污水廠提標(biāo)中磁混凝澄清工藝的應(yīng)用探討

馬樹堅(jiān)

污水廠提標(biāo)中磁混凝澄清工藝的應(yīng)用探討

馬樹堅(jiān)

（廣東正誠環(huán)境科技有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

以汕頭市某污水處理廠磁混凝提標(biāo)改造項(xiàng)目為例，介紹了污水廠提標(biāo)中磁混凝澄清工藝的原理、應(yīng)用特點(diǎn)、工藝設(shè)備配置、設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)及實(shí)際運(yùn)行效果，分析了磁混凝澄清工藝在提標(biāo)改造中存在的問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

提標(biāo)改造；磁混凝澄清；污水處理廠；磁分離

水環(huán)境污染日益嚴(yán)重、水資源不足，迫切需要對達(dá)不到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠進(jìn)行升級改造。污水處理廠在原址提標(biāo)改造，普遍存在改造用地受限，傳統(tǒng)的除磷、除SS混凝工藝停留時(shí)間較長，需在后端增加轉(zhuǎn)盤濾布濾池、砂濾池等過濾工藝才能穩(wěn)定達(dá)到執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，急需一種縮短污水停留時(shí)間、快速沉淀的污水處理工藝，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省用地、提質(zhì)增效。

磁混凝澄清工藝由美國麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)90年代末開發(fā)應(yīng)用的，其創(chuàng)新性將當(dāng)時(shí)開始流行的加載型沉淀技術(shù)和礦山冶煉行業(yè)成熟的磁粉回收技術(shù)進(jìn)行跨界組合，發(fā)明了以磁粉為加載載體的磁混凝澄清技術(shù)。此技術(shù)于2006年取得美國麻省環(huán)保局工藝使用許可，2007年首個(gè)工程案例在美國麻省康科德市正式運(yùn)行，2009年磁混凝澄清工藝成為美國環(huán)保署推薦工藝[1]。磁混凝澄清技術(shù)引入中國后，經(jīng)過工程技術(shù)人員的研發(fā)改進(jìn)、優(yōu)化、技術(shù)推廣，在工業(yè)污水處理、市政污水提標(biāo)改造領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。

1 磁混凝澄清工藝

1.1 工藝流程

磁混凝澄清工藝流程如圖1所示。

1.2 工藝原理

磁混凝工藝是在常規(guī)混凝沉淀工藝中添加了磁粉（Fe3O4），磁粉微小，作為沉淀析出晶核，使得水中膠體顆粒與磁粉顆粒很容易碰撞脫穩(wěn)而形成絮體，晶核較多，能夠使得每一粒微小的懸浮物顆粒能夠形成絮體，并且在每一個(gè)絮體中包裹有磁粉，從而懸浮物去除效率也大為提高。磁粉密度為 4.5～6.5 g·cm-3，絮體密度遠(yuǎn)大于常規(guī)混凝絮體，以磁粉作載體，大幅提高沉淀速度，污水在澄清池中快速沉降并分離澄清。

圖1 磁混凝澄清工藝流程

沉淀下來的污泥中含有磁粉，外排污泥前先進(jìn)入磁粉回收系統(tǒng)，磁粉回收后的污泥則輸送至污水處理廠污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。磁粉回收系統(tǒng)由高剪機(jī)與磁分離機(jī)共同組成。高剪機(jī)的功能是將混凝絮體重新分解，特殊的流道與旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力，使得絮體中的磁粉成為自由狀態(tài)，提高磁粉的回收率。磁分離機(jī)的功能是利用含有稀土的永久磁鐵，磁場強(qiáng)度達(dá)5 000高斯以上，將污泥中磁粉吸出并返回到磁混反應(yīng)池重新使用，從而達(dá)到循環(huán)利用磁粉的目的。

1.3 工藝特點(diǎn)

1）在磁粉和特殊的混凝系統(tǒng)的共同作用下，磁混凝澄清工藝沉淀表面負(fù)荷達(dá) 2O～40 m3·m-2·h-1，同時(shí)出水可與普通石英砂過濾相媲美[2]。

