混凝斜管沉淀池的優化研究與應用

羅瑞 ，馬耀東，李軍濤，馬紹斌，梁新亞，崔寧利，孫尚龍

(甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司，甘肅 華亭 744100)

0 引言

混凝斜管沉淀池是污水回用裝置常見的預處理系統，是一種用于對進水水質進行預處理的構筑物，其作用是在混凝池的進水口投加混凝劑聚合氯化鋁PAC和絮凝劑聚丙烯酰胺PAM等藥劑，進行混凝反應，然后進入斜管沉淀池中去除污水中的懸浮物和膠體，通過排泥管道排出產生的污泥。如果混凝池在日常運行中存在廢水停留時間短、水流速度快、混凝反應不充分等問題，容易造成斜管沉淀池內出現絮凝物或者污泥上浮的情況，出水水質懸浮物增加，進入后續的過濾器和超濾膜處理設備，直觀表現為進出水壓差增大、產水量快速下降，運行周期縮短。因此，斜管沉淀池的出水水質至關重要，決定了超濾系統運行情況的好壞。

1 研究與應用

1.1 原因分析

混凝池設計進水流量為250 m3/h，實際運行中處理水量不足200 m3/h。日常運行中出現水力停留時間短、水流速度快、與藥劑混凝反應不充分等問題，容易造成斜管沉淀池內出現絮凝物或者污泥上浮的情況。混凝斜管沉淀池進出水流程示意圖如圖1所示。混凝池原設計為長6.1 m、寬2.3 m、深6 m，有兩堵隔墻，隔墻間距約2 m、距離池體邊緣0.7 m。進入混凝池的污水為曲弦形水平流動，混凝池原設計水流方向示意圖如圖2所示。

圖1 混凝斜管沉淀池進出水流程示意圖

圖2 混凝池原設計水流方向示意圖

1.2 混凝效果的影響因素

在化工廢水處理過程中，存在很多影響混凝效果的因素。主要可分為廢水中的含硫化合物、油分、溫度、污泥活性、氣化廢水PAM添加量等。而廢水溫度的影響最為關鍵，主要表現在如下幾個方面：

(1)影響混凝劑在水中的堿度及起化學反應的速度，因金屬鹽類水解是吸熱反應，溫度過低將在很大程度上降低混凝效果。

(2)影響礬花的形成。水溫低于20 ℃時，絮凝體形成過程緩慢，抱團性差，絮凝團較小。

(3)影響脫穩膠粒相互凝聚，水溫低于15 ℃時，廢水表面張力變大，不利于金屬鹽類脫穩膠。

1.3 流程簡述

污水處理裝置出水首先進入污水回用裝置的調節池(V=921 m3)，安裝有一臺羅茨鼓風機作為池內空氣攪拌裝置，使來水充分混合均勻，進行水質和水量的調整，然后由調節池提升泵(共三臺，2開1備)輸送至氧化池。氧化池入口處投加雙氧水、硫酸亞鐵和硫酸，進一步去除COD，氧化池的出水重力自流至混凝池。在混凝池進口處，投加PAC、PAM、液堿、并根據水中鈣離子的多少，投加石灰乳。混凝池的出水進入斜管沉淀池，進一步去除水中的懸浮物和部分硅酸鹽等。斜管池出水濁度要求小于5 NTU，斜管池的配水槽處加入硫酸，以保證斜管池出水pH在7.0～8.0之間。斜管池出水進入中間水池1(V=614 m3)，由中間水池1提升泵(共三臺，2開1備)送入多介質過濾器(共9臺)，進一步去除水中的懸浮物。多介質過濾器的出水濁度小于3 NTU，進入自清洗過濾器，過濾精度為100 μm，大通量過濾器，過濾精度為75 μm。大通量過濾器的出水進入超濾裝置，超濾出水濁度要求小于 0.5 NTU，超濾裝置的出水進入中間水池2(V=600 m3)，由中間水池2提升泵(共三臺，2開1備)送入保安過濾器。出水經反滲透高壓泵提升壓力然后進入反滲透裝置，反滲透的產水進入回用水池(V=708 m3)，由回用水泵送至循環水崗位回用(共三臺，2開1備)，同時反滲透裝置產生的濃水，進入濃水池(V=647 m3)，由濃水提升泵送至水解池。水解池的出水進入一級生化池和二級生化池，進一步去除水中的COD和氨氮，生化池的出水進入二沉池。二沉池入口投加PAM，去除懸浮物，二沉池出水進入接觸池(V=490 m3)。接觸池的入口投加雙氧水，接觸池出水由接觸池提升泵送至泡沫過濾器去除懸浮物后達標排放。整套裝置產生的污泥來自斜管沉淀池和二沉池排泥，由污泥處理系統板框式壓濾機進行脫水處理后，送至污泥間存放。

1.4 研究過程

(1)對混凝池內原設計的兩堵隔墻進行改造，并對加藥點進行改造。使加入混凝池內的絮凝劑與廢水充分混合，加快廢水中的懸浮顆粒的絮凝時間，提高絮凝體的沉降性能，達到絮凝的效果[1]。合理選定和優化混凝工藝，不僅會提高出水水質，還能達到節能、降耗及提高運行效率的目的。

