机械加速澄清池性能提升及运行优化

曹迎军

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司， 内蒙古 赤峰 025350）

机械加速澄清池是集混合、 反应以及分离过程于一体的水处理构筑物， 具有单位面积产水量大，处理效率高的优点， 但其操作控制较为复杂， 出水水质不稳定， 能耗较高， 实际运行过程存在问题较多。

某项目采用机械加速澄清池＋变孔隙滤池作为膜浓缩系统的预处理工艺， 对混合高盐有机废水进行软化除浊处理， 满足后续超滤装置进水要求。

对于膜处理装置而言， 其预处理系统的运行效果至关重要， 是影响膜装置处理能力和运行周期的重要因素， 也是影响膜元件使用寿命的间接因素。

1.1 处理工艺及装置参数

本系统来水主要包括中水回用反渗透浓水、 浊循环水排污水以及预处理脱泥机滤液， 设计处理能力为300 m3／h， 综合废水具有高含盐、 高有机物、高浊度、 低硬度的特点， 水质成分较为复杂。

该系统对废水进行逐级浓缩减量化处理， 产水根据水质分级回用， 最终浓水利用多效蒸发实现零排放处理。

预处理采用“机械加速澄清池＋变孔隙滤池”工艺， 工艺流程见图1 所示。

其中机械加速澄清池设计2 座， 单座设计流量为200 m3／h， 规格为φ12.4 m×5.5 m， 钢筋混凝土结构， 池壁防腐；

提升搅拌机直径为2 m， 功率为3 kW， 搅拌机转速变频控制；

刮泥机功率为0.75 kW（水下部分采用不锈钢材质）；

设有碳酸钠、 氢氧化钠、 盐酸、 PAC 和PAM加药系统及各区取样管线；

排泥根据实际情况控制。

图1 预处理工艺流程Fig. 1 Process flow of pretreatment

机械加速澄清池工作原理如下：
废水进入机械加速澄清池内， 首先投加碳酸钠和氢氧化钠调节pH 值至10.2 左右， 利于原水中硬度的去除， 同时投加混凝剂。

原水在池中由下向上流动， 原水中的悬浮颗粒与混凝剂作用形成微小絮凝体， 然后在第一絮凝室和第二絮凝室内与高浓度的回流泥渣相接触， 吸附在泥渣颗粒表面而被迅速除去， 澄清废水。

为了充分发挥泥渣接触絮凝作用， 该装置利用机械力提升泥渣在池内循环流动， 使大量泥渣回流， 增加颗粒间的相互碰撞聚结几率， 聚结成大而重的絮凝体在分离室内进行泥水分离， 经过分离后的清水上升， 经集水槽流出， 沉下的泥渣部分再回流与加药原水发生机械混合反应， 部分则经浓缩后定期排放。

出水口设置了酸投加装置， 将出水pH值调节至7.3 左右。

1.2 进出水水质指标

机械加速澄清池进水要求浊度小于20 NTU，TDS 质量浓度小于6 500 mg／L， COD 质量浓度小于300 mg／L， 出水要求浊度小于10 NTU， 钙离子质量浓度小于70 mg／L， 镁离子质量浓度小于20 mg／L， 以满足后续超滤装置进水要求。

机械加速澄清池设计与实际进出水指标见表1， 其中出水COD 指标由于受出水高浊度影响， 实际指标很高。

表1 机械加速澄清池进出水水质Tab. 1 Influent and effluent water quality of mechanically accelerated clarification tank

1.3 存在的问题

本系统于2013 年投运以来， 预处理出水浊度、COD 长期超标， 且含有大量悬浮物， 导致后续超滤装置无法正常运行， 严重制约该装置的处理负荷和膜系统的安全稳定运行［1］， 具体存在问题如下：

（1） 进水含有大量的难降解有机物， 进水浊度、 COD 指标均较高， 导致后续超滤装置污堵较快， 进水压力较高， 严重制约处理负荷。

（2） 由于部分进水指标不满足设计要求， 机械加速澄清池处理水量达不到设计水量， 仅为设计水量的60%～70%。

（3） 机械加速澄清池排泥量大， 脱泥系统满足不了生产运行， 导致排泥不畅， 系统恶性循环， 出水指标进一步恶化。

（4） 进水碱度很高， 钙镁离子浓度较低， 按照原设计软化除浊方案运行， 导致酸、 碱耗量很高，运行成本大幅增加。

2.1 泥水分离区增加斜管填料

对现有机械加速澄清池进行改造， 在清水区增加蜂窝斜管填料， 增大沉淀面积， 提高沉淀效果，避免清水区短流， 不仅可以降低出水浊度， 使出水水质稳定， 有利于后续超滤膜装置的运行， 而且可以在现有的基础上进一步降低药剂投加量［2-4］。