2）通過泥污回流，保持磁混凝系統(tǒng)內(nèi)的帶磁種污泥量的同時(shí)，污泥中未反應(yīng)完全的藥劑再利用，節(jié)約藥劑量。

3）出水效果好，懸浮物和總磷可有效控制在一級A標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)[3]。

4）采用磁種作為載體構(gòu)造磁絮團(tuán)，技術(shù)穩(wěn)定成熟[4-5]。

5）與傳統(tǒng)混凝沉淀工藝相比，占地面積小。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

汕頭市某污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為12萬m3·d-1，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2008）中二級標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際基本能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目工程經(jīng)提標(biāo)改造后出水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二時(shí)段一級標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)中的較嚴(yán)值。項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)（mg/L）

提標(biāo)改造工藝采用“粗格柵及進(jìn)水泵房（現(xiàn)狀）+細(xì)格柵及渦流沉砂池（現(xiàn)狀）+ A/A/O生化池（現(xiàn)狀）+二沉池（現(xiàn)狀）+二級提升泵房（新增）+配水井（預(yù)留）+磁混凝沉淀（新增）+過濾（遠(yuǎn)期預(yù)留，現(xiàn)階段不實(shí)施）+紫外線消毒（新建）”。

2.2 磁混凝澄清池設(shè)計(jì)

12萬m3·d-1水質(zhì)凈化廠提標(biāo)改造設(shè)計(jì)磁混凝澄清池尺寸為33 m×27 m，處理單元分為2組，每組設(shè)置3個(gè)混凝反應(yīng)池、1個(gè)澄清池、1套磁粉回收系統(tǒng)、污泥回流及剩余污泥系統(tǒng)。

2.2.1 混凝反應(yīng)池

混凝反應(yīng)池分別由快混反應(yīng)池、磁混反應(yīng)池和絮凝反應(yīng)池組成，單個(gè)反應(yīng)池反應(yīng)時(shí)間約2～4 min，混凝反應(yīng)池中與回流污泥及磁粉形成密實(shí)的絮體，之后進(jìn)入沉淀池。混凝反應(yīng)池分別設(shè)置攪拌機(jī)，每組快混反應(yīng)池、磁混反應(yīng)池和絮凝反應(yīng)池配置機(jī)械攪拌機(jī)各1臺。

快混反應(yīng)池：3.5 m×3.5 m×6 m，配套攪拌機(jī)功率約4 kW，漿葉直徑Φ1.85 m，變頻控制。

磁混池：3.5 m×3.5 m×6 m，配套攪拌機(jī)功率約5.5 kW，漿葉直徑Φ2.05 m，變頻控制。

絮凝池：4.8 m×4.8 m×6 m，配套攪拌機(jī)功率約7.5 kW，漿葉直徑Φ3.15 m，變頻控制。

2.2.2 澄清池

澄清池采用上方下圓單泥斗形式，并附設(shè)配套刮泥機(jī)，每組池內(nèi)徑Φ14 m，深7.35 m，設(shè)置斜管每組約140 m2，斜管長1.5 m。澄清池表面負(fù)荷約19.93 m3·m-2·h-1，日變化系數(shù)值取1.3，峰值流量下，表面負(fù)荷約25.91 m3·m-2·h-1，配套刮泥機(jī)功率每臺約1.5 kW，刮臂采用4刮臂形式。

2.2.3 磁粉回收系統(tǒng)

高剪機(jī)的功能是將磁粉與污泥的混合絮體打散，使磁粉可以通過磁分離機(jī)回收，實(shí)現(xiàn)絮體和磁粉的有效分離，污泥可以排放到污泥脫水系統(tǒng)。每組設(shè)置高剪機(jī)1套，處理量30 m3·h-1，功率1.5 kW。每組設(shè)置磁分離機(jī)1套，處理量30 m3·h-1，功率 3 kW，變頻控制。

2.2.4 污泥系統(tǒng)

共設(shè)污泥泵8臺，回流污泵3臺（2用1備），剩余污泥泵3臺（2用1備）。污泥暫存池設(shè)置排泥泵2臺（1用1備）。回流污泥泵：流量120 m3·h-1，揚(yáng)程10 m，功率7.5 kW，變頻控制。剩余污泥泵：流量30 m3·h-1，揚(yáng)程8 m，功率3 kW，變頻控制。排泥泵：流量95 m3·h-1，揚(yáng)程12 m，功率約5.5 kW，變頻控制。

