淺析高密池對循環水中硬度去除過程分析

＊李艷芳

（內蒙古多倫縣生態環境監測站 內蒙古 027300）

1.引言

高密池沉淀池是一種緊湊、高效、靈活的新型污水處理工藝，是由法國得利滿公司開發出的一項先進專利澄清技術。高密池從整體結構看，由前混池、絮凝沉淀池、預沉濃縮池組成。前混池分為快速攪拌區和無攪拌區，快速攪拌區由可調速葉輪控制加藥后混合水的攪拌速度；無攪拌區可使礬花增大，密實均勻，絮凝沉淀池中污水在助凝劑和回流污泥的作用下，形成高濃度泥層來增加顆粒碰撞機會，有效吸附膠體、懸浮物、乳化油、COD及金屬離子等[1]。

工作原理為：依靠投加石灰降低系統進水堿度及鎂硬，投加碳酸鈉去除進水鈣硬，投加聚鐵及PAM去除水中濁度，投加硫酸調節出水pH值。高密池由石灰混合池、混凝及純堿混合池、絮凝反應池、斜管沉淀池、集水渠、后混合池、調節池組成。

2.高密池對循環水的處理效果

循環水處理工藝主要分為自然pH運行工藝和加酸調pH工藝兩種，目前國內外對于硬度高的循環水，普遍采用加酸的處理方式以抑制結垢，Ca（以CaCO3計）質量濃度一般小于1200mg/L，有些可以達到1500mg/L，但隨著循環水系統的補充水硬度不斷升高，許多補水濃縮5倍后Ca2+質量濃度超過了1500mg/L，因此亟待開發Ca2+質量濃度超過1500mg/L的水處理工藝和配方，以抑制循環水的結垢和腐蝕問題[2]。根據某公司實際水質，將調試過程分為三個階段：第一階段，較高硬度水，來水Ca2+＞1000mg/L，Mg2+＞200mg/L；第二階段，正常水質，Ca2+＜1000mg/L，Mg2+＜200mg/L；第三階段，采用氫氧化鈉與石灰混配調整pH值，對比藥劑的消耗變化以及對系統的影響。

(1)高密池對較高硬度廢水的處理

圖1 高密池硬度的去除效果1

高密池進水為循環水，水質體現當時循環水的整體水質狀況，循環水初期電導高達15000uS/cm，Ca2+接近2000mg/L，Mg2+離子接近1000mg/L，水質較為惡劣。高密池采用石灰-純堿法去除水中硬度，調試初期采用投加Ca(OH)2對高密池pH值進行調節，由于調整問題，8月19日至9月22日pH值變化非常大，在8.1～11.11之間波動，Ca(OH)2加藥泵加藥量隨之變化，在1.8～4.2m3/h之間波動，Na2CO3加藥基本維持穩定，從4.2～3.15m3/h呈緩慢下降階段。雖然調整存在較大的波動，但Ca2+、Mg2+離子均取得了較好的去除效果，循環水Ca2+從2000mg/L降低至1000mg/L，Mg2+離子從1000mg/L降低至550mg/L。

由于調試過程中Ca(OH)2加藥不穩定問題造成pH值波動，導致產水Ca2+、Mg2+離子呈現巨大波動，較好時去除率可以達到96%以上，差時去除率僅為53%；產水Ca2+最低到44mg/L，最高達453mg/L，波動較大；產水Mg2+最低到50mg/L，最高達276mg/L，平均維持在200mg/L左右。從圖2中可以明顯看出pH值波動對去除率產生較大影響，隨著硬度的降低影響越大。說明較高硬度的水質可以較容易的處理到一定硬度水平。

圖2 硬度的去除率與pH值的關聯性

(2)高密池對較低硬度廢水的處理

隨著調試的進行，明確了pH值對系統的影響，9月22日至9月29日將pH值目標值控制在10.5，Ca2+、Mg2+離子均取得較好的去除效果，產水Ca2+從280mg/L降至120mg/L；產水Mg2+從218mg/L降至32mg/L。隨后，由于Mg2+降低，去除重點集中在Ca2+，為了節省藥劑，依據圖2理論，將pH調至9.5，僅去除Ca2+離子，但從圖3中可以明顯看出Ca2+離子沒有得到有效去除反而呈上升趨勢，至10月2日上升至491mg/L，未取得預計效果，對比加藥量變化，Ca(OH)2從3.5m3/h上升至7m3/h，但Na2CO3僅從3.15m3/h提升至4.38m3/h，判斷造成產水Ca2+離子上升的又一原因為Ca(OH)2投加過量。10月2日恢復pH至10.5，在Ca(OH)2保持不變的前提下，通過大量投加碳酸鈉的方式，確保水中Ca2+離子去除，此過程中Ca2+離子由491mg/L降至124mg/L，Mg2+離子由于進水含量低，產水保持在100mg/L以下。此控制過程體現出Ca2+過多，堿度不足的正硬度水體，石灰-純堿法對硬度去除非常困難，提pH值引入Ca2+離子增加，對碳酸鈉需求量增大，不提Ca(OH)2無法保證Ca2+離子去除所需的pH值。

