高密度沉淀池運行狀況分析及控制技術(shù)研究

初 明

寶武集團梅山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部

0 概述

梅鋼公司是一個擁有煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋工序的全流程大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。以前西明渠排放的廢水主要來源于電廠、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等廠的生產(chǎn)廢水和居民生活區(qū)的生活污水（生活污水經(jīng)廠區(qū)污水處理站曝氣、沉淀處理后排入），廢水排放量約8萬m3/天。

梅鋼于2006 年投資1 億元建設(shè)了回用水廠，主要功能是將西明渠污水截留處理并回用。采用的是法國得利滿公司的處理工藝和設(shè)備集成，設(shè)計日處理污水量10 萬t。項目設(shè)計所有污水都要經(jīng)過4 座高密度沉淀池進行處理，每座高密度沉淀池中連續(xù)用電設(shè)備裝機容量為26 kW，每日用電量約600 kWh。

如何處理不同的污水量，合理利用高密度沉淀池的處理技術(shù)，在經(jīng)過理論論證及多次實際試驗，結(jié)合高密度沉淀池和V 型濾池相關(guān)運行工藝要求，在確保出水的水質(zhì)達標的前提下，通過工藝改進、操作調(diào)整、適時調(diào)節(jié)，在達到污水處理量少于一定量時，減少1座高密度沉淀池運行，最終達到節(jié)能降耗的目的。

1 工藝流程及處理特點

1.1 回用水廠工藝流程

完全截流后的西明渠污水經(jīng)過粗、細格柵進入調(diào)節(jié)池混合，混合后的出水經(jīng)泵提升至前混凝反應(yīng)池，在快速攪拌器作用下污水與混凝劑和石灰進行快速混合。混凝后的污水以重力自流入高密度沉淀池的絮凝反應(yīng)池，在絮凝劑和回流污泥的共同作用下增強了污水的沉淀效果，充分混合的污水在高密度沉淀池的斜管沉淀區(qū)進行泥水分離。上清液出水在進入濾池之前，先流經(jīng)后混凝反應(yīng)池。在池內(nèi)投加硫酸以調(diào)節(jié)pH 值和投加混凝劑以增強濾池的過濾效果和延長過濾周期。在后混凝后，澄清后的污水被分配到V 型濾池中以去除殘留的懸浮物，滿足出水要求。污水處理工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程簡圖

1.2 高密度沉淀池功能

高密度沉淀池處于回用水處理工藝中第二個環(huán)節(jié)，原水首先流入快速攪拌池，與混凝劑及石灰接觸后進行混凝，一臺快速攪拌器連續(xù)運行，以幫助混凝和堿度去除反應(yīng)并避免礬花沉淀。一臺投加泵（一用一備）將混凝劑投加到快速攪拌池入口；另一臺加藥泵（一用一備）將石灰投加到快速攪拌池進口渠道。通過變頻器按原水流量和需要的投加濃度來控制加藥泵的運行。主要通過絮凝、混凝、沉淀等方式，達到分離水中固體懸浮物、去除漂浮油類、吸附水中大分子物質(zhì)的作用（見圖2）。

圖2 高密度沉淀池功能

1.3 目前存在問題

高密度沉淀池主要功能是處理調(diào)節(jié)池內(nèi)全部污水。設(shè)計要求為確保水質(zhì)，4 座高密度沉淀池及附屬設(shè)備全部投入運行，不能根據(jù)提升泵的實際提升量（即不能根據(jù)污水的實際流量）來控制高密度沉淀池的運行座數(shù)。從數(shù)據(jù)上分析，當(dāng)污水的實際流量偏小時，高密度沉淀池存在過處理情況，浪費了人力與物力。

2 國內(nèi)外解決同類問題的技術(shù)方案及存在的問題

高密度沉淀池是污水處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備之一，設(shè)計部門和工藝集成考慮其處理污水的去污能力，更多地關(guān)注水的流動性。通過在行業(yè)內(nèi)部了解及上網(wǎng)搜索，僅有如何使高密度沉淀池工作狀況良好，即對高密度沉淀池高效的絮凝及混凝過程控制、污泥層泥位界面控制、高效的斜管分布及設(shè)置、連續(xù)的工況自動監(jiān)控方面的探索和介紹。這也是目前國內(nèi)污水處理工藝中對高密度沉淀池設(shè)備的研究方法。

作為使用單元，工藝確定后，在保證出水水質(zhì)的前提下，做到處理工藝和最經(jīng)濟的運行相結(jié)合，能夠為企業(yè)節(jié)能降耗、帶來很大的經(jīng)濟效益。本文的研究點在于：把沒有引起關(guān)注的根據(jù)不同污水量，合理調(diào)節(jié)高密度沉淀池運行座數(shù)作為研究方向，通過工藝改進和操作改進取得成功。

3 改進措施

3.1 高密度沉淀池處理能力及運行方式對水質(zhì)影響的研究

高密度沉淀池處理工藝分為絮凝反應(yīng)區(qū)、預(yù)沉區(qū)、斜管分離區(qū)。污水在絮凝反應(yīng)區(qū)中的助凝劑和回流污泥的作用下生成比較致密的礬花，通過預(yù)沉區(qū)均勻流速和碰撞濃縮后進入分離區(qū)，分離區(qū)的上部活性污泥通過回流系統(tǒng)回絮凝反應(yīng)區(qū)，與來水進行充分混合，底部濃縮的污泥被濃縮區(qū)底部的刮泥機刮入泥斗由排泥泵送至污泥處理系統(tǒng)進行脫水處理。沉淀后的清水由集水槽收集后進入后混凝池，進一步完成混合反應(yīng)、調(diào)節(jié)PH后，一部分進入V型濾池進行過濾處理，一部分達標排放。相關(guān)流程見圖3。

