吳兵龍

（晉能控股裝備制造集團華昱能源化工山西有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 處理目的

本公司原水處理水源為水庫地表水，該水源地表水總硬度在300 mg/L～350 mg/L、總堿度在200 mg/L、懸浮物在15 mg/L，設(shè)計在機械加速澄清池（簡稱機加池）中投加熟石灰和碳酸鈉去除水中的硬度和懸浮物（機加池出水加硫酸調(diào)節(jié)出水pH 和總堿度），使出水總堿度降低到≤150 mg/L 懸浮物質(zhì)量濃度降低到≤5 mg/L，但是在運行過程中投加熟石灰產(chǎn)生大量的污泥，造成機加池底部刮泥機負荷高，污泥處理系統(tǒng)中污泥螺桿泵管道和設(shè)備污堵、轉(zhuǎn)子磨損，離心脫水機經(jīng)?？铀師o法正常進行，所以出水水質(zhì)無法穩(wěn)定，為了解決以上問題，將投加熟石灰改為投加液堿，同時對污泥池進行改造，增加曝氣管，防止污泥池污泥板結(jié)，保證污泥處理系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。

2 技術(shù)原理與改造方法

水中的總硬度指水中鈣離子和鎂離子的總含量，包括HCO3-、CO32-等形式存在的暫時硬度和以Cl-、SO42-等形式存在的永久硬度。

投加熟石灰反應(yīng)見式（1）～式（4）。

根據(jù)水質(zhì)分析，水庫地表水中鎂硬度是鈣硬度的1.5 倍～2 倍，投加熟石灰+碳酸鈉后，由于熟石灰吸水板結(jié)、碳酸鈉結(jié)晶等問題，出水指標無法長周期穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)，改造為投加液堿后保證鈣硬度降低的前提下，可以進一步降低鎂硬度，使出水總硬度指標穩(wěn)定在≤150 mg/L。

從上面的反應(yīng)原理可看出，投加的石灰會帶來過量的鈣離子，為了除去鈣離子，必須添加過量的碳酸鈉。因此，運行時會產(chǎn)生過多的污泥，碳酸鈉也浪費較大。同時，碳酸鈉溶解度受溫度影響很大，冬季需通過蒸汽換熱提升碳酸鈉在水中的溶解度，能耗較高。

改造后投加液堿反應(yīng)見式（11）～式（16）。

從改藥后的反應(yīng)原理可以看出，只加液堿就可以降低硬度到設(shè)計指標，基本不用添加碳酸鈉，產(chǎn)泥量明顯減少，也避免了蒸汽的浪費，同時降低了人工清理碳酸鈉結(jié)晶的勞動強度。

投加熟石灰+碳酸鈉時，機加池內(nèi)由于加藥產(chǎn)生的污泥通過機加池底部排泥閥和排泥管線排入污泥池后，在污泥池內(nèi)嚴重板結(jié)，需要定期進行人工清理，基本上是正常投加藥劑一周后就需要停運一周用來人工清泥，人工清理停運機加池的加藥后，無法穩(wěn)定保證原水出水的水質(zhì)，不停加藥的話機加池污泥會不斷累積，嚴重時造成機加池池底刮泥機阻力大無法運行，刮泥機一旦停運，需要排空機加池內(nèi)3 000 m3的水，然后拆開機加池人孔，進入機加池池底，人工清理機加池池底的污泥。

改造為投加液堿以后，機加池內(nèi)污泥量大大減少，刮泥機刮板的阻力變小，刮泥機不再出現(xiàn)跳車。

污泥池內(nèi)雖然安裝有潛水攪拌機，但是無法做到無死角全方位的攪拌，污泥池內(nèi)有3/4 的地方存在污泥板結(jié)，通過增加曝氣管后，污泥池內(nèi)污泥不再嚴重板結(jié)，大大降低了人工清泥的勞動強度。