圖3 高密池對硬度的去除效果2

10月12日至20日，以及降低外部引入Ca2+，節省藥劑，將pH控制為10，產水Ca2+離子由124mg/L再一次上升至365mg/L。調整過程為，隨著水量變化將Na2CO3投加量下調至2.45m3/h，Ca(OH)2投加量保持不變，初步判斷，Na2CO3投加量不足，造成產水Ca2+離子上升。10月20日至10月28日，將Na2CO3投加量提至3.85m3/h，石灰加藥量在2～7m3/h之間波動，pH目標值10，產水Ca2+離子保持在100～150mg/L之間，維持穩定，產水Mg2+離子有所上升，100～120mg/L。對比此前操作，說明水中必須保持有足夠的碳酸鈉，穩定的pH，Ca2+離子才能得到有效的去除，且pH降低對Mg2+離子去除產生不利影響。

(3)氫氧化鈉的投加對系統的影響

①高密池對硬度的去除

10月29日至11月05日，進水量保持在350m3/h，pH目標值10.2，Ca(OH)2加藥量在2～4m3/h之間，Na2CO3投加量3.5m3/h，NaOH投加量80L/h，產水Ca2+離子從100mg/L緩慢上升至250mg/L，Mg2+維持在72mg/L至134mg/L之間波動。

11月05日至11月24日，進水量保持在350m3/h，pH目標值10.5～11，Ca(OH)2加藥量在2～5.6m3/h之間，Na2CO3投加量維持3.5m3/h，NaOH投加量從80L/h最高提升至300L/h，產水Ca2+離子從98～400mg/L之間波動，當pH提至11時，產水Ca2+離子在100mg/L左右，Mg2+離子維持在70mg/L之下，取得最好的去除效果。

圖4 高密池對硬度的去除效果3

鑒于采用Ca(OH)2追蹤pH，不但Ca(OH)2加藥量波動大，且pH不穩定，于11月25日開始采用固定Ca(OH)2與Na2CO3的調整方式，采用NaOH微調pH值，至12月10日，進水300m3/h，pH值基本可以控制在10.5～11之間，石灰加藥量在3.26m3/h、3.16m3/h、4.06m3/h分布提升，碳酸鈉投加量維持3.16m3/h、3.5m3/h、2.44m3/h、1.9m3/h分步調整，氫氧化鈉15～230l/h，產水Ca2+離子在50～130mg/L之間，Mg2+維持在100mg/L之下，效果良好。

12月11日至12月17日，受來水沖擊，產水Ca2+、Mg2+離子整體上漲，在保持石灰加藥量與pH值不變的前提下，略提升碳酸鈉的加藥量，至16日產水Ca2+小于100mg/（L）之間，Mg2+降至150mg/L左右。

增加NaOH投加，可以利用較少的Ca(OH)2將系統pH提高至10.5以上，利于系統對Ca2+離子、Mg2+離子的去除，尤其Mg2+離子。

②對石灰加藥量的影響

截取為投加NaOH穩定工況，10月22日至10月30日共計9天，處理水量平均350m3/h，pH目標值10，Ca(OH)2投加量共計48.3t。

投加NaOH穩定工況，11月20日至11月28日共計9天，處理水量平均350m3/h，pH目標值10.5，Ca(OH)2投加量共計16.8t，減少31.6t，增加氫氧化鈉投加量40.2t，但pH提高10.5，由于Ca(OH)2微溶于水增加投加量的同時產泥量大大增加。

3.結語

（1）針對初期Ca2+、Mg2+離子較高、堿度相對充足的循環水，且去除率要求較為寬松的條件，采用石灰-純堿法的高密池可取得較好的處理效果，去除效果與pH關聯密切。

（2）隨著循環水中Ca2+、Mg2+離子、堿度的降低，采用石灰-純堿法的高密池，處理過程中預防正硬度水的出現，此時Ca(OH)2消耗與pH、水量關系緊密，與水中的Ca2+濃度關系不大，與計算投加量偏差關系大。

（3）正硬度水，硬度高時，較低的pH值也能取得一定的去除效果，但隨著硬度的下降，必須控制在10.5以上。

（4）正硬度水的硬度去除至一定程度時，將產生需要高pH值控制條件，但需要消耗更多的Ca(OH)2，同時引入的Ca2+需要消耗更多的Na2CO3，這一矛盾，建議結合NaOH的投加。

（5）硬度去除調整過程需注意，優先Ca(OH)2與Na2CO3保持固定配比投加，采用NaOH調整pH值，而不是采用Ca(OH)2調節pH值，可以節省大量的藥劑，并且保證出水水質穩定。

（6）文中未體現的PAM投加，必須保證，可以有效防止澄清池污泥膨脹發生；石灰石可以促進絮凝反應，當澄清池產水濁度上升時可以適當提高石灰的投加量。

綜上所述，初期采用石灰-純堿法的高密池可取得較好的處理效果，中間隨著循環水中Ca2+、Mg2+離子、堿度的降低，用采用石灰-純堿法的高密池的方法處理，采用此方法具有污泥可直接脫水處理以及SS去除率達高的優點；同時具有機械設備多，能耗大，運行管理復雜，施工難度較大，投資總體較高的缺點。結合實際運行效果，本文著重結合高密池絮凝沉降功能對循環水惡劣水質條件下水質改善的貢獻，以及高密池+多介質過濾器作為雙膜的預處理單元運行效果進行簡要概述。