高效沉淀池的技術(shù)研究與應(yīng)用

劉大明（中原油田供水管理處， 河南 濮陽 457001）

高效沉淀池的技術(shù)研究與應(yīng)用

劉大明
（中原油田供水管理處， 河南 濮陽 457001）

通過對(duì)高效沉淀池運(yùn)行控制方法的現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)，探討了高效沉淀池運(yùn)行控制的合理方法。結(jié)果表明，在冬季低溫低濁地表水凈化處理時(shí)用藥量較大；在很低的PAM投用模式下能保證凈化水場(chǎng)出水濁度達(dá)標(biāo)；高效沉淀池進(jìn)水濁度較高時(shí)污泥回流量相應(yīng)增大、進(jìn)水濁度偏低時(shí)污泥回流量相應(yīng)減少才能收到較好的凈水效果。

高效沉淀池；比對(duì)試驗(yàn)；低溫低濁地表水；PAM投用量；污泥回流量

圖1 高效沉淀池監(jiān)控系統(tǒng)SCADA觸摸屏

高效沉淀池的運(yùn)行控制是根據(jù)流量、進(jìn)水濁度（SS）和出水濁度來調(diào)節(jié)加藥量、回流污泥量、排泥周期和排泥量、絮凝攪拌器的轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)進(jìn)水流量增加（或進(jìn)水SS值增大）時(shí)，需要增加藥劑投加量、增加排泥量。

輸入的原水首先與混凝劑聚合氯化鋁（PAC）藥液混合，從而形成膠體懸浮顆粒。這個(gè)過程通過固定轉(zhuǎn)速的攪拌器在混凝池中快速混合實(shí)現(xiàn)。混凝劑通過加藥泵加注，投加混凝劑聚合氯化鋁藥液的配制濃度是不變的，但其投加量是與水廠進(jìn)水流量成正比變化。投加濃度可以通過操控員操控相應(yīng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）屏幕顯示來手動(dòng)調(diào)節(jié)。相應(yīng)的控制器（PLC）計(jì)算確定混凝劑流量，并控制加藥泵投加。

接下來在絮凝池投加有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM）藥液與原水混合，形成絮凝體。采用渦輪攪拌器并且設(shè)置的導(dǎo)流筒使池體內(nèi)部形成特殊的水力分布，這個(gè)渦輪機(jī)裝備變頻器以調(diào)節(jié)攪拌速度。調(diào)節(jié)是通過變頻器或者相關(guān)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）屏手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而非自動(dòng)的。絮凝劑通過加藥泵加注，投加絮凝劑聚丙烯酰胺藥液的配制濃度是不變的，但其投加量是同水廠進(jìn)水流量成正比。投加濃度可以通過操控員操控相應(yīng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）屏幕顯示來手動(dòng)調(diào)節(jié)。相應(yīng)的控制器（PLC）計(jì)算確定絮凝劑流量，并控制加藥泵投加。

回流污泥量是根據(jù)進(jìn)水流量、進(jìn)水濁度（SS）及回流污泥濃度進(jìn)行控制，當(dāng)進(jìn)水流量和進(jìn)水濁度波動(dòng)時(shí)，需要適當(dāng)增加（或降低）回流污泥量，以使絮凝區(qū)的絮凝效果保持在較理想狀態(tài)，保證出水濁度不大于3NTU。

排泥周期由設(shè)置在沉淀澄清區(qū)的泥位高度進(jìn)行控制，當(dāng)泥位到達(dá)設(shè)計(jì)高度時(shí)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥（當(dāng)來水條件穩(wěn)定時(shí)，可改用定時(shí)器控制排泥）。剩余污泥是間歇性排放的，剩余污泥泵送入后續(xù)污泥處理，泵在一個(gè)固定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，兩個(gè)泵共用輸送管配有一個(gè)流量計(jì)。

3 高效沉淀池工藝控制方法的試驗(yàn)研究過程

如上所述，高效沉淀池的運(yùn)行控制根據(jù)流量、進(jìn)水濁度和出水濁度來調(diào)節(jié)加藥量、回流污泥量、排泥周期和排泥量、絮凝攪拌器的轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)。

但是，PAC、PAM的投加濃度、污泥回流量、絮凝攪拌器轉(zhuǎn)速的確定都需要運(yùn)行操作人員根據(jù)高效沉淀池混凝、絮凝反應(yīng)形態(tài)，依據(jù)來水流量、進(jìn)水濁度和出水濁度等數(shù)據(jù)的變化，并參考自己以往積累的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)作出正確的判斷，不斷的實(shí)施調(diào)整操作，才能保證高效沉淀池的出水濁度達(dá)標(biāo)。

