高密度沉淀池处理气化污水结垢应用研究

安全环保222015年19期高密度沉淀池处理气化污水结垢应用研究万大军高小龙神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头014010摘要：针对气化污水硬度高易结垢的水质特点，采用高密度沉淀池作为提标改造工艺，对其进行预处理。结果表明，硬度去除率可达到72%，浊度去除率可达到77%，一定程度缓解了装置结垢问题。但处理效果波动较大，主要原因是受来水分散剂影响。关键词：高密度沉淀池；气化污水；硬度中图分类号：TQ546文献标识码：A文章编号：1671-5799(2015)19-0022-03引言内蒙某煤制烯烃项目的气化工艺采用德士古水煤浆加压气化技术。该技术渣水处理系统特点是，激冷室、水洗塔排出的气化黑水通过三级闪蒸，再经过混凝沉降，上清液灰水回流循环利用80%，20%排放至污水处理装置。排至污水处理装置的气化污水水质硬度较高，导致污水处理系统的水下设备、曝气膜片、池壁及污水的排放管线管壁结垢问题严重，因而严重影响了污水装置的平稳运行，也成为公司生产稳定的重要制约因素。基于以上生产运行中问题，提出了采用石灰纯碱-絮凝法即高密度沉淀池去除气化灰水硬度，解决结垢问题的办法，以此为公司的高负荷长周期生产运行提供保障。1结垢分析及处理方案一般而言，水煤浆气化产生的废水水质复杂，污染物主要有氨氮、CO2、脂肪酸等，具体表现为高浓度CODcr、氨氮[1-3]，且水质、水量波动较大。针对以上特点，该项目污水装置原来处理工艺流程调节池+A/O+BAF池工艺，能够较好的去除CODcr、氨氮,同时也能够兼顾甲醇制烯烃联合装置的废水处理。但在实际运行中，由于气化灰水硬度1200~1800mg/l，含大量Ca2+、Mg2+等离子，与水中的HCO3-反应形成CaCO3、MgCO3而结垢，同时还伴有在酸性条件下产生的硅酸盐及硅酸盐晶体聚合物的结垢[4]。因此，去除污水中较高的硬度，成为解决结垢问题的一个重要途径。在本文所述工程改造中，选择了在原来污水装置流程中增加了石灰纯碱软化-絮凝法的工艺来处理气化灰水的硬度。2工艺流程及运行参数2.1工艺流程改造工程的工艺采用“石灰纯碱软化+絮凝法”，由缓冲池、高密度沉淀池、污泥贮池及污泥压滤系统四个部分组成。改造的工艺流程是在气化污水进入原污水处理系统之前增设缓冲池、高密度沉淀池，去除一部分来水硬度之后，再进入原调节池，走原有的生化工艺流程处理。污泥贮池、污泥压滤系统属配套的污泥处理设施。工艺流程如图1所示。图1改造工艺流程图整个系统设计负荷为300m3/h。气化污水通过带压管线进入缓冲池。缓冲池内设平板式刮泥机，其作用是将沉淀在池内的沉渣刮入排渣坑，再由排渣泵将沉渣排至污泥贮池。气化污水经提升泵提升进入高密度沉淀池配水区，然后依次流经第一混合区、第二混合区、絮凝区、沉淀区和后混合区，然后从后混合区溢流进入原污水处理系统调节池。在前混合区投加混凝剂聚合硫酸铁和石灰，进行混凝和软化作用；在絮凝区投加絮凝剂PAM和碳酸钠进行进一步的絮凝和软化作用；在后混合区投加硫酸，调整出水PH值在6～9正常范围内。高密池沉淀区的污泥部分通过螺杆泵回流至第二混合区，其余排放至污泥贮池，再经污泥压滤单元的处理后实现干泥外运。2.2主要构筑物及运行参数2.2.1缓冲池缓冲池尺寸16m×8m×6.17m，有效容积789m3,内设平流式刮泥机，N=0.75kw,刮泥机导轨长8.3m。缓冲池附设泵房，内设2台30m3/h的排渣泵，2台10m3/h的排污泵。缓冲池的设置，目的旨在于气化污水进入高密度沉淀池之前，进行缓冲调节，同时对大的颗粒物进行物理沉降去除。2.2.2高密度沉淀池。混合区有效容积11.6m3,停留时间2.4min；混合区由两个混合池构成，水泥墙隔挡，上部设置溢流堰；两池各设置一台搅拌器，转速80r/min，2.2KW。絮凝区有效容积55m3,停留时间11min；设置一部导流筒，设有一台搅拌器，单台功率3KW，PAM投加浓度为0.1%。