污水回用系統工藝優化及改造

劉媛媛

(中國石化儀征化纖有限責任公司，江蘇儀征 211900)

某污水處理廠主要負責處理聚酯、紡絲、瓶片、高纖、PBT、PTA生產過程中產生的生產污水以及廠區和周邊生活區產生的生活污水，污水處理工藝以二級生化處理為主體，工藝設計由一級除砂、沉淀預處理和二級好氧活性污泥法/A/A/O工藝組成，污水處理場設計處理能力78 kt/d，實際污水處理量約為35 kt/d。污水處理廠現有水一線、水二線、水三線三條污水處理生產線，按照生產污水和生活污水的不同配比分配進水分別處理，處理后的水一線出水優于水二線和水三線出水水質。

1 污水處理廠污水回用情況

污水處理廠以出水水質較好的水一線出水作為污水回用水源，選用原有閑置的一座小水廠作為污水回用處理系統。小水廠始建于上世紀80年代初，長期處于閑置狀態，主要處理設施包括加礬間、消毒間、一座水力循環澄清池(處理能力8 kt/d)、兩座脈沖澄清池(每座處理能力5 kt/d)、三座無閥濾池(1#和2#濾池處理能力4.8 kt/d、3#濾池處理能力8 kt/d)、兩座清水池(單池容積為1 000 m3)及泵房。

水一線出水經外部管道輸送至污水回用處理系統，經過加礬、加氯后進入水力澄清池，再流入濾池，加氯后流入清水池，最后經現場泵房水泵壓力外送用戶。污水回用處理工藝流程如圖1所示。

污水回用處理系統制水能力為9 600 m3/d(400 m3/h)，實際污水回用量在250 m3/h左右，主要用于企業循環水系統補水、脫硫系統脫硫塔濾布沖洗以及高濃度生產污水稀釋。

圖1 污水回用處理工藝流程圖

2 存在問題分析

2.1 水質問題

2.1.1 出水堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低

自投運開始，污水回用處理系統基本運行正常，水質較為穩定，主要水質情況見表1。

由表1可見，污水回用處理系統出水13項主要水質指標中堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低。這在后續作為循環水系統補水水源時，易造成不利影響，如回用水補水比例過高，極易引起循環水系統結垢傾向，故須將回用水補水比例控制在較低水平，因此將會影響污水回用節水效果。

表1 污水回用處理系統出水水質統計表

2.1.2 水力澄清池處理低濁度水效率低

水力澄清池澄清是在池中形成活性污泥渣層，當源水通過活性污泥層時，利用接觸絮凝原理，阻留源水中的懸浮物，使水獲得澄清[1]。由于從污水處理裝置水一線供出的源水濁度和固體懸浮物濃度(SS)較低，水力澄清池難以形成活性泥渣層，故澄清效果不佳，且抗沖擊能力差，出水水質不夠穩定。

2.2 系統產能問題

污水回用處理系統制水能力為9 600 m3/d(400 m3/h)，產能偏低，如回用水質問題得以解決，公司將進一步擴大回用水使用范圍及用途，預計使用量可達到500 m3/h左右，屆時此系統將不能滿足公司回用水使用需求。

3 問題解決方案及現場優化改造實踐

3.1 污水回用處理系統水源優化

為解決污水回用處理系統出水堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低問題，最初考慮通過投加石灰降低硬度，但實施起來問題較多，如投加量難以控制、人工操作工作量繁重、中和反應池難以清理、可能產生次生危險廢物、現場環境惡劣等。

因污水回用處理系統的澄清池、濾池對堿度及硬度無顯著去除效果，故從水一線的進水和出水進行排查分析，最終排查分析的結果為：廠區循環水系統在進行排污處理時，其置換的排污水流入廠區生活污水系統，造成廠區生活污水中堿度、鈣硬度及總硬度處于較高水平，進入水一線后，因水一線污水處理工藝對堿度、鈣硬度及總硬度指標去除率有限，最終導致水一線出水三項指標偏高。

在排查出原因后，制定方案進行優化改造，因廠區循環水系統排污水全部進廠區生活污水系統，因此通過對污水提升管線進行改造和管路切換，對水一線進水水源進行優化調整，只將生活區生活污水和廠區部分生產污水作為水一線進水水源，確保系統碳源充足；廠區生活污水和剩余生產污水全部進入水二線及水三線進行處理，實行“分質分線”處理，從源頭控制水一線堿度、鈣硬度及總硬度三項指標。

3.2 污水回用處理系統工藝優化改造

傳統水力澄清池處理低濁度水效率低以及污水回用處理系統產能偏低的問題普遍存在，目前不少澄清池都面臨老化、產水效率低、能耗高、出水水質差等問題，嚴重滯后于用戶對水量和水質的需求[2]，水力循環澄清池存在著泥渣回流量難以控制，適應性差等缺點。因此，只有通過對現有污水回用處理系統進行工藝優化改造，才能解決這兩項問題。