(2)在斜管沉淀池的排泥管線上增加管道混合器和PAM絮凝劑加藥點，對排出的污泥進行濃縮處理。將污泥池上清液返回混凝池，濃縮后的污泥經污泥螺桿泵輸送入板框壓濾機，提高污泥壓濾效率。選用陰離子PAM和陽離子PAM按照1‰的濃度分別配制為溶液，在兩個燒杯里取斜管沉淀池排泥樣各200 mL，分別投加陰離子PAM和陽離子PAM，PAM溶液投加量每次增加1 mL，投加完攪拌30 s后沉淀5 min，投加到4 mL以上時污泥出現明顯的泥水分界線，污泥沉降后絮體顆粒體積變大，投加到6 mL時，沉降效果最好，且陰離子PAM的沉降效果比陽離子PAM更好。在200 mL的斜管沉淀池排泥樣中投加1‰濃度的陰離子PAM，投加的最佳劑量為6 mL。投加PAM達到最佳劑量后，絮凝體形態分布均勻。實踐證明，PAM對污泥的絮凝脫水在于改變污泥顆粒結構，破壞膠體穩定性。

1.5 改造與應用

(1)采用豎向流翻騰式混凝池的原理，將污水回用裝置原設計曲弦形水平向流動的混凝池改為豎向流翻騰式混凝池，曲弦形水平流向變為豎向翻騰流動和水平流動結合的流向，水流的路徑延長至少20 m，增加廢水停留時間，減緩水流速度，使混凝反應更充分[2-3]。采用厚度10 mm的鋼板制作混凝池隔板，將混凝池第一個隔墻底部留出高1 m、寬0.7 m的口，上部全部封堵，使進入混凝池的水流從第一隔墻的底部進入第二隔墻；將第二個隔墻下部全部封堵，頂部留出高1 m、寬0.7 m的口，使進入第二隔墻的水流從頂部流出。

(2)將原設計在混凝池第二隔墻內投加的聚合氯化鋁PAC改為第一隔墻的進水口投加聚合氯化鋁，混凝池第一隔墻內水流豎向向下流動進入第二隔墻，第二隔墻內水流豎向向上流動進入出水口。同時在第二隔墻內投加陰離子聚丙烯酰胺PAM，經過出水口流入斜管沉淀池。改造后的混凝沉淀池水流方向示意圖如圖3所示。

圖3 改造后的混凝沉淀池水流方向示意圖

(3)混凝池底部原有的排泥管和排泥方式不變。在排泥總管上增加自制的管道混合器，投加陰離子聚丙烯酰胺。混凝沉淀池每次排泥時在管道混合器加藥口投加陰離子聚丙烯酰胺，污泥池內可形成大量的上清液，將上清液返回系統后，可有效節約污泥池容積，同時濃縮后的污泥更容易被壓濾機脫水處理。

2 技術創新點

2.1 混凝反應更充分，得到較好的出水水質

將原曲弦形水平流動的混凝池改為豎向翻騰式流動的混凝池。水流的流向發生改變，路徑延長增加水流停留時間，減緩水流速度。豎向翻騰流動增加顆粒碰撞，使混凝反應更充分，以便得到較好的出水水質。

2.2 修舊利廢，節省機械攪拌設備，改造效果明顯

利用原有混凝池池體節省土建工程施工，同時節省機械攪拌設備。由于混合采用流體上下翻騰使藥劑與水的混合更加充分，不用管道混合器等反應設備，水流到達混凝池出水口時形成的礬花絮體較大，在斜管沉淀池中更容易沉降。混凝斜管沉淀池的排泥量滿足系統運行，保證了斜管沉淀池長周期運行，避免出現絮凝物或者污泥上浮的情況。使處理水量由原來的200 m3/h增加到400 m3/h時仍能保持較好的出水水質，能更好的適應廢水水質變化，改造效果明顯。

3 經濟效益

3.1 減少大通量過濾器濾芯消耗量，確保后續超濾和反滲透膜系統正常運行

2021年6月改造前407裝置斜管沉淀池的出水濁度平均值為4.47 NTU，小于5 NTU的合格率為69.62%，改造后斜管沉淀池的出水濁度平均值為2.67 NTU，小于5 NTU的合格率為96.5%，改造前后效果對比如表1所示。污水回用裝置預處理系統出水濁度長期穩定達標＜5 NTU，控制在3 NTU以內。減少大通量過濾器濾芯更換頻率及消耗量，消耗量同比減少20%以上，確保后續超濾和反滲透膜系統正常運行。

表1 斜板沉淀池改造前后效果對比

3.2 節省藥劑，處理水量增加

技術改造前由于污泥上浮、出水濁度高等原因斜管沉淀池運行周期短，單套斜管沉淀池處理水量約150～200 m3/h，單套混凝斜管沉淀池的混凝劑PAC消耗量為0.13 kg/t污水。改造后單套混凝斜管沉淀池處理水量約250～300 m3/h，混凝劑PAC消耗量為0.07 kg/t污水，節省藥劑，同時增加了處理水量。

4 結語

通過以上研究與應用，完成了混凝斜管沉淀池的優化。斜管沉淀池排出的污泥經過PAM濃縮后，板框式壓濾機進泥時間縮短，提高了污泥壓濾效率。此外，解決了混凝斜管沉淀池停留時間短、水流速度快、混凝反應不充分、污泥上浮運行周期短等問題，使處理水量由原來的200 m3/h增加到400 m3/h時仍能保持較好的出水水質，能更好地適應廢水水質變化，改造效果明顯。并為污水回用裝置提高回用水量奠定基礎，達到了污水預處理構筑物的效果。