2.2.5 加藥系統(tǒng)

對原廠內(nèi)加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造，PAC投加系統(tǒng)設(shè)置在加藥間，PAM投加系統(tǒng)存放磁混凝澄清池上部，每種藥劑2個(gè)投加點(diǎn)。

PAC投加至快混反應(yīng)池內(nèi)，位于磁混凝澄清池進(jìn)水端，采用液體PAC。對現(xiàn)狀加藥間投加系統(tǒng)進(jìn)行改造，每臺計(jì)量泵配一臺備用泵，即計(jì)量泵（2用2備，共計(jì)4臺）：=1 000 L·h-1，=0.4 MPa，=0.75 kW，液體礬庫設(shè)計(jì)1座2組，單池凈尺寸 6 m×6 m，H=2.5 m，儲存約1周液體藥劑量。

AM投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)2套PAM一體式投藥系統(tǒng)，單套制備能力2 000 L·h-1。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為１‰～3‰。PAM投藥螺桿泵2用1備，共計(jì)3臺，單臺螺桿泵：2 600 L，0.3 MPa，1.5 kw，每臺螺桿泵配套1臺稀釋裝置，=4 000 L·h-1。

2.3 磁混凝澄清池運(yùn)行出水質(zhì)狀況

該污水處理廠經(jīng)過單機(jī)調(diào)試、聯(lián)合調(diào)試、環(huán)保驗(yàn)收，運(yùn)行監(jiān)測磁混凝澄清池進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 磁混凝澄清池進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)

由運(yùn)行檢測數(shù)據(jù)可分析得出，污水處理廠出水效果良好，出水總磷穩(wěn)定保持在0.5 mg·L-1以下，出水SS保持在10 mg·L-1以下，穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 磁混凝運(yùn)行中存在的問題

3.1 澄清池斜管積泥

盡管與傳統(tǒng)斜管沉淀池比較，磁混凝澄清池在運(yùn)行過程中發(fā)生斜管堵塞的風(fēng)險(xiǎn)已降至最低，但仍然存在會有少量化學(xué)污泥和藻類物質(zhì)存留在斜管區(qū)，普遍存在積泥，直接導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。對傳統(tǒng)清洗澄清池斜管積泥，普遍設(shè)置高壓沖洗泵，降低澄清池液位至斜管以下，用高壓水槍進(jìn)行人工沖洗，工作量較大，費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化清洗。

3.2 污泥回流泵、剩余污泥泵葉輪被垃圾纏繞堵塞泵，影響回流及磁粉回收

磁混凝澄清池工藝前端普遍性存在格柵對毛發(fā)、塑料繩、細(xì)小漂浮物、澡類等物質(zhì)截留有限，透過的垃圾經(jīng)磁混凝澄清池混凝加藥反應(yīng)、絮凝加藥反應(yīng)后，與污泥進(jìn)入污泥回流泵、剩余污泥泵系統(tǒng)后，纏繞堵塞泵葉輪，對磁混凝系統(tǒng)正常運(yùn)行污泥回流造成影響。

3.3 自來水或中水水壓不穩(wěn)定

大部分污水處理廠為節(jié)約用水成本，采用中水回用作水源供加藥系統(tǒng)配制PAM藥劑，部分污水處理廠采用自來水供配制藥劑，而中水或自來水供水系統(tǒng)在污水處理廠其他系統(tǒng)遇到用水量大時(shí)，如污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行壓泥工序時(shí)，清洗濾布的情況下，啟動(dòng)沖洗高壓泵大量用水，造成水壓不穩(wěn)定，出現(xiàn)水量不足等情況。此時(shí)，配制磁混凝PAM藥劑供水量不足或壓力不穩(wěn)定，配制PAM藥劑不及時(shí)，影響PAM絮凝劑的投加，直接造成系統(tǒng)澄清池沉淀效果變差，出水水質(zhì)變差，如SS、總磷出水不達(dá)標(biāo)。

