張彥 ，魏彬 ，劉芳

（1.鞍鋼股份有限公司能源管控中心，遼寧 鞍山 114011；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

澄清池是集混凝、反應(yīng)、沉淀于一體的凈水構(gòu)筑物，是給排水處理中最常見(jiàn)的水處理設(shè)施之一。機(jī)械攪拌澄清池具有處理效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，且對(duì)處理高濁度水有一定適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。進(jìn)口HRC型接觸澄清池屬于機(jī)械攪拌澄清池，其結(jié)構(gòu)形式獨(dú)特，相較于國(guó)內(nèi)機(jī)械澄清池，處理效率高、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，雖已推行多年，至今仍屬于行業(yè)內(nèi)先進(jìn)澄清池。鞍鋼于1999年新建西大溝污水處理系統(tǒng)時(shí)引入了進(jìn)口HRC型接觸澄清池，本文針對(duì)此系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的出水水質(zhì)不穩(wěn)定問(wèn)題，分析了影響其運(yùn)行的關(guān)鍵因素，并開(kāi)展了優(yōu)化試驗(yàn)。

1 HRC型接觸澄清池處理技術(shù)

1.1 工藝簡(jiǎn)介

鞍鋼西部污水處理廠主要處理鞍鋼廠區(qū)內(nèi)大部分工業(yè)廢水和生活污水，設(shè)計(jì)日處理能力22萬(wàn)t，主要采用“機(jī)械格柵+一次沉淀池+二次澄清池+移動(dòng)罩濾池”的預(yù)處理工藝，處理后出水濁度≤20 NTU、油≤5 mg/L，可達(dá)到工業(yè)凈環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行生產(chǎn)回用。其中，二次澄清池為進(jìn)口HRC型接觸澄清池，共4座，主要進(jìn)一步去除懸浮物，池內(nèi)徑40 m，有效水深6 m，每座澄清池處理能力55 000 m3/d，絮凝反應(yīng)時(shí)間為20 min，總停留時(shí)間為2 h，刮泥裝置為中心傳動(dòng)HRC型進(jìn)口設(shè)備。

1.2 工作原理

HRC型接觸澄清池是將接觸絮凝與沉淀兩個(gè)過(guò)程集于一個(gè)構(gòu)筑物中完成的特殊形式的設(shè)施，其基本原理是接觸絮凝，主要依靠活性泥渣層達(dá)到澄清目的［1］。原水在澄清池中自下向上流動(dòng)，澄清池中有一層呈懸浮狀態(tài)的泥渣，泥渣層由于重力作用在上升水流中處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)原水中的懸浮顆粒與混凝劑作用而形成的微小絮凝體隨水流通過(guò)泥渣層時(shí)，在運(yùn)動(dòng)中與泥渣層中相對(duì)較大的泥渣接觸碰撞就會(huì)被吸附在泥渣顆粒表面而被迅速除去，使水澄清，清水經(jīng)由澄清池上部的清水槽收集排出［2］。因此，保持泥渣區(qū)懸浮狀態(tài)、濃度穩(wěn)定且均勻分布是保證澄清池處理效果的關(guān)鍵。

1.3 進(jìn)口HRC型接觸澄清池的優(yōu)勢(shì)

進(jìn)口HRC型接觸澄清池與國(guó)內(nèi)機(jī)械攪拌澄清池均屬于泥渣循環(huán)型澄清池，但進(jìn)口HRC型接觸澄清池由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）運(yùn)行操作簡(jiǎn)便。國(guó)內(nèi)機(jī)械攪拌澄清池一般采用提升葉輪，為了調(diào)整污泥回流量，需調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速和葉輪提升高度兩個(gè)參數(shù)［3］；進(jìn)口HRC型接觸澄清池采用渦輪循環(huán)筒，只需調(diào)整渦輪轉(zhuǎn)速，便可實(shí)現(xiàn)回流比的調(diào)節(jié)，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)操作步驟，提升了工作效率。

（2）污泥回流效率高。一般國(guó)內(nèi)澄清池回流量約為設(shè)計(jì)流量的3～5倍，而進(jìn)口HRC型澄清池回流量最大可達(dá)到設(shè)計(jì)流量的10倍。

（3）產(chǎn)水出流均衡。HRC型澄清池采取輻射產(chǎn)水管出流，比一般的堰板出流更均衡，避免了短流現(xiàn)象；同時(shí)，輻射產(chǎn)水可避免漂浮物出流，保證水質(zhì)。

2 影響運(yùn)行關(guān)鍵因素分析

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行情況

預(yù)處理系統(tǒng)藥劑投加選用聚合氯化鋁 （絮凝劑）和聚丙烯酰胺（助凝劑），其中聚合氯化鋁分別投加在沉淀池進(jìn)水渠、澄清池進(jìn)水渠兩個(gè)投加點(diǎn)，投加單耗為70 mg/L；聚丙烯酰胺分別投加于4座沉淀池和4座澄清池的中心反應(yīng)區(qū)，投加單耗為0.35 mg/L。澄清池底泥排放周期為3天，循環(huán)筒渦輪轉(zhuǎn)速為最大轉(zhuǎn)速的40%。澄清池中心反應(yīng)區(qū)圖片見(jiàn)圖1，澄清池出水檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。結(jié)合圖1和表1可知，澄清池中心反應(yīng)分離區(qū)顆粒濃度過(guò)低，且無(wú)清水層，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，水量稍有波動(dòng)，則出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象。

圖1 澄清池中心反應(yīng)區(qū)圖片F(xiàn)ig.1 Picture of Reaction Zone in Center of Clarifier

