浅析高密池对循环水中硬度去除过程分析

＊李艳芳

（内蒙古多伦县生态环境监测站 内蒙古 027300）

高密池沉淀池是一种紧凑、高效、灵活的新型污水处理工艺，是由法国得利满公司开发出的一项先进专利澄清技术。高密池从整体结构看，由前混池、絮凝沉淀池、预沉浓缩池组成。前混池分为快速搅拌区和无搅拌区，快速搅拌区由可调速叶轮控制加药后混合水的搅拌速度；
无搅拌区可使矾花增大，密实均匀，絮凝沉淀池中污水在助凝剂和回流污泥的作用下，形成高浓度泥层来增加颗粒碰撞机会，有效吸附胶体、悬浮物、乳化油、COD及金属离子等[1]。

工作原理为：依靠投加石灰降低系统进水碱度及镁硬，投加碳酸钠去除进水钙硬，投加聚铁及PAM去除水中浊度，投加硫酸调节出水pH值。高密池由石灰混合池、混凝及纯碱混合池、絮凝反应池、斜管沉淀池、集水渠、后混合池、调节池组成。

循环水处理工艺主要分为自然pH运行工艺和加酸调pH工艺两种，目前国内外对于硬度高的循环水，普遍采用加酸的处理方式以抑制结垢，Ca（以CaCO3计）质量浓度一般小于1200mg/L，有些可以达到1500mg/L，但随着循环水系统的补充水硬度不断升高，许多补水浓缩5倍后Ca2+质量浓度超过了1500mg/L，因此亟待开发Ca2+质量浓度超过1500mg/L的水处理工艺和配方，以抑制循环水的结垢和腐蚀问题[2]。根据某公司实际水质，将调试过程分为三个阶段：第一阶段，较高硬度水，来水Ca2+＞1000mg/L，Mg2+＞200mg/L；
第二阶段，正常水质，Ca2+＜1000mg/L，Mg2+＜200mg/L；
第三阶段，采用氢氧化钠与石灰混配调整pH值，对比药剂的消耗变化以及对系统的影响。

(1)高密池对较高硬度废水的处理

图1 高密池硬度的去除效果1

高密池进水为循环水，水质体现当时循环水的整体水质状况，循环水初期电导高达15000uS/cm，Ca2+接近2000mg/L，Mg2+离子接近1000mg/L，水质较为恶劣。高密池采用石灰-纯碱法去除水中硬度，调试初期采用投加Ca(OH)2对高密池pH值进行调节，由于调整问题，8月19日至9月22日pH值变化非常大，在8.1～11.11之间波动，Ca(OH)2加药泵加药量随之变化，在1.8～4.2m3/h之间波动，Na2CO3加药基本维持稳定，从4.2～3.15m3/h呈缓慢下降阶段。虽然调整存在较大的波动，但Ca2+、Mg2+离子均取得了较好的去除效果，循环水Ca2+从2000mg/L降低至1000mg/L，Mg2+离子从1000mg/L降低至550mg/L。

由于调试过程中Ca(OH)2加药不稳定问题造成pH值波动，导致产水Ca2+、Mg2+离子呈现巨大波动，较好时去除率可以达到96%以上，差时去除率仅为53%；
产水Ca2+最低到44mg/L，最高达453mg/L，波动较大；
产水Mg2+最低到50mg/L，最高达276mg/L，平均维持在200mg/L左右。从图2中可以明显看出pH值波动对去除率产生较大影响，随着硬度的降低影响越大。说明较高硬度的水质可以较容易的处理到一定硬度水平。

图2 硬度的去除率与pH值的关联性

(2)高密池对较低硬度废水的处理

随着调试的进行，明确了pH值对系统的影响，9月22日至9月29日将pH值目标值控制在10.5，Ca2+、Mg2+离子均取得较好的去除效果，产水Ca2+从280mg/L降至120mg/L；
产水Mg2+从218mg/L降至32mg/L。随后，由于Mg2+降低，去除重点集中在Ca2+，为了节省药剂，依据图2理论，将pH调至9.5，仅去除Ca2+离子，但从图3中可以明显看出Ca2+离子没有得到有效去除反而呈上升趋势，至10月2日上升至491mg/L，未取得预计效果，对比加药量变化，Ca(OH)2从3.5m3/h上升至7m3/h，但Na2CO3仅从3.15m3/h提升至4.38m3/h，判断造成产水Ca2+离子上升的又一原因为Ca(OH)2投加过量。10月2日恢复pH至10.5，在Ca(OH)2保持不变的前提下，通过大量投加碳酸钠的方式，确保水中Ca2+离子去除，此过程中Ca2+离子由491mg/L降至124mg/L，Mg2+离子由于进水含量低，产水保持在100mg/L以下。此控制过程体现出Ca2+过多，碱度不足的正硬度水体，石灰-纯碱法对硬度去除非常困难，提pH值引入Ca2+离子增加，对碳酸钠需求量增大，不提Ca(OH)2无法保证Ca2+离子去除所需的pH值。

