿降硬的實踐

段立輝，丁 靜，楊曙東，韓寶成，馬 靜

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南271100）

1 前 言

為了響應國家環凈排放控制要求，并根據山東泰山鋼鐵集團有限公司環保總體規劃，建設日處理量10 000 m3雅鹿山綜合水處理廠1座，2019年7月正式投運，負責對泰鋼廠區廢水集中綜合處理。設計進水主要為各生產系統循環冷卻水、各廠區生活污水及各分廠部分污水處理站的出水；處理后的中水實現全部回用，其中凈水回用于工業開式循環冷卻水系統及除鹽水站系統，作為其補充水；濃水等回用于高爐沖渣及料場噴灑、熱燜渣、不銹鋼鋼渣等。雅鹿山綜合水處理廠廢水前處理系統原采用片堿、純堿降低污水硬度，存在加藥量大、成本高、員工勞動強度大等諸多問題，制約綜合水處理廠生產運行。為此，對雅鹿山綜合水處理廠工藝流程進行梳理，提出了液堿代替片堿降低污水硬度的方案，并進行模擬試驗，分別對片堿和液堿降低污水硬度的效果進行驗證。從試驗效果看，液堿效果更佳，將液堿代替片堿應用于實際生產中，進行進一步論證。

2 雅鹿山綜合水處理廠工藝描述

2.1 廢水前處理

預處理主要目的是去除原水中的懸浮物、膠體物、色度、濁度、有機物、硬度等妨礙后續超濾、納濾、反滲透運行的雜質。原水為各廠排放水，水質變化大、濁度較高，膠體、有機物含量較高。針對原水的水質特點，設置的預處理設施包括絮凝高密度沉淀池、無閥濾池、片堿純堿軟化裝置、絮凝劑加藥裝置等。針對焦化公司生化污水處理站出水、冷軋廠污水處理站出水和冷軋廠、新材料公司、經貿大樓、盈德氣體公司生活污水等COD 偏高需特別生化處理的廢水，設置單獨的生化污水處理單元，經降COD 和氨氮后再進入前述的絮凝高密度沉淀池一起處理。各廢水經管網輸送并流入廢水調節池后，廢水調節池經提升泵提升進入高效絮凝反應池，投加片堿、純堿降低硬度，通過混凝反應沉淀去除大部分懸浮物質，再通過無閥濾池進行進一步截留機械雜質，滿足后級深度處理要求。

2.2 深度處理系統

預處理出水直入清水池進行緩沖停留，經提升泵至多介質過濾器過濾并投加殺菌劑后進入超濾設備，超濾產水經提升泵提升，同時投加還原劑、阻垢劑、非氧化性殺菌劑后進入納濾系統，20%納濾濃水進入濃水池，80%納濾產水經反滲透設備，反滲透80%產水進入回用水池，為提高凈水回收率，反滲透20%濃水經濃水反滲透設備，濃水反滲透50%濃水進入濃水池，濃水反滲透50%產水進入回用水池，回用水池產水經回用水泵加壓，采用管道外送，作為工業開式循環冷卻水補充水。濃水經濃水泵加壓，采用管道外送到高爐沖渣及熱燜渣廠等使用。

2.3 污水軟化

硬度是水質的一個重要指標，生產系統循環冷卻水排水通常硬度較高，配備膜處理設備的污水處理廠，為降低污水在膜設備的結垢傾向，需要在廢水前處理系統進行污水降硬處理，采用的軟化處理方法為藥劑軟化法，是基于溶度積原理，加入某些藥劑，把水中鈣、鎂離子轉變成難溶化合物使之沉淀析出，常見的某些難溶化合物的溶度積見表1［1］。

表1 某些難溶化合物的溶度積（25 ℃）

3 應用液堿前的運行狀況

3.1 加藥成本高

雅鹿山綜合水處理廠原采用片堿、純堿雙堿法處理污水中的鈣鎂離子，降低污水硬度，每月需要消耗片堿45 t左右，純堿40 t左右，雙堿噸水成本約為2.58 元/m3，每月僅片堿和純堿的藥劑費用在20萬元左右，加藥成本高。

3.2 崗位員工勞動強度大

兩種藥劑用量大，平均每天需要加純堿約35袋（約1.4 t）、片堿約60 袋（約1.5 t），每月需倒運藥劑約90 t，加藥方式為人工輔助電動葫蘆加藥，加藥勞動強度大，且容易對人體產生灼傷。

3.3 藥劑溶解不佳

兩種藥劑一種是粉狀，一種是片狀，都需要進行加水溶解后使用，運行過程中片堿和純堿并不能全部溶解。加入污水中后有一部分藥劑以沉淀的形式沉入水中，并沒有起到藥劑應有的作用。液堿、純堿在同一加藥罐中配置，使用同一加藥管道，經常出現浮子流量計堵塞導致流量調節失控造成硬度超標問題。