沉淀区有效容积180m3,停留时间36min，单位沉淀面积43.6m2,单位斜管面积20.7m2,六角形斜管，设计上升流速7.4m/h，斜板区最大沉淀速度14.5m/h；设刮泥机一部，功率0.75KW，转速1.3r/min。中和池有效容积12m3，停留时间2.5min。设有3台污泥回流泵，单台功率5.5KW,流量20m3/h,污泥回流比2～5%，流量可通过变频调节；石灰、碳酸钠、絮凝剂的投加，均是由PLC根据原水流量、所需要的投加浓度、药剂配置浓度等参数来自动调节投加量。2.2.3污泥处理单元污泥贮池1座，钢筋混凝土结构，有效容积232m3,池内设潜水搅拌机一台，功率N=0.85kW，转速n=740rpm。污泥进料泵为螺杆泵，4台，三开一备，单台流量12m3/h,功率4KW，配变频。污泥脱水间设置有3台板框式压滤机，过滤面积100m2，单台板框压滤机每个周期内产泥饼量为1.875m3/周期·台压滤机，N=4kW；压滤机对高密池的排泥进行压滤脱水，化学污泥产泥量23.8t/d（绝干），湿污泥量为198.3m3/d（含水率88%），经压滤机脱水后泥饼量约为60m3/d（含水率为60%的泥饼），既可以采用3台共同运行的方式，也可以采用2台共同运行的方式。设滤液收集水池一座，半地下钢筋混凝土结构，有效水深3.8m，有效容积45.6m3。2.2.4加药系统设置石灰、碳酸钠、PAC、PAM、硫酸投加装置及其附属盛装容器。设有石灰粉仓成套设备，包含石灰粉仓、布袋除尘器、机械振动器、卸料器、定量螺旋输送器、石灰乳溶解箱、石灰乳投加泵等设备。主要设备石灰粉仓下带锥斗、有效容积100m3；螺旋输送器，流量Q=0~0.5m3/h，功率N=0.55kW；石灰乳投加泵，2台，1用1备，配变频，Q=12m3/h，中国科技期刊数据库工业A2015年19期23N=5.5kW；3石灰纯碱软化-絮凝法原理3.1石灰纯碱软化法原理水中硬度是由Ca2+、Mg2+等以碳酸盐或非碳酸盐形式存在于水中所形成的，可表现为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。石灰乳液投加，与碳酸盐硬度和一部分非碳酸盐硬度发生反应，形成沉淀物被除去。其作用及反应式反应式如下：去除暂时硬度，软化水质Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2＝2CaCO3+2H2O去除水中CO2，减少腐蚀，提高水的pH值:CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O加快聚铁混凝剂形成氢氧化铁絮体，强化絮凝作用，并沉淀过剩的铁离子2FeCl3+3Ca(OH)2＝3CaCl2+2↓Fe(OH)3去除水中胶体硅，提高脱盐水水质:H2SiO3+Ca(OH)2＝CaSi03↓+H2O去除镁盐，起软化作用:MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaSO4提供部分凝聚核心，强化絮凝反应加入纯碱Na2CO3，其作用是去除非碳酸盐硬度。这种方法适用于硬度大于碱度的原水，反应式如下：CaSO4+Na2CO3＝CaCO3↓+Na2SO4CaCl2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaClMgSO4+Na2CO3＝MgCO3↓+Na2SO4MgCO3+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCO3↓本装置采用的混凝剂是聚合硫酸铁。聚合硫酸铁水解后产等多核络合物，通过吸附、架桥、交联等作用，使水中的胶体微粒凝聚在一起。助凝剂使用的是PAM，主要用来调节或改善混凝条件，促进凝聚作用。在本次改造中，实现石灰纯碱软化-絮凝法除硬，主要通过高密度沉淀池工艺单元来完成。3.2高密度沉淀池运行原理高密度沉淀池集絮凝、反应、沉淀、澄清技术与污泥浓缩技术于一体，由法国得利满公司开发。因回流高浓度污泥强化絮凝沉淀效果，故得名高密度沉淀池。密度沉淀池由配水区、第一混合区、第二混合区、絮凝区、沉淀区和中和区组成。