高密度沉淀池運行狀況分析及控制技術研究

初 明

寶武集團梅山鋼鐵股份有限公司能源環保部

0 概述

梅鋼公司是一個擁有煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋工序的全流程大型鋼鐵聯合企業。以前西明渠排放的廢水主要來源于電廠、燒結、煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等廠的生產廢水和居民生活區的生活污水（生活污水經廠區污水處理站曝氣、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備集成，設計日處理污水量10 萬t。項目設計所有污水都要經過4 座高密度沉淀池進行處理，每座高密度沉淀池中連續用電設備裝機容量為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，在經過理論論證及多次實際試驗，結合高密度沉淀池和V 型濾池相關運行工藝要求，在確保出水的水質達標的前提下，通過工藝改進、操作調整、適時調節，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過粗、細格柵進入調節池混合，混合后的出水經泵提升至前混凝反應池，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進行泥水分離。上清液出水在進入濾池之前，先流經后混凝反應池。在池內投加硫酸以調節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節，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運行，以幫助混凝和堿度去除反應并避免礬花沉淀。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節池內全部污水。設計要求為確保水質，4 座高密度沉淀池及附屬設備全部投入運行，不能根據提升泵的實際提升量（即不能根據污水的實際流量）來控制高密度沉淀池的運行座數。從數據上分析，當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 國內外解決同類問題的技術方案及存在的問題

高密度沉淀池是污水處理工藝中的關鍵設備之一，設計部門和工藝集成考慮其處理污水的去污能力，更多地關注水的流動性。通過在行業內部了解及上網搜索，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置、連續的工況自動監控方面的探索和介紹。這也是目前國內污水處理工藝中對高密度沉淀池設備的研究方法。

作為使用單元，工藝確定后，在保證出水水質的前提下，做到處理工藝和最經濟的運行相結合，能夠為企業節能降耗、帶來很大的經濟效益。本文的研究點在于：把沒有引起關注的根據不同污水量，合理調節高密度沉淀池運行座數作為研究方向，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影響的研究

高密度沉淀池處理工藝分為絮凝反應區、預沉區、斜管分離區。污水在絮凝反應區中的助凝劑和回流污泥的作用下生成比較致密的礬花，通過預沉區均勻流速和碰撞濃縮后進入分離區，分離區的上部活性污泥通過回流系統回絮凝反應區，與來水進行充分混合，底部濃縮的污泥被濃縮區底部的刮泥機刮入泥斗由排泥泵送至污泥處理系統進行脫水處理。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、調節PH后，一部分進入V型濾池進行過濾處理，一部分達標排放。相關流程見圖3。

圖3 高密度沉淀池流程

高密度沉淀池設計為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、改變加藥工藝并優化操作。

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

3.2 改進方案及相關內容

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。如果優化高密度沉淀池運行方式，實現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的調整，以確保出水水質。

（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，每個燒杯內放入一攪拌器。為了模擬水與藥劑的快速混合，先將轉速調在100～160 r/min范圍內，待攪拌穩定后，再向各個燒杯里添加不同劑量的藥劑?？焖倩旌系臅r間最少為30s，通常為1～3 min。隨即將轉速調到20～40 r/min，以模擬慢速混合，持續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。根據燒杯內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）。在沉降結束或沉降15 min 后，對各燒杯內上部清水進行分析。

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增加，勢必影響高密度沉淀池斜管區域的表面負荷。因此在試驗調整藥劑投加方式同時，我們對斜管沉淀區域表面負荷q 進行了測試計算，并通過雷諾數Re、弗勞德數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。根據以上理論計算及試驗結果，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注提升泵提升量，在保證出水質量的前提下，根據來水水量調節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）在確保水質的前提下，調整了運行控制方案，設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節，調整了排泥周期，根據實際情況進行排泥，減少了排泥量及外運污泥，對于環保起到了積極的影響。

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

4 結論

回收治理綜合污水并進行科學合理的循環利用，不斷提高水資源的綜合利用水平，是創建節水型企業、發展循環經濟的必然要求。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、嚴謹的分析，提出了相應的運行改進措施?；赜盟畯S在實施了這些措施后，在有效保障出水水質的情況下，達到了節能降耗的目的。