湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流改造

華能玉環(huán)電廠 龐勝林 曹士海 何高祥

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池是新型的混凝澄清一體化設(shè)備，在近十年中應(yīng)用廣泛。作者提出了在湍流凝聚接觸絮凝沉淀池上實(shí)施大流量污泥回流改造來解決翻池問題，一年運(yùn)行中，反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水小于3NTU的保證了達(dá)95%。

海水；混凝；澄清；沉淀；污泥；回流

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池是一種新型的混凝澄清一體化設(shè)備，在近十年中應(yīng)用廣泛。此反應(yīng)沉淀池是建立在迷宮混凝平流斜板沉淀池的基礎(chǔ)上的，由于專利的原因，迷宮反應(yīng)區(qū)內(nèi)安裝的塑料折板有幾種形式，但基本原理都屬于湍流凝聚。

華能玉環(huán)電廠34560t/d的膜法海水淡化混凝澄清工藝采用了此類沉淀池，混凝澄清工藝流圖見圖1所示。

原海水從凝汽器前后各引一路進(jìn)入1600t的海水原水池，經(jīng)提升泵在列管式靜態(tài)混合器中加入混凝劑FeCl3后，進(jìn)入湍流凝聚接觸絮凝沉淀池。玉環(huán)電廠的海淡采用“短流程”設(shè)計(jì)，沉淀池產(chǎn)水自流到浸沒式超濾的膜池里，無不合格水外排口。

玉環(huán)電廠在實(shí)際運(yùn)行中，沉淀池存在周期性嚴(yán)重翻池現(xiàn)象，攜帶混凝絮體的高濁度海水直接污堵了后續(xù)的超濾，影響了超濾的產(chǎn)能，頻繁的化學(xué)清洗也加速了超濾的性能衰減。

圖1 混凝澄清工藝流程

1 湍流凝聚接觸絮凝沉淀池

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池是基于湍流微渦旋離心慣性效應(yīng)理論，是從亞微觀尺度對(duì)絮凝動(dòng)力學(xué)研究的結(jié)論。玉環(huán)電廠的沉淀池平面如圖2所示。

沉淀池高6.00m，地面布置，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。按功能分為3區(qū)域，湍流凝聚區(qū)、過渡段及接觸絮凝沉淀澄清區(qū)。湍流凝聚區(qū)如圖分成三排，共25個(gè)方格，11-8-6布置，方格的橫截面積逐漸增大，內(nèi)置不同尺寸的塑料折板。過渡段和接觸絮凝澄清沉淀區(qū)之間為穿孔花墻，澄清沉淀區(qū)從泥斗上沿到集水槽開孔深度為4320mm。1300 t/h出力時(shí)，澄清區(qū)表面負(fù)荷為7.47 m3/m2·h。

湍流凝聚區(qū)是此沉淀池的核心技術(shù)。各方格中安裝的塑料折板改變水流的方向，形成不同大小的漩渦為凝聚提供能量。湍流凝聚區(qū)第一格和沉淀區(qū)集水槽開孔之間的水位差提供了整個(gè)沉淀池的能量，也決定了沉淀池的產(chǎn)能。

2 原海水波動(dòng)與沉淀池翻池及影響

玉環(huán)電廠位于浙東南玉環(huán)島西側(cè)、樂清灣的東岸。潮汐屬典型的半日潮，樂清灣是一南北向的封閉海灣，大潮時(shí)超差在6.5m以上。玉環(huán)電廠循環(huán)水取、排水在同一海灣，采取深取淺排的方式。取水口位于-15.6m等深線附近，排水口均設(shè)置在-5m等深線附近。

燃煤火力發(fā)電廠負(fù)荷波動(dòng)較大，如圖3為一臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組24小時(shí)負(fù)荷典型變化曲線。

機(jī)組負(fù)荷在24小時(shí)內(nèi)一般在上午和下午兩個(gè)波峰，凌晨、中午下班及下午下班后三個(gè)波谷，負(fù)荷在500-1000MW間波動(dòng)，循環(huán)水排水溫度波動(dòng)近4℃，如圖4循環(huán)水排水溫度。