經工藝比選及現場試驗研究，選擇采用高效微渦流澄清技術對水力澄清池進行改造，微渦流澄清工藝是在傳統水力澄清池基礎上，通過增設微渦流反應器，將澄清池反應區改造為微渦流反應區，并在沉淀區加斜管[3]。在不改變原澄清池外形結構的基礎上，增加反應區室，反應區室內放置球體填料，增加渦流反應器以增加水流紊動，產生微小旋窩，強化源水中雜質與泥渣接觸絮凝的同時，也使水中較小雜質顆粒能相互碰撞而產生異向凝聚，另外，在沉淀區裝設斜管，利用淺池理論原理成倍提高沉淀效率[4]。(改造前、后澄清池剖面圖見圖2和圖3)

(1) 水力澄清池工藝優化改造設計參數如下：

設計凈水能力： 14 400 m3/d，即 600 m3/h。

微渦流反應體積：92 m3。

圖2 改造前澄清池剖面圖

圖3 改造后澄清池剖面圖

微渦流反應時間：約 9.0 min。

沉淀區面積：有效面積約 80 m2。

沉淀區上升流速：約 8.3 m3/h。

出水堰堰口負荷：約 170 m3/d。

(2) 水力澄清池工藝優化改造效果考核標準：

水力澄清池工藝優化改造完成后，組織72 h連續運行考核，考核期間相關指標達到以下要求：

① 產水量由原來9 600 m3/d(400 m3/h)提高至1.2×104～1.4×104m3/d(即500～600 m3/h)，產水量提高25%～50%。

② 澄清池出水濁度低于3.0 NTU。

③ 濾后水的濁度不高于1.0 NTU。

4 現場優化及改造效果

4.1 水一線進水水源優化調整效果

對水一線進水水源優化調整后，其出水堿度、鈣硬度和總硬度指標值顯著下降，從源頭上改善了污水回用處理系統的進水水質，最終使得污水回用處理系統出水的堿度、鈣硬和總硬度指標合格率從4月份改造實施完成后大幅上升，5～12月堿度、鈣硬度和總硬度指標合格率分別達到了99.19%、95.14%和100%。(詳見圖4，7月份鈣硬指標合格率下降主要是受回用水水源異常影響)

圖4 污水回用處理系統出水指標合格率變化趨勢圖

4.2 水力澄清池改造效果

水力澄清池工藝優化改造完成后，項目72 h連續運行情況如表2所示。

表2 考核運行流量及濁度情況

72 h考核連續運行期間，系統產水量平均達到592.5 m3/h，產水量提高48.13%；澄清池平均出水濁度1.6 NTU，低于3.0 NTU，濾后水的濁度0.85 NTU，低于1.0 NTU，三項考核指標全部完成。

改造項目投運后，實際運行中現場生產操作作業量、藥劑使用量均不同程度降低。相同產水量時，改造后澄清池排泥周期延長，由原先 8 h排泥一次提升為 24 h排泥一次；3#重力無閥濾池反沖洗周期也相應延長，由原先的 12 h反沖洗一次提升為 24 h反沖洗一次，每天節約反沖洗水144 m3；混凝劑投加量減少，改造前投藥量為 15.6 mg/L，改造后投藥量為 10.4 mg/L，每天節約投藥量約50 kg。

4.3 污水回用量提升效果

圖5、圖6為改造前后循環水系統及污水回用量對比。

圖5 改造前、后循環水系統回用水補水比例統計對比圖

圖6 改造前、后污水回用量統計對比圖

污水回用處理系統出水水質改善后，公司多個循環水系統提高了回用水在循環水補水中的占比(瓶片循環水回用水比例下降是因現場設施故障影響了回用水正常使用)，污水回用量因此顯著增加(4月份污水回用量因PTA循環水系統停車檢修而減少)，生產水及污水外排量隨之減少，節能減排效果顯著。詳見圖5和圖6(因改造在12月完成，故只列舉了改造當年及下一年度1-11月份數據進行對比)

5 結 語

a) 通過對污水回用處理裝置進水水源進行優化調整，解決了污水回用處理系統出水堿度、鈣硬度及總硬度合格率偏低的問題。

b) 針對傳統水力循環澄清池存在的反應時間相對較長、耗能大、抗沖擊負荷差、單池出水量小、效率相對較低等缺點，通過加設渦旋反應器和斜管，可提高混凝效率和沉淀效果，提升系統出水水質。

c) 對水力澄清池進行高效微渦流澄清技術改造后，實際運行中現場生產操作作業量、藥劑使用量均不同程度降低。

d) 通過實踐應用，將高效微渦流澄清技術用于傳統水力循環澄清池的改造，在節約大量投資的前提下，可使水力循環澄清池產水量增加50%左右，系統運行穩定，出水水質更好，且回用水制水單位成本亦有所下降，這對于國內眾多小型水廠具有一定的借鑒意義。