高效沉淀池除硬工藝結垢分析與改進措施

杜小龍 詹鵬

（隆基綠能科技股份有限公司，陜西西安 710000）

1 引言

高效沉淀池集混合、絮凝、沉淀、濃縮等功能于一體［1］，采用斜管沉淀、泥渣回流、投加微砂等措施提高沉淀區表面負荷，具有占地小、水頭損失小、沉淀效率高等特點［2］。近年來在給水和污水深度處理中，尤其通過加藥，在除硬、除硅等原水預處理領域得到了大量應用。

本文介紹分析一個回用水原水預處理實例，對其除硬工段高效沉淀池的工藝、參數、運行狀況、問題等進行簡單介紹，主要對項目運行中的系統結垢問題進行分析，并總結同樣條件下水處理除硬單元的高效沉淀池的優化設計經驗。

2 項目概述

該項目位于陜西省榆林市，主裝置為100 萬t 間接液化煤制油裝置，主裝置生產工藝采用低溫費托合成技術，主要產品為柴油、石腦油和液化石油氣（LPG）。

項目回用水處理工藝為澄清＋過濾＋超濾＋反滲透，其中澄清＋過濾單元作為雙膜工藝的預處理工段，選用的是高效沉淀池與V 型濾池。

回用水裝置來水主要為污水裝置排水（820 m3/h）、循環水排污水（210 m3/h）、脫鹽水站濃排水（230 m3/h）等，合計預處理規模為1 260 m3/h。設計進出水水質（主要指標）見表1。

表1 進出水水質

3 工藝簡介與設計參數

3.1 高效沉淀池工藝簡介

目前高效沉淀池主要工藝形式有2 種：一種是以體外泥渣循環回流為主要特征的沉淀技術；一種是增加了微砂投加和分離的沉淀技術［3］。該項目采用前者，即體外泥渣循環回流高效沉淀技術。高效沉淀池結構示意見圖1。

圖1 高效沉淀池結構示意

3.2 除硬反應

項目進水中鈣、鎂離子含量較高，設計的軟化工藝為石灰－蘇打法［4］，反應pH 控制在10.5 左右［5］。在該條件下，通過投加除硬藥劑，形成CaCO3，Mg（OH）2等難溶物質，析出水體后沉淀去除。

暫時硬度去除化學反應式為：

Ca（HCO3）2＋Ca（OH）2→2CaCO3↓＋2H2O

Mg（HCO3）2＋2Ca（OH）2→2CaCO3↓＋Mg（OH）2↓＋2H2O

永久硬度去除化學反應式為：

Ca2＋＋CO32－→CaCO3↓

Mg2＋＋CO32－＋H2O→Mg（OH）2↓＋CO2

反應生成的CaCO3，Mg（OH）2大部分隨泥渣排出系統，剩余的沉淀物會附著在池體、管道、設備表面，形成質地密實的鹽垢。

3.3 主要設計參數

進水規模1 260 m3/h，考慮水量變化，高效沉淀池設計規模為1 600 m3/h。其他主要參數如下：混合時間1 min；絮凝時間10 min；上升流速15 m/h；污泥回流比2%；斜管長度1 500 mm；石灰投加量480 mg/L；純堿投加量175 mg/L；PAC 投加量15 mg/L。

