絮凝过滤在石化废水深度处理中的应用研究

姬颖+王若

摘 要：对絮凝过滤的动力学演变和絮凝反应器的研究现状进行了讨论和分析，并以洛阳智达石化工程污水处理设备改造为例，对絮凝过滤在石化废水深度处理中的应用进行了研究。

关键词：絮凝过滤；废水深度处理；速度梯度；反应池

中图分类号：X703.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.108

常见的石化废水深度处理方法普遍存在基础投入多、运行成本高和维护保养工作不力等问题；而絮凝沉淀法作为一种新型的石化废水处理方法，具有成本低、工艺简单、设备基础投入较少和水质稳定等优势，在石化废水深度处理中的应用效果比较理想。

1 絮凝过滤

1.1 絮凝动力学演变

絮凝是指在适当的流体动力学条件下，混合流体中微小絮体凝聚生长到一定体积的过程。絮凝对废水处理工艺的改进会产生很大的影响，因此，这一概念一被提出，便受到了废水处理行业的重视。

絮凝动力学演变关注的是絮凝速度。对絮凝过程中的颗粒状态和生长行为进行研究发现，其主要变化形式是从大数量小粒径逐渐转变为小数量大粒径，以水中的颗粒物，比如矿物颗粒、无/有机物胶体、高分子、细菌、藻类等为研究对象，通常絮凝颗粒的粒径都超过了1 nm。早在20世纪初期，国外学者就开始了关于絮凝反应的研究。发展至今，随着现代物理、化学的不断进步和实验设备的不断更新，絮凝动力学在废水处理中的应用逐渐成为可能，且由定性研究逐渐转变为定量或半定量研究，已经出现了几种不同条件下絮凝颗粒运动碰撞的数学模型。另外，当前絮凝颗粒行为观测、数值模拟等相关技术也逐渐成熟，为絮凝设备设计和操作提供了一定的理论指导。

1.2 絮凝反应器

絮凝反应器是絮凝过滤的核心设备，主要以速度梯度理论和微涡旋理论为指导。根据絮凝动力学理论和流体在絮凝池中的运动形式，絮凝池又发展出水平/竖直流动池、旋流池、导流机构池等多个种类。

虽然絮凝反应器种类较多，但由于絮凝反应比较复杂，絮凝池水利条件、流体性质、混凝剂品种、混合过程等都会对絮凝反应的效果造成影响，再加上国内外至今仍没有成功建立定量反映絮凝过程的数学模型，给絮凝反应器的设计和工艺控制带来了很大的困难，这也是限制絮凝过滤在石油化工废水深度处理中应用的重要技术瓶颈。

2 絮凝过滤的具体应用

洛阳智达石化工程有限公司有四套联合污水处理装置，随着企业规模的不断扩大，用水量逐渐上升。为了响应国家节能减排的号召，该公司决定对污水处理设备进行污水再生改造，通过深度净化实现水资源的循环利用。

2.1 往复式絮凝反应器设计

2.1.1 速度梯度优化

根据絮凝动力学研究，絮凝过程要求流体流速逐渐减慢，因此，本次改造选择十段式速度梯度变化，保证在絮凝反应初期形成较大的速度梯度，加剧颗粒间的碰撞，便于颗粒长大。对于十段式沉降方式而言，其速度最小值较低，从而削弱了速度梯度变化造成的不利影响，且后期絮凝过程的流速低于其他形式的反应器，在给颗粒生长创造条件的同时也避免了颗粒破碎。

2.1.2 圆弧形拐角优化

传统的絮凝反应池矩形拐角位置可能成为死水区，造成絮体堆积，可能导致絮凝渠道堵塞，影响絮凝效果，给絮凝池维护管理工作造成了困扰。本次改造选择了圆弧形拐角，有效防止了转弯位置形成死水区，也避免了拐角位置水体的剧烈波动，降低了絮凝能耗。另外，圆弧形拐角还能够形成紊流，限制了漩涡的尺寸，在一定程度上加快了絮凝速度。

2.1.3 絮凝反应行为优化

高效絮凝反应器速度梯度值都是逐级下降的，并且在开始阶段，速度梯度值要能与混合阶段较好地衔接，因此，开始阶段的速度值一般较高。之后，随着絮凝反应的进行，絮凝颗粒尺寸逐渐增大。此时，反应过程要求进行接触碰撞。有效碰撞要求水力半径符合自身半径要求，随着搅拌强度的增大，颗粒之间相互接触的机会增加，但是较大的水力梯度会产生较大的水流剪切力，一些松散的絮凝颗粒将被冲散。因此，随着粒径的增加，为了保护絮凝体，流速应逐渐减缓，且下降梯度应符合絮凝反应的客观规律。

2.2 反应池设计

该絮凝过滤处理装置设计水量Q=20 000 m3/d，预计反应时间T=20 min，絮凝池体积V=277.8 m3，水深H=1.8 m，超高0.3 m。

反应池净平面面积的计算公式为：

F= . （1）

将相关数据代入式（1）可得，F=154.3 m2。

池子的长L= =18.2 m。廊道27条，水转弯26次，

池总长L1=18.2+0.1×26=20.8 m。

反应池为钢筋混凝土结构，水泥砂浆抹面，通过计算反应池单段总水头损失，可获得不同段水头损失和速度梯度。

2.3 试运行

试运行用水CODcr含量39 mg/L，磷含量2.4 mg/L，深度处理与回用水水质标准对这两者的最低要求分别为30 mg/L和0.5 mg/L。选择聚硅酸铝铁作为混凝剂，混合速度450 r/s，混合时间1 min，絮凝时间20 min，沉淀时间30 min。经过水质检测，处理之后的CODcr平均含量在19.8 mg/L左右，处理效率高出传统往复式絮凝反应池11%左右，说明该絮凝过滤装置深度处理石化废水效果比较理想。

3 结束语

絮凝过滤是一种先进的污水处理技术，有着工艺简单、设备投入少、净化效果稳定、维护方便的优势，在石化废水深度处理中的应用效果比较理想，能够实现废水的循环再利用，减少了污水排放量和用水总量，降低了石化生产的总成本。

参考文献

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[2]任博.石化废水深度处理及回用工艺研究[D].北京：北京交通大学，2011.

[3]卢磊，王曙光，王敏.絮凝过滤在石化废水深度处理中的应用研究[J].安徽大学学报（自然科学版），2011（04）.

[4]刘继凤.石化废水深度处理回用工艺设计[J].环境科学与管理，2012（02）.

〔编辑：刘晓芳〕