表1 澄清池出水檢測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 Test Data for Water from Clarifier

2.2 影響運(yùn)行關(guān)鍵因素分析

HRC型接觸澄清池設(shè)計(jì)正常運(yùn)行刮泥耙扭矩＜10%，污泥床中污泥濃度為5%～10%，最佳污泥床深度應(yīng)在反應(yīng)井的底部或反應(yīng)井底部之上0.6 m，污泥層厚度0.3～1.5 m，最佳渦輪轉(zhuǎn)速是最大值的25%～50%，污泥回流比通過(guò)調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)速，控制污泥床深度和污泥濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)運(yùn)行情況可知，未建立懸浮、穩(wěn)定、均勻的中心泥渣區(qū)是澄清池處理效果不穩(wěn)定的關(guān)鍵原因。結(jié)合HRC型接觸澄清池的設(shè)計(jì)參數(shù)，分析影響運(yùn)行的關(guān)鍵因素：

（1）污泥回流比過(guò)低。①澄清池底泥排放周期過(guò)短，造成污泥排放過(guò)量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，澄清池刮泥耙扭矩＜1%，造成可供循環(huán)使用的泥漿濃度過(guò)低，無(wú)法形成穩(wěn)定的泥渣層［4］。②循環(huán)筒渦輪轉(zhuǎn)速恒定，未能根據(jù)污泥濃度回流效果及時(shí)調(diào)整渦輪轉(zhuǎn)速［5］。

（2）藥劑投加適配度較差。①藥劑采取固定量投加方式，而系統(tǒng)處理水量存在波動(dòng)，藥量匹配度低。②水質(zhì)波動(dòng)時(shí)不能及時(shí)調(diào)整藥劑投加量［6］。

3 HRC型接觸澄清池優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)

3.1 污泥回流比優(yōu)化試驗(yàn)

選取不同循環(huán)筒渦輪轉(zhuǎn)速、不同排泥周期，分別在2#、3#、4#澄清池進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn) （其中4#澄清池保持原運(yùn)行方式），并在運(yùn)行15天、30天和38天（汛期）時(shí)取水樣檢測(cè)，具體試驗(yàn)方案和檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。2#、4#澄清池反應(yīng)區(qū)對(duì)比見(jiàn)圖2。通過(guò)目測(cè)各澄清池反應(yīng)井內(nèi)泥漿濃度發(fā)現(xiàn)，2#澄清池內(nèi)泥漿濃度逐漸增大，15天后形成了明顯的活性泥渣層；3#澄清池反應(yīng)井內(nèi)絮凝體顆粒較小，泥渣層不明顯。由表2可以看出，延長(zhǎng)排泥周期可大大提高底泥濃度，但如不能合理調(diào)整回流比，則會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)惡化；而回流比合理，增加回流污泥量，則可改善澄清池處理效果，有利于改善出水濁度。同時(shí)，經(jīng)過(guò)汛期降雨沖擊試驗(yàn)可以看出，回流比較大的2#澄清池抗沖擊能力也較強(qiáng)。

表2 污泥回流比試驗(yàn)方案和檢測(cè)數(shù)據(jù)Table 2 Test Scheme and Test Data for Reflux Ratio of Sludge

圖2 2#、4#澄清池反應(yīng)區(qū)對(duì)比圖Fig.2 Comparison of Reaction Zones in No.2 and No.4 Clarifiers

3.2 藥劑投加方案優(yōu)化試驗(yàn)

3.2.1 藥劑投加適配度分析

污水處理系統(tǒng)處理水量日變化曲線見(jiàn)圖3。

圖3 污水處理系統(tǒng)水量變化曲線Fig.3 Water Quantity Change Curves of Sewage Treatment System

由圖3可以看出，夜間水量較低，為8 150～9 300 m3/h；白天水量較高，為 9 300～10 800 m3/h。若采用恒定加藥量的投加方式，會(huì)造成日間水量大時(shí)單耗偏低，夜間水量低時(shí)單耗偏高，發(fā)生出水水質(zhì)波動(dòng)。因此，提出對(duì)藥劑投加方案進(jìn)行調(diào)整，采取恒定加藥單耗的投加方式。

3.2.2 藥劑投加優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)水量日夜間的波動(dòng)情況，優(yōu)化藥劑投加方案，采取日夜同單耗、不同量的投加方式，將藥劑投加單耗由70 mg/L降低至62 mg/L。優(yōu)化前后分別在澄清池出水點(diǎn)取水樣，并各取10組進(jìn)行電導(dǎo)率和濁度檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。由表3可以看出，藥劑投加方案優(yōu)化后，出水水質(zhì)運(yùn)行穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)（濁度≤20 NTU），且電導(dǎo)率略有下降。

表3 藥劑投加方案優(yōu)化前后檢測(cè)數(shù)據(jù)Table 3 Test Data before and after Optimization of Scheme for Dosing Reagent

4 結(jié)論

（1）保持泥渣區(qū)懸浮狀態(tài)、濃度穩(wěn)定且均勻分布是保證澄清池處理效果的關(guān)鍵。

（2）延長(zhǎng)排泥周期，可大大提高底泥濃度，而底泥濃度高低直接影響澄清池運(yùn)行效果。為了達(dá)到最優(yōu)處理效果，不惡化水質(zhì)，必須在保證足夠回流污泥濃度的同時(shí)，合理搭配污泥回流比。

（3）合理的藥劑投加方案是水處理系統(tǒng)處理效果穩(wěn)定的重要因素。采取恒定加藥單耗的藥劑投加方式，提高藥劑投加適配度，能夠有效穩(wěn)定出水水質(zhì)，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)。