4 磁混凝提標(biāo)改造中改進(jìn)措施

4.1 澄清池斜管積泥清洗措施

為了快速處理斜管積泥及堵塞，恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，可采取定期對斜管進(jìn)行反沖洗措施。提出曝氣式反沖洗裝置方案，設(shè)置ABS穿孔曝氣管于斜管以下，由鼓風(fēng)機(jī)提供氣源，均勻穩(wěn)定地向斜管裝置底部曝氣，氣泡在板間隙上升過程中與板激烈碰撞，接觸斜管表面的污泥或藻類，使斜管積泥和藻類上浮或滑落。磁混凝澄清池斜管裝置進(jìn)行反沖洗，ABS穿孔曝氣管氣泡均勻，穩(wěn)定，不會對斜管裝置產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊，確保斜管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。根據(jù)污水處理廠運(yùn)行實(shí)際情況，設(shè)定斜管反沖洗清洗周期。

反沖洗步驟如下：沖洗第1組沉淀區(qū)斜管，此時(shí)沉淀池進(jìn)水堰門關(guān)閉，空氣管路閥門打開，開啟鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣洗，時(shí)間15～30 min，沖洗結(jié)束后第1組沉淀池鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉，空氣管路關(guān)閉，約沉淀1 h后開啟進(jìn)水堰門，反沖洗程序結(jié)束；待第1組磁混凝系統(tǒng)恢復(fù)正常進(jìn)水并正常出水后，進(jìn)行第2組沉淀池的斜管反洗程序，進(jìn)水堰門關(guān)閉，空氣管路閥門打開，鼓風(fēng)機(jī)開啟，進(jìn)入反沖洗程序，反洗過程與第1組相同。

4.2 污泥回流、剩余污泥泵堵塞措施

1）選用防堵塞污泥泵，內(nèi)部刀盤跟隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，刀盤上的第一刀片對水流中的雜質(zhì)進(jìn)行切割粉碎，從而有效防止雜質(zhì)纏住葉輪。

2）在污泥回流泵前端增加破碎裝置，運(yùn)用高速剪切刀對回流的污泥中的雜物進(jìn)行粉碎性破壞，保護(hù)后端污泥回流泵葉輪，保證回流泵的有效運(yùn)行。

4.3 配置供水穩(wěn)壓系統(tǒng)

磁混凝系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)內(nèi)配置中水或自來水穩(wěn)壓系統(tǒng)，配置穩(wěn)壓泵、增壓泵，保證滿足系統(tǒng)藥劑配制及磁分離器的沖洗用水要求，從而保證磁混凝澄清系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

［1］龔正.磁混凝澄清池在污水除磷中應(yīng)用[J].江西建材，2017（16）：76.

［2］區(qū)穎，黑國翔.磁混凝澄清工藝在污水廠提標(biāo)中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2015，35（5）：31-32.

［3］霍槐槐.SediMagTM磁絮凝沉淀用于污水處理提標(biāo)改造和深度除磷[J].中國給水排水，2017，33（8）：53-56.

［4］施園. 磁混凝澄清工藝在污水廠提標(biāo)中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2018，44（11）：136-137.

［5］周碧雯，張軍，李日標(biāo)，等.磁加載絮凝工藝處理城市生活污水的試驗(yàn)研究[J].當(dāng)代化工，2018，47（10）：2085-2088.

Discussion on Application of Magnetic Coagulation Process in Wastewater Treatment Plants

（Guangdong Zhengcheng Environmental Technology Co., Ltd., Guangzhou Branch, Guangzhou Guangdong 510000, China）

Taking a sewage treatment plant in Shantou city as an example, the principle, application characteristics, process equipment configuration, design operation parameters and actual operation effect of magnetic coagulation process was introduced, the existing problems of magnetic coagulation process in upgrading and reconstruction were analyzed, and the improvement measures were put forward.

Upgrading and reconstruction; Magnetic coagulation; Sewage treatment plant; Magnetic separation

2020-12-18

馬樹堅(jiān)（1985-），男，廣東省肇慶市人，環(huán)境工程師，研究方向：水環(huán)境治理工程技術(shù)。

TU992.3

A

1004-0935（2021）06-0799-04