原设计机械加速澄清池为圆形， 分离室外径为12.400 m， 分离室内径为2.673 m， 需要增加蜂窝斜管填料面积约为230 m2（每个池子约115 m2）， 的蜂窝斜管， 填料规格：
垂直高度为1.0 m， 倾角为60°，材料厚度为1.0 mm， 蜂窝斜管内切圆直径为50 mm。

预计投资费用约25 万元， 包括支架材料费用和斜管填料费用。

改造后机械加速澄清池结构示意见图2。

图2 改造后机械加速澄清池结构示意Fig. 2 Structure of mechanically accerated clarifier after reconstruction

2.2 药剂投加种类和浓度优化

（1） 本系统实际来水中钙、 镁离子浓度低， 且碱度高， 预处理进行软化时消耗大量的酸碱， 硬度去除效果较差。

通过对进水水质指标、 药剂实际消耗情况、 后续膜装置的运行情况进行综合分析后， 做出优化调整， 不在此装置去除碱度和硬度，仅考虑降低浊度和去除有机物， 最终在蒸发装置对碱度和硬度进行控制和脱除。

因此， 取消投加碳酸钠、 酸、 碱， 以降低药剂消耗， 减少污泥产生量， 确保机械加速澄清池及时有效排泥， 降低装置运行成本［5］。

（2） 通过对来水进行烧杯试验， 重新确定PAC、 PAM 最佳投加量， PAC 投加量由80 mg／L 降至48 mg／L， PAM 投加量由5 mg／L 降至2 mg／L，在保证出水达标的前提下， 不仅减少了药剂消耗，而且有效缓解了过量投加药剂对膜系统的影响。

2.3 加药点的优化

原设计PAC 投加在进水管的管道混合器上，PAM 在第二絮凝室底部， 通过隔膜式计量泵投加。实际运行过程中发现， 无法有效判断加药量， 也无法有效监管加药量是否满足要求等， 只能通过冲程控制， 且药剂混合情况不好， 受处理水量影响较大。

通过对加药点进行优化， 将PAC 加药点改至各池配水渠入口处， 利用水流湍流和后续管道混合器提高混合效果， 巡检可以直观判断出药情况；

对PAM 加药管线增加旁路导淋和聚乙烯白管短节，便于检查出药情况和加药量［6-7］。

2.4 运行控制方式优化

结合混凝原理和机械加速澄清池沉降比进行控制优化［8-9］， 具体情况如下：

（1） 每4 h 对第一絮凝室和泥水分离室下部进行取样分析， 检测SV30， 观察矾花情况和沉降过程， 进而判断絮凝效果和沉淀效果， 指导排泥和加药调整。

（2） 每2 h 取样观察出水情况， 检查加药系统出药情况。

以便及时采取措施进行调整， 确保出水指标稳定。

（3） 按照底部泥斗设计容积控制底部排泥时间间隔不超过4 h， 排泥量结合第一絮凝室SV30指标进行排泥， 确保SV30低于30%。

（4） 侧部排泥要求SV30在5%～15%之间。

泥水分离区SV30＞15%时， 侧排排泥， 降低提升搅拌机运行频率；

泥水分离区SV30小于5%时， 加大提升搅拌机运行频率， 增加泥渣循环量。

3.1 运行效果

通过技术改造和优化运行， 不仅机械加速澄清池处理水量达到设计要求， 且出水指标明显改善（见表2）， 超滤进水浊度降至5 NTU 以内， 后续膜装置的污堵情况大幅减缓， 装置处理负荷提升46%， 超滤清洗周期从原来的2 ～3 d 增加至7 ～10 d， 反渗透清洗周期延长至10 ～15 d， 预处理排泥量大幅减少， 装置污泥外运量减少60% 以上， 有效确保了浓水的处理， 为整个系统的水平衡、 盐平衡奠定基础， 也为废水处理系统实现近零排放提供有效保障。

表2 优化前后出水水质Tab. 2 Effluent water quality before and after optimization

3.2 节能降耗

优化改造前机械加速澄清池药剂消耗为0.543 8元／t［水］， 通过改造增加斜管和优化运行后药剂消耗为0.128 2 元／t［水］， 药剂消耗降低0.415 6 元／t［水］， 每年节约药剂费用约100 万元。

本项目机械加速澄清池通过增设斜管填料、 调整加药点位置和加药量、 调整运行控制方式， 废水处理效果得到明显提高， 运行成本大幅降低， 解决了长期出水浊度高、药耗高、 泥量大等问题， 达到了预期目标， 为后续膜处理装置的安全、 稳定、经济运行创造了有利条件。

机械加速澄清池的运行更应注重日常维护和监测， 及时采取合理应对措施，是确保其安全稳定运行的重要环节， 本项目中所采用的优化和控制方法具有很好的推广应用价值。