圖2 沉淀池平面圖

圖3 機(jī)組負(fù)荷一天變化曲線

機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)及潮汐變化疊加影響了反應(yīng)沉淀池的進(jìn)水水質(zhì)，導(dǎo)致沉淀池翻池。機(jī)組負(fù)荷變化和潮汐變化的周期不同、幅度不同導(dǎo)致問題更加復(fù)雜，趨于無解。

玉環(huán)電廠后續(xù)超濾工藝采用了浸沒式負(fù)壓驅(qū)動(dòng)膜元件，最大跨膜壓差為0.057 MPa，而一般的壓力膜元件的跨膜壓差可達(dá)0.2MPa，驅(qū)動(dòng)力約是浸沒式膜元件的4倍。由于翻池引起的超濾污堵，不僅影響超濾的壽命、增加化學(xué)清洗藥耗還限制了整套海水淡化的產(chǎn)能，成為海水淡化的瓶頸。

3 污泥回流及污泥回流改造

污泥回流是機(jī)械攪拌澄清池、水力循環(huán)澄清池及高密度澄清池等池型的核心技術(shù)。這類泥渣循環(huán)型澄清池是目前應(yīng)用較廣的一類澄清池。

機(jī)械攪拌澄清池的污泥回流通過其攪拌葉輪實(shí)現(xiàn)，回流量一般為進(jìn)水的2-4倍。水力循環(huán)澄清池在大型項(xiàng)目中應(yīng)用較少，這兩個(gè)池子為泥渣內(nèi)循環(huán)。

高密度澄清池是專利池型，其泥渣取自沉淀澄清區(qū)下部經(jīng)刮泥耙預(yù)濃縮的污泥，污泥密度比機(jī)械循環(huán)澄清池循環(huán)的泥渣密度大，需專用的隔膜泵或螺桿泵實(shí)現(xiàn)泥渣循環(huán)，屬于泥渣外循環(huán)，優(yōu)點(diǎn)是泥渣循環(huán)前可做進(jìn)一步處理。

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池污泥采用泥斗濃縮，壓力排放，采用小阻力排泥管，一般定期排泥。玉環(huán)項(xiàng)目為1500×1500×730錐形泥斗，每個(gè)泥斗的排泥管DN50，最多8個(gè)泥斗和DN200排泥母管組成小阻力排泥系統(tǒng)。玉環(huán)項(xiàng)目每個(gè)沉淀池有15根排泥管，在三個(gè)區(qū)域按3-2-10分布。

為解決湍流凝聚接觸絮凝沉淀池翻池這一看似無解的問題，玉環(huán)電廠提出并實(shí)施了“湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流”技術(shù)方案。改造前單根排泥管如圖5。

實(shí)施后沉淀池排泥系統(tǒng)圖見圖6。

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流改造主要內(nèi)容如下：

（1）每根排泥母管增加DN200窺視管一段、200-200-200三通一只，DN200蝶閥一只。

（2）溫度傳感器兩個(gè)，分別安裝在來水管及過渡區(qū)。

（3）泥渣循環(huán)泵一臺(tái)，流量400-600t/h，揚(yáng)程20-15m，變頻控制。

（4）電磁流量計(jì)一臺(tái)，安裝在泵的出口。

（5）相應(yīng)的管系，充分考慮污泥流速，污泥循環(huán)泵入口母管不同段的管徑應(yīng)不同。

湍流凝聚接觸絮凝沉淀池大流量污泥回流屬于外循環(huán)系統(tǒng)，泥渣密度介于機(jī)械攪拌澄清池和高密度澄清池之間，基于泥斗預(yù)濃縮作用，污泥密度應(yīng)接近高密度澄清池，系統(tǒng)預(yù)留污泥再處理接口。

圖4 機(jī)組循環(huán)水排水溫度變化

圖5 改造前排泥管

4 調(diào)試及效果

大流量污泥回流系統(tǒng)改造完畢后，進(jìn)行了近3個(gè)月的調(diào)試。主要調(diào)試內(nèi)容如下：

（1）確定污泥循環(huán)量。某600t/h淡水高密度澄清池配套污泥輸送泵最大出力為15t/h。玉環(huán)的硬件條件可實(shí)現(xiàn)最大600t/h的循環(huán)量。在一般潮汐條件下，澄清池出力1000t/h，400t/h的循環(huán)量，即可避免翻池。