機加池底部排泥管線和排泥閥污堵的頻率大大降低，投加熟石灰和碳酸鈉時，機加池底部需要經(jīng)常開反沖洗閥對排泥管線進行沖洗，一方面操作工操作不便（窨井受限空間作業(yè)），另一方面也造成水資源的浪費（反沖洗水來自生產(chǎn)消防用水蓄水池，即原水機加池的產(chǎn)水）。

熟石灰和碳酸鈉干粉輸送機、熟石灰和碳酸鈉溶解罐、加藥泵及其管線不再污堵，降低了人員勞動強度，改造后液堿管線基本沒有維護費用，現(xiàn)場環(huán)境面貌也大大改善。

碳酸鈉和熟石灰由于都是粉末狀藥劑，卸車時需要通過罐車上的壓縮空氣輸送至各自的筒倉內(nèi)，在卸車過程中由于接頭密封等問題，經(jīng)常出現(xiàn)粉塵污染，而且在筒倉內(nèi)部，粉末藥劑經(jīng)常出現(xiàn)掛壁無法正常下料的現(xiàn)象，而液堿卸車時不會存在以上問題，現(xiàn)場環(huán)境面貌大大改善的同時，也降低了粉塵對崗位操作工的損害，為員工創(chuàng)造了一個干凈舒心的工作場所。

投加熟石灰時，由于熟石灰在水中溶解度低，大部分投加的是未溶解完的石灰乳，一方面石灰乳管線污堵概率高，加藥泵葉輪及泵殼經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，另一方面，石灰乳投加到機加池中后，容易造成機加池出水懸浮物高（含白色顆粒狀石灰乳），改為投加液堿，機加池出水清澈，各藥劑調(diào)整及操作也簡單易執(zhí)行，出水指標也穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)；

投加石灰乳機加池出水渾濁，需要提高聚丙烯酰胺（PAM）的加藥量，而一旦PAM 投加過量，會對后系統(tǒng)脫鹽水崗位反滲透膜造成污堵，反滲透膜一旦污堵，會影響脫鹽水的產(chǎn)水量，嚴重的話影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

根據(jù)工藝流程，原水機加池的出水進入V 型濾池（砂濾）進行進一步的過濾，然后流入清水池（全廠生產(chǎn)消防蓄水池）供后系統(tǒng)生產(chǎn)消防用水，機加池出水穩(wěn)定后，V 型濾池濾料（V 型濾池內(nèi)濾料層從上到下分別是粒徑0.9 mm～1.2 mm 的小顆粒石英砂濾料、粒徑2 mm～4 mm 的大顆粒石英砂濾料、長柄濾頭）的使用周期就會變長（減少濾料更換的費用），V型濾池的反洗（氣反洗+水反洗）頻率就會降低，降低了反洗的水耗、電耗（氣反洗來自崗位羅茨風機）。

投加液堿產(chǎn)生的污泥相對質(zhì)地較軟、泥量少，在污泥池內(nèi)污泥流動性好，可以減小污泥池的曝氣量，同時大大減小污泥螺桿泵轉(zhuǎn)子的磨損和設(shè)備檢修費用。

污泥經(jīng)過污泥螺桿泵進入離心脫水機后，離心脫水機在自動運行狀態(tài)（根據(jù)力矩變頻調(diào)節(jié)，力矩大，頻率降低，力矩小頻率升高）下，可以調(diào)整的范圍更加寬泛，運行也更加穩(wěn)定，離心脫水機堵料的概率也大大下降，降低了檢修工拆檢清理的勞動強度。

離心脫水機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明（見圖1）。

圖1 離心脫水機內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明

離心脫水機的工作部分是一個內(nèi)裝螺旋輸送器的轉(zhuǎn)鼓，這個轉(zhuǎn)鼓可看作是個一端為圓錐形的沉降槽。當高速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)產(chǎn)生大于重力加速度千倍以上的離心力，污泥（泥水混合液）便在這個離心力場中實現(xiàn)液固分離。密度小的液體（水）形成同心內(nèi)層，經(jīng)過可調(diào)節(jié)的堰板（液層調(diào)節(jié)板）連續(xù)地從轉(zhuǎn)鼓大端排出。密度較大的顆粒（脫水后的污泥）則迅速沉降至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，被螺旋輸送器從錐形端連續(xù)推出至轉(zhuǎn)鼓外。