3.4 主要池體參數

（1）混合池。尺寸：2.3 m×2.4 m×3.0 m，4 座。

（2）絮凝池。尺寸：5.2 m×5.2 m×6.4 m ，2 座。

（3）沉淀池。尺寸：10.5 m×10.5 m×6.4 m，2 座。

（4）后混池。尺寸：3.0 m×3.0 m×4.0 m，1 座。

3.5 主要設備參數

（1）混合攪拌器。參數：1 100 mm，轉速70 r/min，3.0 kW，4 臺。

（2）絮凝攪拌器。參數：2 500 mm，轉速10～50 r/min，3.0 kW，2 臺。

（3）后混攪拌器。參數：1 100 mm，轉速70 r/min，3.0 kW，1 臺。

（4）刮泥機。參數：10.5 m，0.75 kW，2 臺。

（5）導流筒。參數：2 600 mm，筒深3 840 mm，2臺。

（6）污泥回流泵。參數：20 m3/h，0.3 MPa，4 kW，變頻4 臺。

（7）污泥排放泵。參數：20 m3/h，0.3 MPa，4 kW，2臺。

3.6 自控儀表參數

（1）靜壓式泥位計。參數：0～6 m，4～20 mA 信號；位置：沉淀池，2 臺。

（2）在線pH 計。參數：0～14，探頭耐腐蝕，4～20 mA 信號；位置：沉淀池，3 臺。

（3）在線濁度分析儀。參數：0～100 NTU，4～20 mA 信號；位置：后混池，1 臺。

（4）電磁流量計。參數：0～1 600 m3/h，DN 500，4～20 mA 信號；位置：進水提升泵出口，1 臺。

（5）電磁流量計。參數：0～8 m3/h，DN 50，4～20 mA 信號；位置：石灰加藥泵出口，2 臺。

（6）電磁流量計。參數：0～0.95 m3/h，DN 32，4～20 mA 信號；位置：純堿加藥泵出口，2 臺。

（7）電磁流量計。參數：0～20 m3/h，DN 80，4～20 mA 信號；位置：污泥回流泵出口，2 臺。

4 現狀運行問題

項目投產后6 個月，在高效沉淀池的過水孔、堰口、管道內壁、攪拌器槳葉、斜管內壁等處均發現了比較嚴重的結垢現象。

運行1 年后停車檢修時，在攪拌器、刮泥機、排泥管及混合池連通管內發現了嚴重的結垢現象，管道內徑大大縮小。

項目運行期間，結垢速度快、厚度大、附著牢固。檢修期間嘗試過多種除垢措施，都未取得理想效果。

5 結垢的危害及解決措施

5.1 結垢的危害

（1）影響工藝運行效果

項目斜管孔眼直徑為80 mm，隨著除硬反應的進行，斜管孔眼會較快地被堵塞，增大了實際的上升流速，導致出水水質變差。

（2）損壞設備

刮泥機等設備的轉動部件結垢后，易使設備啟動時電機過載。同時加劇了轉動部件的磨損，縮短了設備的壽命。對于斜板、支架、出水槽等固定結構，結垢將增加其自身荷重，超出材料強度將會使斜管及支架等設施發生變形。

（3）其他危害

混合池連通管因結垢口徑縮小，導致混合池壅水，威脅系統的安全運行。另外，結垢會降低池內儀表的精度，影響系統的穩定運行。

5.2 結垢的解決措施

（1）加酸清洗結垢

結垢問題是除硬工藝本身造成的，無法通過改變池型或投加阻垢劑根除，人工除垢費時費力。

該項目嘗試了多種除垢方案，其中一項是定期向系統注入酸液來控制結垢。反應式如下：

CaCO3＋2H＋→Ca2＋＋CO2↑＋H2O

Mg（OH）2＋2H＋→Mg2＋＋2H2O

注入酸液后，CaCO3，Mg（OH）2表層部分溶解，并隨酸液排出系統。酸洗需要增加加酸裝置以及廢酸液的排放、收集和處理裝置，應在設計時統一考慮，以保證清洗作業高效、可靠進行，同時減輕勞動強度。

（2）更換系統部分管線及設備材質

混合池連通管、排泥管通常選擇碳鋼管材，但進行酸洗除垢作業時，有除硬功能的高效沉淀池預埋管道、支架等均應考慮耐腐蝕性能。因此有除硬功能的高效沉淀池，池內管材及設備的過流部分應選擇不銹鋼材質。

（3）改進系統結構

普通高效沉淀池排泥管均埋在沉淀池底板以下，但除硬時，必然帶來結垢和檢修問題，為方便拆裝，可以將底部連通管和排泥管由埋地改為管廊安裝。管廊尺寸需滿足檢修和操作空間，見圖2。

圖2 管廊安裝

（4）其他細節改進措施

普通混合池連通管設計成U 型，易堵塞且不便檢修。針對這一問題，可考慮將U 型處彎頭改為三通，整體類似于倒π 型，便于堵塞時拆卸檢修，見圖3。

圖3 普通混合池連通管設計

6 結論與建議

（1）原水處理進水鈣、鎂離子含量較高，軟化工藝為石灰法等化學法時，工藝本身生成CaCO3，Mg（OH）2等難溶物質，易附著在池體、管道、設備表面，系統結垢現象比較嚴重。

（2）軟化系統自身的結構對運行期間的除垢作業影響較大，結構越復雜，結垢越嚴重。建議在選擇除硬工藝時綜合考慮結垢問題，系統總體上應寧簡勿繁，避免結構和設備過于復雜給除垢和檢修作業帶來不便。

（3）在運行期間，對于池體構造狹小以及管道內壁的結垢，在常規除垢措施無效時，可嘗試定期向系統注入酸液來控制結垢的增長。池內管材及設備的設計，相應地考慮材料的耐腐蝕性。

（4）高效沉淀池在斜板孔眼、出水槽等處都有比較嚴重的結垢傾向，隨著結垢厚度增加，會增大設備及支撐的附加荷重，因此在上述結構強度設計時應充分考慮裕量。

（5）對于高效沉淀池底部連通管和排泥管等關鍵埋地管道結構在設計時應考慮疏通、檢修的作業方便。

（6）運行期間應勤觀察、勤測量，定期做好除垢工作，避免放任結垢發展對系統的結構、設備及管線造成不可恢復的損害。