3.4 固體藥劑易潮解

由于藥劑用量大，需要將藥劑大量存放在倉庫中，在搬運過程中易損壞包裝袋，造成藥劑損失；另外，片堿、純堿易潮解，一旦藥劑潮解板結后將無法溶解使用，既造成藥劑浪費，又形成固體廢物。

4 預處理使用液堿代替片堿

4.1 藥劑用量

片堿價格2 500元/t左右，氫氧化鈉含量在98%左右，液堿價格600元/t左右，氫氧化鈉含量30%左右，按濃度折算后，從價格來看，液堿比片堿更經濟。同時對液堿、片堿降低污水硬度進行試驗，結果顯示加入折算后的同等物質的量氫氧化鈉時，液堿比片堿降低硬度的能力更強、效果更好。

雅鹿山綜合水處理廠設有堿罐，主要用于氣浮池調節pH 和深度處理超濾自動堿洗，為了能夠實現液堿代替片堿，重新敷設1條加液堿管道至高密度沉淀池。2020 年8 月29 日正式開始使用液堿代替片堿進行預處理降硬，液堿代替片堿前后總進水量、片堿、純堿和液堿用量如表2所示。

表2 總進水量、藥劑用量統計

4.2 應用效果

由于液堿不需要溶解，能夠直接與污水產生反應，反應速度快，污水硬度比之前使用片堿時降低幅度更大。通過對高密度出水進行化驗，對純堿加藥量進行調整，在一定程度上減少了純堿的加藥量，進一步降低了勞動強度。使用液堿后，不僅片堿費用下降，純堿用量也大幅下降，純堿和液堿成本為噸水 1.51 元/m3，噸水成本下降了 1.07 元/m3。另外，藥劑倒運費用也節省了。改用液堿后，液堿的運輸使用罐車，直接倒運至液堿罐中，通過加藥泵輸送至高密度沉淀池，無需人工搬運，片堿用量逐漸降至0，同時純堿加藥量也下降了1/2，減少了員工3/4的加藥勞動量，改善了工作條件。

片堿、純堿均含有一定雜質，而且固體藥劑不能完全溶解，雜質及未溶解藥劑最終進入到污泥當中。使用液堿后能夠更快速的反應，減少藥劑用量，減少污泥的產生。

4.3 問題及解決措施

4.3.1 液堿的流量調控

在實際生產過程中，由于不同員工對生產的調控存在差異，造成液堿流量忽高忽低，導致出水水質波動。根本原因是：兩套高密度沉淀池低流量運行且共用同一加藥管道，加藥分配不匹配；總進水流量與液堿流量人工調節差異大。為了確保液堿加藥量適量，制定相關措施：單套高密度運行，提高高密度沉淀池進水流量；高密度沉淀池流量控制在130 m3/h左右，保證進水流量一定；純堿加藥泵閥門禁止調動，保證純堿加藥一定；高密度沉淀池出水pH值控制在10.5～11，待出水水質穩定后，計時30 s 用量筒量取液堿流量在1 100 mL 左右并做記錄，作為今后流量調節的參考。

4.3.2 影響PAM絮凝效果

對于陰離子聚丙烯酰胺，通過水解使酰胺基團約有30%～40%轉化為羧酸基團時效果最好，pH值過高會造成酰胺基團過度水解，導致高密度沉淀池污泥抱團效果差。實際運行過程中，當高密度沉淀池出水pH 達到11 以上時，絮凝效果會越來越差，出水攜帶絮體，造成斜管填料積泥。

4.3.3 堿罐液位升降影響液堿流量

雅鹿山綜合水處理廠液堿泵采用的是立式不銹鋼多級離心泵，可通過調節頻率來控制液堿流量。在生產過程中發現，在相同頻率下，泵的流量隨著堿罐液位的降低逐漸減少，當堿罐重新注滿液堿時，堿泵的流量又陡增。發生這種變化的原因是因為液位高度的變化造成泵的入口壓力發生變化。對此，制定了液位、堿泵頻率對照表，堿泵的頻率根據液位進行調節，確保液堿流量的穩定。

4.3.4 液堿結晶問題

工業用液堿濃度一般在30%左右，而堿罐通常設計建造在室外。冬天當氣溫低于0 ℃時，液堿容易在堿罐、管道內結晶析出。需要對堿泵及堿管道纏繞伴熱帶保溫，對堿罐通蒸汽保溫，蒸汽應引出堿罐，防止蒸汽凝結水進入堿罐使液堿濃度降低。

4.3.5 污泥結構綿軟

液堿代替片堿處理污水后，通過半年的運行效果看出，液堿與污水反應產生的污泥相比于片堿與污水反應產生的污泥更綿軟，但未對壓濾機壓泥造成影響。

5 結 語

綜合水處理廠廢水前處理系統采用液堿代替片堿進行降硬，從實際運行效果來看，能夠滿足預處理降低污水硬度的要求，且降硬效果更好。由于液堿的價格相較純堿、片堿低，噸水藥劑成本下降了1.07 元/m3，同時降低了員工勞動強度。不論是從工藝角度還是經濟角度，液堿代替片堿均有益于生產運行。