高密度沉淀池在廢水化學除硬中的研究與應用

紀志國

摘 ?要：該文講述了高密度沉淀池的結構組成、化學除硬工藝原理、工藝過程控制，總結了生產運行過程和維護要點，其集成混凝、絮凝、化學反應、沉淀、pH調節于一體，可以實現化學除硬、化學降硅、物理沉淀、降低濁度，具有化學除硬效率高、出水水質穩定、藥劑消耗量低、土建結構緊湊、占地面積小、自動化程度高，被廣泛應用于雙膜預處理工段，作為零排放廢水處理不可或缺的工藝選擇。

關鍵詞：高密池 ?石灰軟化 ?化學除硬

中圖分類號：X70 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0056-02

高密度沉淀池（以下簡稱高密池）是一種基于斜管沉淀和污泥回流技術的新型澄清池，將多種藥劑投加、污泥回流、機械混合、機械絮凝、接觸絮凝、高效沉淀、污泥濃縮等功能有機結合在一起，實現了相互協調、高效處理的功能[1]。高密池具有占地面積小，設備緊湊、機械自動化程度高等優點，被國內廣泛應用于化學除硬、化學除硅、降低堿度等，作為超濾、反滲透預處理工藝路線。

1 ?組成部分

一般高密度沉淀池將池體分為4～5格，分別為混凝池、石灰投加池、蘇打反應池、絮凝池、斜管沉淀池組成。附屬機泵設施包括攪拌器、刮泥機、污泥循環泵、污泥排放泵、脫泥機，個別還設置撇渣器。分析及常規儀表包括：pH計、泥位計、流量計等。還包括混凝劑、石灰、液堿、絮凝劑、碳酸鈉等藥劑制備系統。混凝劑多選用聚合硫酸鐵（PFS）和聚合氯化鋁（PAC），絮凝劑多采用陰離子聚丙烯酰胺（PAM）。

2 ?化學除硬工藝原理

硬度在水中的表現形式多數為Ca2+和Mg2+，堿度在水中的表現形式一般為HCO3-。高密池除硬工藝可以有效降低Ca2+、Mg2+、HCO3-，出水一般采用硫酸回調pH至6.5～8.2。

2.1 石灰軟化法

當堿度大于硬度，即暫時性硬度。采用石灰除硬法即可，化學方程式為：

Ca2++2HCO3-+Ca（OH）2===CaCO3↓

Mg2++2HCO3-+2Ca（OH）2===CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2H2O

此法產生污泥密實、沉降性能好，可有效降低出水電導，通常采用濃硫酸回調pH。

2.2 石灰純堿法

當硬度大于堿度，即永久性硬度。一般采用石灰純堿法，化學方程式為：

Ca2++2HCO3-+Ca（OH）2===CaCO3↓

Ca2++Na2CO3===CaCO3↓+2Na+

Mg2++Na2CO3+Ca（OH）2===CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2Na+

2.3 石灰液堿法

為了減少污泥的產生量、減少脫泥機壓力;降低石灰、碳酸鈉制備的壓力，部分工藝專利商采用石灰液堿法，其化學方程式為：

Ca2++2HCO3-+Ca（OH）2===CaCO3↓

Mg2++2NaOH===Mg（OH）2↓+2Na+

3 ?工藝過程控制

3.1 污泥回流比

污泥回流有助于未反應充分的絮凝劑繼續參與絮凝反應，有助于絮體變大，加速污泥沉淀。一般要求污泥回流比為進水量的3%～7%。當污泥沉降性能差，污泥絮體較小時，可以通過減少污泥回流比，提高底部污泥濃度進而改變沉降性能。

3.2 泥位的確定

泥位偏低會造成污泥回流清水，絮凝效果差;泥位偏高，會造成刮泥機超負荷運行，電機或轉耙等部件損壞。

可以通過泥位計或污泥取樣口確定。泥位計一般采用超聲波泥位計，安裝位置選擇在泥水分界面清澈的位置，泥位計是準確的。當絮凝、沉淀效果差，泥位計顯示數值偏大。污泥取樣口自下而上布置，分別編號1、2、3、4、5，取樣口距離池底間隔0m、0.5m、1m、2m、3m，要求2號取樣口近似清水為佳，也就是泥位計0.5m為佳。

3.3 混凝劑和絮凝劑的量

當來水濁度很低，可以不投加或間斷投加混凝劑。當來水濁度較高需要投加混凝劑，將膠體混凝成懸浮物;絮凝劑將懸浮物繼續架橋、網捕，絮凝成絮體，加速沉淀。兩者的投加劑量可以通過燒杯試驗確定。石灰與堿度反應生成碳酸鈣，而碳酸鈣的表現形式就是懸浮物。絮凝劑在高pH的條件下利于水解、絮凝作用。

3.4 石灰投加量

高密池運行過程中，會出現石灰投加過量，導致出水Ca2+超標。采用斜管出水檢測全堿度和酚酞堿度，來判斷石灰投加過量與否，一般要求兩者差值在100～300mg/L之間為宜。

當全堿度濃度約等于酚酞堿度濃度時，Ca2+濃度偏高，判定為石灰投加過量或堿度不足，需要投加碳酸鈉;當全堿度濃度大于酚酞堿度濃度時，Ca2+濃度偏高，判定為石灰投加量不足。

3.5 pH的控制

為了保證Mg2+的去除效率，需要將pH調整到10.8～11.3。根據沉淀容積常數，在高的OH-濃度下，方程式向右進行，有利于提高Mg2+的去除率。

Mg2++2OH-===Mg（OH）2↓

4 ?日常維護與運行

（1）斜管需要定期沖洗，3個月沖洗一次。將斜管翻泥及出水三角堰的垢，有利于斜管均衡補水，防止局部積泥、飄泥，導致斜管壓塌。

（2）攪拌器的扇葉要定期清理，特別是石灰投加池。投加點，石灰與碳酸氫根反應生成碳酸鈣垢，在攪拌作用及水壓下，攪拌器葉片上的垢樣會越來越堅硬、密實。3個葉片形成球狀，失去攪拌作用，造成石灰反應不充分;攪拌器負載加大，電機及減速器軸承損壞。

（3）在線pH計，由于高密池污泥濃度較高，會導致pH計探頭結垢，需要每10天清理一次，防止數據不準確造成酸堿浪費。

（4）刮泥機底部刮板高度、間隙要定期檢查，防止刮板損壞。一旦損壞，需要將整個池體進行放空交出。如果有積泥，刮泥機壓死，交出難度更大。

（5）高密池存在死泥區，特別是中心導流筒位置，需要每年交出清理。中心管污泥結垢后，會導致前后液位高差增大，過水量不足，需要每年高壓清洗一次。

5 ?結語

高密池占地面積小、結構緊湊、自動化程度高，可以降低水中的TDS，除硬降硅，被廣泛應用于石化、煤制油化工、礦井水等行業，作為超濾、反滲透的預處理設施，出水濁度可以控制到<1NTU，一級出水硬度控制到250mg/L以下，濃水高密可以控制出水硬度在100mg/L以下，除硬效率達到60%～95%，除硅效率達到30%～50%，作為廢水零排放不可或缺的工藝選擇。

參考文獻

[1] 許嘉炯，鄭毓佩，沈裘昌，等.新型中置式高密度沉淀池的開發與應用[J].給水排水，2007，33（5）：19-24.

[2] 喻江，王詩琴.高密度沉淀池在600MW燃煤機組水處理中的應用與分析[J].清洗世界，2018，34（8）：6-8，15.