图3 高密池对硬度的去除效果2

10月12日至20日，以及降低外部引入Ca2+，节省药剂，将pH控制为10，产水Ca2+离子由124mg/L再一次上升至365mg/L。调整过程为，随着水量变化将Na2CO3投加量下调至2.45m3/h，Ca(OH)2投加量保持不变，初步判断，Na2CO3投加量不足，造成产水Ca2+离子上升。10月20日至10月28日，将Na2CO3投加量提至3.85m3/h，石灰加药量在2～7m3/h之间波动，pH目标值10，产水Ca2+离子保持在100～150mg/L之间，维持稳定，产水Mg2+离子有所上升，100～120mg/L。对比此前操作，说明水中必须保持有足够的碳酸钠，稳定的pH，Ca2+离子才能得到有效的去除，且pH降低对Mg2+离子去除产生不利影响。

(3)氢氧化钠的投加对系统的影响

①高密池对硬度的去除

10月29日至11月05日，进水量保持在350m3/h，pH目标值10.2，Ca(OH)2加药量在2～4m3/h之间，Na2CO3投加量3.5m3/h，NaOH投加量80L/h，产水Ca2+离子从100mg/L缓慢上升至250mg/L，Mg2+维持在72mg/L至134mg/L之间波动。

11月05日至11月24日，进水量保持在350m3/h，pH目标值10.5～11，Ca(OH)2加药量在2～5.6m3/h之间，Na2CO3投加量维持3.5m3/h，NaOH投加量从80L/h最高提升至300L/h，产水Ca2+离子从98～400mg/L之间波动，当pH提至11时，产水Ca2+离子在100mg/L左右，Mg2+离子维持在70mg/L之下，取得最好的去除效果。

图4 高密池对硬度的去除效果3

鉴于采用Ca(OH)2追踪pH，不但Ca(OH)2加药量波动大，且pH不稳定，于11月25日开始采用固定Ca(OH)2与Na2CO3的调整方式，采用NaOH微调pH值，至12月10日，进水300m3/h，pH值基本可以控制在10.5～11之间，石灰加药量在3.26m3/h、3.16m3/h、4.06m3/h分布提升，碳酸钠投加量维持3.16m3/h、3.5m3/h、2.44m3/h、1.9m3/h分步调整，氢氧化钠15～230l/h，产水Ca2+离子在50～130mg/L之间，Mg2+维持在100mg/L之下，效果良好。

12月11日至12月17日，受来水冲击，产水Ca2+、Mg2+离子整体上涨，在保持石灰加药量与pH值不变的前提下，略提升碳酸钠的加药量，至16日产水Ca2+小于100mg/（L）之间，Mg2+降至150mg/L左右。

增加NaOH投加，可以利用较少的Ca(OH)2将系统pH提高至10.5以上，利于系统对Ca2+离子、Mg2+离子的去除，尤其Mg2+离子。

②对石灰加药量的影响

截取为投加NaOH稳定工况，10月22日至10月30日共计9天，处理水量平均350m3/h，pH目标值10，Ca(OH)2投加量共计48.3t。

投加NaOH稳定工况，11月20日至11月28日共计9天，处理水量平均350m3/h，pH目标值10.5，Ca(OH)2投加量共计16.8t，减少31.6t，增加氢氧化钠投加量40.2t，但pH提高10.5，由于Ca(OH)2微溶于水增加投加量的同时产泥量大大增加。

（1）针对初期Ca2+、Mg2+离子较高、碱度相对充足的循环水，且去除率要求较为宽松的条件，采用石灰-纯碱法的高密池可取得较好的处理效果，去除效果与pH关联密切。

（2）随着循环水中Ca2+、Mg2+离子、碱度的降低，采用石灰-纯碱法的高密池，处理过程中预防正硬度水的出现，此时Ca(OH)2消耗与pH、水量关系紧密，与水中的Ca2+浓度关系不大，与计算投加量偏差关系大。

（3）正硬度水，硬度高时，较低的pH值也能取得一定的去除效果，但随着硬度的下降，必须控制在10.5以上。

（4）正硬度水的硬度去除至一定程度时，将产生需要高pH值控制条件，但需要消耗更多的Ca(OH)2，同时引入的Ca2+需要消耗更多的Na2CO3，这一矛盾，建议结合NaOH的投加。

（5）硬度去除调整过程需注意，优先Ca(OH)2与Na2CO3保持固定配比投加，采用NaOH调整pH值，而不是采用Ca(OH)2调节pH值，可以节省大量的药剂，并且保证出水水质稳定。

（6）文中未体现的PAM投加，必须保证，可以有效防止澄清池污泥膨胀发生；
石灰石可以促进絮凝反应，当澄清池产水浊度上升时可以适当提高石灰的投加量。

综上所述，初期采用石灰-纯碱法的高密池可取得较好的处理效果，中间随着循环水中Ca2+、Mg2+离子、碱度的降低，用采用石灰-纯碱法的高密池的方法处理，采用此方法具有污泥可直接脱水处理以及SS去除率达高的优点；
同时具有机械设备多，能耗大，运行管理复杂，施工难度较大，投资总体较高的缺点。结合实际运行效果，本文着重结合高密池絮凝沉降功能对循环水恶劣水质条件下水质改善的贡献，以及高密池+多介质过滤器作为双膜的预处理单元运行效果进行简要概述。