由于高效沉淀池是凈化水場(chǎng)水質(zhì)深度處理的關(guān)鍵部位，如果運(yùn)行掌控不好，導(dǎo)致出水濁度長時(shí)間、大水量的超標(biāo)，會(huì)給下一級(jí)水處理設(shè)備流砂過濾池帶來負(fù)擔(dān)和沖擊，導(dǎo)致最終凈化水場(chǎng)出水濁度超標(biāo)，同時(shí)會(huì)造成流砂過濾器石英砂“結(jié)泥球”現(xiàn)象，以致于影響天然氣凈化廠的生產(chǎn)。所以，很有必要對(duì)高效沉淀池的運(yùn)行控制方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)，加以分析總結(jié)形成經(jīng)驗(yàn)和成果，從而益于運(yùn)行操作人員控制水平進(jìn)一步的提升。2015年9月8日開始，在高效沉淀池開始比對(duì)試驗(yàn)，致11月底完成。

4 試驗(yàn)研究結(jié)果及分析

4.1 PAC加藥量對(duì)凈水效果的影響

凈化水廠配制使用的PAC藥液濃度為10%（W），使用的固體PAC藥劑含有氧化鋁（Al2O3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%，經(jīng)水溶解充分?jǐn)嚢柚瞥伞?/p>

試驗(yàn)高效沉淀池在冬季低溫低濁地表水凈化處理時(shí)用藥量的規(guī)律，11月份每天進(jìn)水量600m3/h、進(jìn)水濁度11NTU左右。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，選用11月18日、11月21日、11 月22日等不同工作日平均加藥量、出水濁度，摒棄人為操作失誤因素點(diǎn)，建立高效沉淀池PAC加藥量與出水濁度相關(guān)曲線見圖2。

圖2 高效沉淀池PAC加藥量對(duì)出水濁度影響

從圖中可知，在冬季低溫低濁地表水凈化處理時(shí)由于氣溫低，混凝劑活性低所以耗量較大。在進(jìn)水量600m3/h，進(jìn)水濁度11NTU左右時(shí)，PAC最佳加藥量為72L/h，折合水處理用藥單耗為12mg/L。若加藥量再增加，由于散碎“礬花”增多，出水濁度有上升趨勢(shì)。

4.2 PAC/PAM投藥比對(duì)凈水效果的影響

凈水廠配制使用的PAM藥液濃度為0.05%（W），使用固體PAM藥劑經(jīng)水溶解攪拌熟化制成。

PAM加藥量如果過少，則易致使PAC水中形成的礬花散碎不易沉降，出現(xiàn)“跑礬”現(xiàn)象而導(dǎo)致出水濁度超標(biāo)；過多則易導(dǎo)致PAM成分進(jìn)入過濾池對(duì)濾砂造成不良影響。

由于PAM的單體丙烯酰胺是有毒物質(zhì)，凈化水場(chǎng)自從投產(chǎn)運(yùn)行以來，采取在保證水場(chǎng)出水濁度達(dá)標(biāo)的前提條件下盡量少加PAM的運(yùn)行方案。試驗(yàn)高效沉淀池不同的PAC/PAM投藥比對(duì)出水濁度的影響，經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，PAC/PAM加藥流量比大于1時(shí)，經(jīng)常有出水濁度超過3NTU的情況，PAC/PAM加藥流量比小于1時(shí)，出水濁度普遍偏低。選用9月28日、10月11日、10月27日、11月16日、11月23日等不同工作日平均PAC/PAM加藥流量比、出水濁度，建立PAC/ PAM加藥流量比與出水濁度相關(guān)曲線見圖3。

圖3 高效沉淀池PAC/PAM加藥流量比對(duì)出水濁度影響

從圖中看出，隨著PAC/PAM的減小，高效沉淀池出水濁度也隨之降低。出水濁度最低點(diǎn)的PAC/PAM加藥流量比為0.7，通過藥液濃度折算，此點(diǎn)的固體PAC/PAM投藥比為139，此值依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自來水處理界一般應(yīng)用的10～20投藥比［1］，可見，凈化水場(chǎng)PAM的投用量是極為偏低的。

4.3 進(jìn)水濁度與PAC加藥量的影響關(guān)系

試驗(yàn)不同進(jìn)水濁度對(duì)PAC投藥量的影響，高效沉淀池進(jìn)水流量相近，進(jìn)水濁度在7～26NTU之間。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，選用9月21日、9月22日、9月26日、9月27日、10月23日等不同工作日平均進(jìn)水濁度、加藥量，建立高效沉淀池進(jìn)水濁度與PAC加藥量相關(guān)曲線見圖4。