在第一混合区入口投加聚铁混凝剂，在第二混合区入口投加熟石灰，两个混合区内均设有搅拌器，机械搅拌对药剂进行混合溶解。聚铁在该过程中与水迅速混合并水解，完成混凝过程，使胶体脱稳，形成小颗粒絮体；熟石灰则与水充分接触混溶，与水中的暂时硬度反应，生成CaCO3悬浮不溶物。高浓度回流污泥回到第二混合区，通过机械搅拌与水混合。污泥颗粒、小颗粒絮体和CaCO3悬浮物一同进入絮凝区，为絮凝反应打下良好的基础。污水进入絮凝区后，投加碳酸钠和PAM。碳酸钠可进一步去除水中的永久硬度，PAM则起到吸附架桥作用，以回流污泥颗粒为凝聚核心，结合小颗粒絮体和CaCO3悬浮物，生成可沉降的大颗粒矾花，进入沉淀区进行固液分离。絮凝区设导流筒，筒内设搅拌器，通过慢速搅拌使PAM和碳酸钠与进水充分混溶，并为进水中的絮体、污泥颗粒和CaCO3提供充分接触的机会，促进聚合。导流筒外侧为缓冲区，絮体可在该区域继续聚合生长，形成大颗粒矾花，防止已形成的大絮体因强烈的水流紊动而破碎。污泥回流是保证高密池处理效果的关键。通过将高浓度的污泥回流至反应区和絮凝区，可提供凝聚核心，强化絮凝作用，并增加前端固体浓度，提高抗冲击负荷的能力，同时还能回收部分药剂。剩余污泥必须及时排出，否则会影响高密池的稳定运行和出水水质。可通过取样测定各高度的污泥浓度或监控泥位的方式控制排泥。4效果与讨论改造装置2014年已达到运行正常状态，5月份实际进水水质如下表表15月份进水水质项目钙离子(mg/l)硬度CaCO3(mg/l)碱度（mmol/l）浊度（NTU）进水水质295~420485.7~1113.513~32.724~4504.1对硬度的去除效果以2014年5月份运行数据为例，考察系统对硬度（以CaCO3计）的去除效果，如图2、图3所示：图2硬度去除效果图3硬度去除率变化趋势从图2可以看到，高密度沉淀池进水硬度在485.7～1113.5mg/l（平均值796mg/l）之间变化时，出水硬度在192～785mg/l（平均值496mg/l）之间变化，平均去除率为41.2%；进水硬度波动剧烈，出水硬度变化较大。由图3可看出，硬度去除率在7.1%～72.1%之间变化，波动较大。结果表明，硬度的去除率大小与来水硬度的多少没有关系，即高密度沉淀池对硬度的去除效果不受进水浓度波动的影响；高密度沉淀池去除气化污水硬度有一定效果，但去除率不够稳定。原因是由于上游来水水质复杂，尤其含有一定的分散剂，干扰了Ca2+、Mg2+离子的沉淀；在时间上表现为，当来水含有分散剂时，系统硬度去除率很低，不足30%；在来水不含分散剂或很少时，硬度去除率很高，甚至可达到70%以上。工厂的实际运行情况也表明，在高密度沉淀池投用后，污水装置的结垢问题得到了一定程度的缓解，这与系统硬度的去除效果相适应，也进一步印证了污水中的硬度是造成结垢的原因。4.2对浊度的去除效果监测数据显示，进水浊度在24～450NTU之间，平均为95NTU，进水浊度不大；出水浊度在9.1～291NTU（平均为020040060080010001200161116212631日期总硬度mg/l进水总硬度mg/L出水总硬度mg/L0%10%20%30%40%50%60%70%80%161116212631日期硬度去除率安全环保242015年19期70NTU）范围，浊度去除效率较低，平均去除率只有16%。浊度去除率变化范围-280%～77%，波动较大，有时甚至出现出水浊度比进水高的情况。可以看出浊度的去除效果受外界因素影响较大。浊度去除率较低原因是来水间歇性夹带分散剂，导致钙、镁等离子的沉淀效果变差，而系统又在不断投加Ca(OH)2，污泥回流又进一步增大了水体浊度，由此出现了出水浊度比进水高的情况；另一方面，气化污水NH4+离子浓度较高（200～350mg/l），与絮凝剂聚合硫酸铁水解后产物Fe(OH)3发生反应，生成NH3H2O,破坏了絮凝剂的羟桥络合作用，起不到絮凝效果。气化来水不含分散剂，系统运行正常情况下，浊度去除率可达到77%。4.3对碱度的去除效果2014年5月份分析数据显示高密度沉淀池进水碱度范围在13mmol/l～32.7mmo