（2）各排泥管循環(huán)量分配。湍流凝聚接觸絮凝沉淀池不同排泥管污泥量及污泥密度不同，為在每根排泥管上安裝了有機(jī)玻璃窺視管段。觀察管內(nèi)污泥，調(diào)整回流閥，確定回流量及是否回流此管的污泥。

（3）確定排泥時(shí)間。湍流凝聚接觸絮凝沉淀池一般采取定期排泥，實(shí)施大流量污泥回流改造后，由于沒有回流部分排泥管的污泥，污泥沉淀?xiàng)l件改變，需改變排泥頻率。調(diào)試經(jīng)驗(yàn)證明，多次少排更有利于沉淀池內(nèi)的水力學(xué)條件，產(chǎn)水更加穩(wěn)定。連續(xù)排泥更有利于湍流凝聚接觸絮凝沉淀池運(yùn)行。

#4沉淀池大流量污泥回流投運(yùn)后和#2產(chǎn)水品質(zhì)對(duì)比如圖7。

圖7實(shí)際運(yùn)行的監(jiān)控曲線，其中上面一條為2號(hào)反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水濁度曲線，下面一條為經(jīng)改造后4號(hào)池的產(chǎn)水濁度曲線?？梢悦黠@地看出改造效果：

改造后的4號(hào)反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水同2號(hào)相比，正常情況下，產(chǎn)水明顯優(yōu)于2號(hào)。在來水劇烈波動(dòng)的情況下，4號(hào)池產(chǎn)水濁度上升晚，上升幅度小，恢復(fù)正?？?。一般的波動(dòng)，4 號(hào)反應(yīng)沉淀池產(chǎn)水保持穩(wěn)定。

圖6 污泥回流改造后污泥系統(tǒng)

實(shí)施大流量污泥回流改造后，除非大潮和機(jī)組負(fù)荷巨變同時(shí)發(fā)生的極端條件，反應(yīng)沉淀池出水濁度能穩(wěn)定在5NTU（95%）以下。減少了近40%的混凝劑的藥耗，超濾化學(xué)清洗次數(shù)減少了近30%，節(jié)約了相應(yīng)的藥品費(fèi)用、人工成本及廢水處理廢水費(fèi)用。

圖7 #2、#4產(chǎn)水品質(zhì)對(duì)比

5 結(jié)論

機(jī)組負(fù)荷的變化和潮汐疊加影響了原海水溫度、濁度，造成湍流凝聚接觸絮凝沉淀池翻池，污堵后續(xù)的超濾，影響海水淡化的產(chǎn)能。

在湍流凝聚接觸絮凝沉淀池上實(shí)施大流量污泥回流可有效的減少翻池次數(shù)，減小產(chǎn)水品質(zhì)波動(dòng)幅度，提升產(chǎn)水品質(zhì)。

同水質(zhì)、同產(chǎn)能下，實(shí)施大流量污泥回流可減少近40%混凝劑藥耗。

配置了大流量污泥回流的湍流凝聚接觸絮凝沉淀池也可以作為一種新的混凝澄清一體化設(shè)備，此設(shè)備有迷宮式平流沉淀池的簡單、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，又有污泥循環(huán)澄清池的抗沖擊性、藥耗低的特點(diǎn)。沒有國外公司的專利糾紛，是預(yù)處理系統(tǒng)的一種新選擇。

[1]馮禮奎，朱新強(qiáng)，王宏義.潮汐影響海水沉淀池運(yùn)行的原因與對(duì)策[J].工業(yè)水處理，2009，29（6）：76-79.

[2]丁恒如，吳春華，龔云峰.工業(yè)用水處理工程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.101-104.

[3]秦金藻，何輝純，孫桂蘭等.熱工技術(shù)手冊(cè) 電廠化學(xué)卷[M].北京：水利電力出版社，1993.31-32.