圖4 高效沉淀池進(jìn)水濁度與PAC加藥量的影響關(guān)系

從圖中看到，當(dāng)高效沉淀池進(jìn)水濁度升高時(shí)，PAC加藥量也隨之升高，進(jìn)水濁度升高至25.4NTU時(shí)，加藥量達(dá)到65.4L/h，折合水處理用藥單耗為11.28mg/L；當(dāng)進(jìn)水濁度偏低時(shí)，PAC加藥量反倒升高，進(jìn)水濁度降低到11.2NTU時(shí)，加藥量達(dá)到56.6L/h，折合水處理用藥單耗為9.66mg/L；試驗(yàn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)都表明，當(dāng)高效沉淀池進(jìn)水濁度在20NTU左右時(shí)，PAC加藥量最低，從圖中看到進(jìn)水濁度在20.2NTU時(shí)，加藥量降為44.2L/h，折合水處理用藥單耗為7.6mg/L。

當(dāng)進(jìn)水濁度偏低時(shí)PAC加藥量反倒升高的現(xiàn)象，是由于水中缺乏膠體礬花的顆粒核［2］，礬花密實(shí)度較小難以沉降，為了壓制出水濁度導(dǎo)致投藥增多。

4.4 進(jìn)水濁度與污泥回流量的影響關(guān)系

試驗(yàn)不同進(jìn)水濁度對(duì)污泥回流泵流量的影響，高效沉淀池進(jìn)水流量相近、進(jìn)水濁度在5～26NTU之間。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，選用9月21日、9月22日、9月26日、10月12日、10 月28日等不同工作日平均進(jìn)水濁度、污泥回流量，建立高效沉淀池進(jìn)水濁度與污泥回流量相關(guān)曲線見圖5。

從圖中可見，當(dāng)高效沉淀池進(jìn)水濁度升高時(shí)，污泥回流量也隨之增大，進(jìn)水濁度升高至25.4NTU時(shí)，污泥回流量達(dá)到2.45m3/h，當(dāng)進(jìn)水濁度偏低時(shí)，污泥回流量也較小，進(jìn)水濁度降低到5NTU時(shí)，污泥回流量只有0.85m3/h。這一現(xiàn)象說明在進(jìn)水濁度較高時(shí)，沉淀澄清區(qū)底部有較多的新鮮污泥，回流至絮凝區(qū)可強(qiáng)化絮凝反應(yīng)、縮短反應(yīng)時(shí)間并增加絮體的沉降性能，得到良好的凈水效果；然而在進(jìn)水濁度較低時(shí)，沉淀澄清區(qū)底部絮凝物不密實(shí)、性質(zhì)差［3］，如果回流量大會(huì)使絮體破碎，沉降速度低發(fā)生跑濁，造成出水濁度超標(biāo)。

圖5 高效沉淀池進(jìn)水濁度與污泥回流量的影響關(guān)系

5 試驗(yàn)研究結(jié)論

（1）高效沉淀池在冬季低溫低濁地表水凈化處理時(shí)難度較高，用藥量較大，在進(jìn)水量600m3/h，進(jìn)水濁度11NTU左右時(shí)，PAC用藥單耗為12mg/L。

（2）高效沉淀池PAM的投用量是極為偏低的，當(dāng)PAC投藥量5mg/L～15mg/L正常范圍內(nèi)，PAC/PAM投藥比為139甚至更大，出水再經(jīng)流砂過濾池的處理，完全能達(dá)到凈化水場(chǎng)出水濁度小于1NTU的指標(biāo)要求，實(shí)踐了一種低PAM投用量的凈化水處理模式。

（3）高效沉淀池進(jìn)水濁度在20NTU左右時(shí)，PAC加藥量最低，當(dāng)濁度在20.2NTU時(shí)，水處理PAC用藥單耗為7.6mg/ L，進(jìn)水濁度偏高或偏低時(shí)水處理用藥單耗都增加。

（4）高效沉淀池進(jìn)水濁度較高時(shí)，污泥回流量相應(yīng)增大可以收到較好的凈水效果；進(jìn)水濁度偏低時(shí)，污泥回流量應(yīng)相應(yīng)減少，否則會(huì)造成跑濁增大出水濁度。

［1］龐治星，廣東某市自來水廠投加PAM對(duì)出廠水效果影響研究［J］.廣東水利水電，2015，（3）：17-19.

［2］賈宏，姜紅安，張祥，等.排泥水處理系統(tǒng)藥劑試驗(yàn)及工藝改進(jìn)［J］.給水排水，2007，33（4）：43-46.

［3］劉楊，趙建偉，楊興濤，孫穎，等.水廠排泥水處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行研究［J］.供水技術(shù)，2007，1（5）：56-57.

劉大明（1964-），中原油田供水管理處元壩供水項(xiàng)目部工程師，主要從事工業(yè)和飲用水處理技術(shù)和研究工作。