高密度沉淀池在废水化学除硬中的研究与应用
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摘 要：该文讲述了高密度沉淀池的结构组成、化学除硬工艺原理、工艺过程控制，总结了生产运行过程和维护要点，其集成混凝、絮凝、化学反应、沉淀、pH调节于一体，可以实现化学除硬、化学降硅、物理沉淀、降低浊度，具有化学除硬效率高、出水水质稳定、药剂消耗量低、土建结构紧凑、占地面积小、自动化程度高，被广泛应用于双膜预处理工段，作为零排放废水处理不可或缺的工艺选择。
关键词：高密池 石灰软化 化学除硬
中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（a）-0056-02
高密度沉淀池（以下简称高密池）是一种基于斜管沉淀和污泥回流技术的新型澄清池，将多种药剂投加、污泥回流、机械混合、机械絮凝、接触絮凝、高效沉淀、污泥浓缩等功能有机结合在一起，实现了相互协调、高效处理的功能[1]。高密池具有占地面积小，设备紧凑、机械自动化程度高等优点，被国内广泛应用于化学除硬、化学除硅、降低碱度等，作为超滤、反渗透预处理工艺路线。
1 组成部分
一般高密度沉淀池将池体分为4～5格，分别为混凝池、石灰投加池、苏打反应池、絮凝池、斜管沉淀池组成。附属机泵设施包括搅拌器、刮泥机、污泥循环泵、污泥排放泵、脱泥机，个别还设置撇渣器。分析及常规仪表包括：pH计、泥位计、流量计等。还包括混凝剂、石灰、液碱、絮凝剂、碳酸钠等药剂制备系统。混凝剂多选用聚合硫酸铁（PFS）和聚合氯化铝（PAC），絮凝剂多采用阴离子聚丙烯酰胺（PAM）。
2 化学除硬工艺原理
硬度在水中的表现形式多数为Ca2+和Mg2+，碱度在水中的表现形式一般为HCO3-。高密池除硬工艺可以有效降低Ca2+、Mg2+、HCO3-，出水一般采用硫酸回调pH至6.5～8.2。
2.1 石灰软化法
当碱度大于硬度，即暂时性硬度。采用石灰除硬法即可，化学方程式为：
Ca2++2HCO3-+Ca（OH）2===CaCO3↓
Mg2++2HCO3-+2Ca（OH）2===CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2H2O
此法产生污泥密实、沉降性能好，可有效降低出水电导，通常采用浓硫酸回调pH。
2.2 石灰纯碱法
当硬度大于碱度，即永久性硬度。一般采用石灰纯碱法，化学方程式为：
Ca2++2HCO3-+Ca（OH）2===CaCO3↓
Ca2++Na2CO3===CaCO3↓+2Na+
Mg2++Na2CO3+Ca（OH）2===CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2Na+
2.3 石灰液碱法
为了减少污泥的产生量、减少脱泥机压力;降低石灰、碳酸钠制备的压力，部分工艺专利商采用石灰液碱法，其化学方程式为：
Ca2++2HCO3-+Ca（OH）2===CaCO3↓
Mg2++2NaOH===Mg（OH）2↓+2Na+
3 工艺过程控制
3.1 污泥回流比
污泥回流有助于未反应充分的絮凝剂继续参与絮凝反应，有助于絮体变大，加速污泥沉淀。一般要求污泥回流比为进水量的3%～7%。当污泥沉降性能差，污泥絮体较小时，可以通过减少污泥回流比，提高底部污泥浓度进而改变沉降性能。
3.2 泥位的确定
泥位偏低会造成污泥回流清水，絮凝效果差;泥位偏高，会造成刮泥机超负荷运行，电机或转耙等部件损坏。
可以通过泥位计或污泥取样口确定。泥位计一般采用超声波泥位计，安装位置选择在泥水分界面清澈的位置，泥位计是准确的。当絮凝、沉淀效果差，泥位计显示数值偏大。污泥取样口自下而上布置，分别编号1、2、3、4、5，取样口距离池底间隔0m、0.5m、1m、2m、3m，要求2号取样口近似清水为佳，也就是泥位计0.5m为佳。
3.3 混凝剂和絮凝剂的量
当来水浊度很低，可以不投加或间断投加混凝剂。当来水浊度较高需要投加混凝剂，将胶体混凝成悬浮物;絮凝剂将悬浮物继续架桥、网捕，絮凝成絮体，加速沉淀。两者的投加剂量可以通过烧杯试验确定。石灰与碱度反应生成碳酸钙，而碳酸钙的表现形式就是悬浮物。絮凝剂在高pH的条件下利于水解、絮凝作用。
3.4 石灰投加量
高密池运行过程中，会出现石灰投加过量，导致出水Ca2+超标。采用斜管出水检测全碱度和酚酞碱度，来判断石灰投加过量与否，一般要求两者差值在100～300mg/L之间为宜。
当全碱度浓度约等于酚酞碱度浓度时，Ca2+浓度偏高，判定为石灰投加过量或碱度不足，需要投加碳酸钠;当全碱度浓度大于酚酞碱度浓度时，Ca2+浓度偏高，判定为石灰投加量不足。
3.5 pH的控制
为了保证Mg2+的去除效率，需要将pH调整到10.8～11.3。根据沉淀容积常数，在高的OH-浓度下，方程式向右进行，有利于提高Mg2+的去除率。
Mg2++2OH-===Mg（OH）2↓
4 日常维护与运行
（1）斜管需要定期冲洗，3个月冲洗一次。将斜管翻泥及出水三角堰的垢，有利于斜管均衡补水，防止局部积泥、飘泥，导致斜管压塌。
（2）搅拌器的扇叶要定期清理，特别是石灰投加池。投加点，石灰与碳酸氢根反应生成碳酸钙垢，在搅拌作用及水压下，搅拌器叶片上的垢样会越来越坚硬、密实。3个叶片形成球状，失去搅拌作用，造成石灰反应不充分;攪拌器负载加大，电机及减速器轴承损坏。
（3）在线pH计，由于高密池污泥浓度较高，会导致pH计探头结垢，需要每10天清理一次，防止数据不准确造成酸碱浪费。
（4）刮泥机底部刮板高度、间隙要定期检查，防止刮板损坏。一旦损坏，需要将整个池体进行放空交出。如果有积泥，刮泥机压死，交出难度更大。
（5）高密池存在死泥区，特别是中心导流筒位置，需要每年交出清理。中心管污泥结垢后，会导致前后液位高差增大，过水量不足，需要每年高压清洗一次。
5 结语
高密池占地面积小、结构紧凑、自动化程度高，可以降低水中的TDS，除硬降硅，被广泛应用于石化、煤制油化工、矿井水等行业，作为超滤、反渗透的预处理设施，出水浊度可以控制到<1NTU，一级出水硬度控制到250mg/L以下，浓水高密可以控制出水硬度在100mg/L以下，除硬效率达到60%～95%，除硅效率达到30%～50%，作为废水零排放不可或缺的工艺选择。
参考文献
[1] 许嘉炯，郑毓佩，沈裘昌，等.新型中置式高密度沉淀池的开发与应用[J].给水排水，2007，33（5）：19-24.
[2] 喻江，王诗琴.高密度沉淀池在600MW燃煤机组水处理中的应用与分析[J].清洗世界，2018，34（8）：6-8，15.
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