圖3 高密度沉淀池流程

高密度沉淀池設(shè)計為4 座并列運行，平均處理水量約為80 000 m3/天，按照工藝要求投運了4 座高密度沉淀池。由于實際運行過程中，回用水的處理量隨時在變化，若在處理流量偏小時，減少1座高密度沉淀池投入運行，必須改變運行方式、改變加藥工藝并優(yōu)化操作。

通過以上分析，我們采用改變加藥濃度及周期；調(diào)整系統(tǒng)排泥時間及排泥頻次，提高排泥濃度；增加系統(tǒng)內(nèi)污泥回流泵的運轉(zhuǎn)，提高污泥回流比來確保處理能力和出水水質(zhì)。

3.2 改進方案及相關(guān)內(nèi)容

1)目前公司回用水廠高密度沉淀池投加的混凝劑是聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。PAC 溶于水后，即形成聚合陽離子，對水中膠粒起電性中和及架橋作用。PAM 混凝效果在于對膠體表面具有強烈的吸附作用，在膠粒之間形成橋聯(lián)。如果優(yōu)化高密度沉淀池運行方式，實現(xiàn)3 座高密度沉淀池運行，則由于進水懸浮物總量提高，必須對PAC 和PAM 的加藥方式進行相應(yīng)的調(diào)整，以確保出水水質(zhì)。

（1）為了確定藥劑的投加量，我們進行了凝聚試驗來確定藥劑的用量以及適宜的凝聚條件。將試驗水樣置于一組燒杯內(nèi)，每個燒杯內(nèi)放入一攪拌器。為了模擬水與藥劑的快速混合，先將轉(zhuǎn)速調(diào)在100～160 r/min范圍內(nèi)，待攪拌穩(wěn)定后，再向各個燒杯里添加不同劑量的藥劑。快速混合的時間最少為30s，通常為1～3 min。隨即將轉(zhuǎn)速調(diào)到20～40 r/min，以模擬慢速混合，持續(xù)15～20 min，讓絮凝物與懸浮顆粒充分接觸。然后停止攪拌使之靜置，讓絮凝物在重力作用下沉淀，仔細觀察直到所有的絮凝物沉降到燒杯底部為止。從開始觀察時起，每隔一定的時間間隔測定一次清水與沉渣層界面的高度。根據(jù)燒杯內(nèi)清水層高度達到所需要的時間，把絮凝物的沉淀效果分成四個等級（見表1）。在沉降結(jié)束或沉降15 min 后，對各燒杯內(nèi)上部清水進行分析。

表1 絮凝物的沉淀效果

（2）運行3座高密度沉淀池，每座高密度沉淀池進水量相應(yīng)增加，勢必影響高密度沉淀池斜管區(qū)域的表面負荷。因此在試驗調(diào)整藥劑投加方式同時，我們對斜管沉淀區(qū)域表面負荷q 進行了測試計算，并通過雷諾數(shù)Re、弗勞德數(shù)Fr、斜管中的沉淀時間T進行了核算。

通過計算，在來水量低的情況下，運行3座高密度沉淀池滿足必要的表面負荷。根據(jù)以上理論計算及試驗結(jié)果，最終確定將PAC、PAM 藥劑投加量下降10%，同時污泥回流比從4%降低至2%。

2）對排泥周期和排泥時間進行調(diào)整，通過摸索將排泥周期由原來進水量4 000 m3排泥一次增加至5 000 m3排泥一次，排泥時間由5 min 增加至6 min，因此提高了排泥的濃度，減少排泥量。

3）運行操作人員密切關(guān)注提升泵提升量，在保證出水質(zhì)量的前提下，根據(jù)來水水量調(diào)節(jié)高密度沉淀池的運行。通過多次試驗，確定在提升量低于3 542 m3/h時，改為3座高密度沉淀池運行。

3.3 實施后效果

1）在確保水質(zhì)的前提下，調(diào)整了運行控制方案，設(shè)備運行和操作安全沒有受到影響；由于改善了控制工藝，對高密度沉淀池排泥進行調(diào)節(jié)，調(diào)整了排泥周期，根據(jù)實際情況進行排泥，減少了排泥量及外運污泥，對于環(huán)保起到了積極的影響。

2）通過高密度沉淀池精益運行調(diào)整，根據(jù)回用水廠不同進水量及時調(diào)整運行方案，年節(jié)約電量約240 000萬kWh。

4 結(jié)論

回收治理綜合污水并進行科學(xué)合理的循環(huán)利用，不斷提高水資源的綜合利用水平，是創(chuàng)建節(jié)水型企業(yè)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的必然要求。梅鋼公司回用水廠從2006 年運行至今，對于高密度沉淀池精益運行方案進行了仔細、嚴謹?shù)姆治觯岢隽讼鄳?yīng)的運行改進措施。回用水廠在實施了這些措施后，在有效保障出水水質(zhì)的情況下，達到了節(jié)能降耗的目的。