離心脫水機產(chǎn)生的污泥進入水平螺旋輸送機，輸送機將離心機產(chǎn)生的干泥輸送到污泥斗內(nèi)堆積，污泥斗下方安裝有插板閥，打開插板閥后將污泥卸到污泥轉(zhuǎn)運車中外運，投加液堿后，離心脫水機產(chǎn)生的污泥會穩(wěn)定在一個合理的范圍內(nèi)，不會因為污泥過干，造成污泥斗內(nèi)污泥掛壁無法流入到污泥轉(zhuǎn)運車中，也不會出現(xiàn)污泥過稀的現(xiàn)象。

改造為投加液堿后，碳酸鈉干粉藥劑的投加量也大大降低，PAC、PAM 及硫酸的投加量基本不變，原水處理崗位的噸水藥劑成本由0.54 元/t（熟石灰+碳酸鈉費用）下降到0.44 元/t（液堿+碳酸鈉費用，碳酸鈉用量幾乎很少），每年節(jié)約的污泥螺桿泵轉(zhuǎn)子更換費用和水平螺旋輸送機襯板更換費用、反沖洗水費、機加池刮泥機檢修費用、離心脫水機檢修費用、碳酸鈉溶解的蒸汽消耗、V 型濾池的濾料更換費用、反洗水費等約10 萬元～15 萬元。

提高污泥水平螺旋輸送機內(nèi)部襯板的上沿高度，防止污泥進入襯板與螺旋體之間的縫隙，造成鼓包現(xiàn)象；用密封膠處理兩塊襯板接頭處的縫隙，防止污泥進入襯板與螺旋體之間的縫隙，造成鼓包現(xiàn)象影響螺旋輸送機螺旋軸的運行；改變了螺旋輸送機內(nèi)壁襯板固定方式，避免螺旋在旋轉(zhuǎn)時襯板發(fā)生滑動現(xiàn)象。

機加池內(nèi)圈（藥劑與水體反應(yīng)區(qū)）攪拌機是變頻調(diào)節(jié)，投加液堿后攪拌機內(nèi)圈內(nèi)藥劑產(chǎn)生的污泥減少，攪拌機在相對較低的一個頻率范圍內(nèi)即可取到較好的交班效果，進一步節(jié)約崗位的電耗。

3 結(jié)果（見表1）

表1 處理結(jié)果

4 結(jié)論

針對高硬度水投加液堿進行除硬，在保證出水指標合格的情況下，不僅可以降低噸水處理成本，而且對安全環(huán)保和設(shè)備檢修方面也是大有益處。

另一方面，原水投加液堿除硬，使循環(huán)水系統(tǒng)的補水水質(zhì)穩(wěn)定變好，循環(huán)水的濁度、鈣硬度、總堿度穩(wěn)定在一個較低的范圍，使循環(huán)水排污量的調(diào)整范圍更加寬泛，進一步減小循環(huán)水排污，提高濃縮倍數(shù)，從而降低循環(huán)水的藥劑消耗。

從零排放的設(shè)計上考慮，循環(huán)水排污減小，可以大大降低公司零排放的處理水量，對公司革命性降本增效工作具有長遠的意義。

針對規(guī)模較大的煤化工廠區(qū)用的高硬度水，通過投加液堿替代傳統(tǒng)的熟石灰+碳酸鈉除硬，具有巨大的推廣價值。

污泥嚴重板結(jié)的污泥池增加曝氣管（氣源為廠區(qū)內(nèi)富余的工廠空氣），加快了污泥的擾動和攪拌，解決池底污泥板結(jié)的問題，可以推廣應(yīng)用到污水處理廠污泥池的攪拌、水處理行業(yè)加藥產(chǎn)生的污泥的攪拌。