气浮技术在电厂净水站排泥水中的应用

2018-09-14李后森

中国资源综合利用 2018年8期

李后森，高歌

（铜山华润电力有限公司，江苏徐州 221142）

随着国家对环境保护的重视，火电厂排泥水处理的相关研究也逐渐增多[1-3]。大力推进火电厂净水零排放，不仅有利于降低电厂的取水量，降低电厂的处理成本，还会为企业带来良好的经济效益、环境效益和社会效益。

1 火电厂净水站排泥水的处理现状

铜山华润电力有限公司（2×1 000 MW）火电机组，原水预处理站内设6×1 000 m3/h平流式反应沉淀池设施（5用1备），300 m3/h重力式空气擦洗滤池3座（2用1备，包括一、二期化学补水约360 m3/h），综合泵房1座，1 000 m3污泥沉淀池1座，加药系统1套，浓缩污泥水泵房1座。净水系统反应沉淀池的排泥和重力式空气擦洗滤池的反冲洗水通过排泥沟进入污泥沉池，泥水的上清液回到反应沉淀池重复使用；污泥送至废水区域浓缩池。

图1 改造前的原水预处理流程

预处理产生的废水主要是平流反应沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗水，其排放方式为间歇式，其排泥水量一般为总产水量的4%～7%[4]。在实际运行中，平流反应沉淀池的排泥水质、水量会随取水源季节性变化，且含固率相对较高；空擦滤池反冲洗排泥水的水量变化幅度较小，含固率较低，运行中排水较少。

电厂污泥沉淀池用于收集平流反应沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水。有研究表明，滤池反冲洗水的含固率在0.02%～0.05%，沉淀池排泥水的含固率在0.1%～2.0%。两者混合处理，由于滤池冲洗废水为冲击流量，其含固率较低，短时流量大，使得沉淀池排泥水稀释，污泥沉淀池停留时间减少，不利于污泥浓缩。

净水系统长期运行后也暴露出一些问题，主要表现为：污泥沉淀池第一沉淀区中污泥沉淀在前端，无法通过底部坡度自流入泥坑，而长时间的累积导致过流截面变小，流量减小；污泥沉淀池污泥沉淀效果不理想，泥水分离效果差，上清液浊度高，回流到反应沉淀池后导致反应沉淀池出水水质差。

2 工程改造方案以及实际的效果

污泥沉淀池主要接受平流反应沉淀池的排泥水，其排泥水悬浮物高，含有大量的杂质。排泥水为间歇排放方式，按照实际运行情况测得平均排泥水量大约为35 m3/h。由于设计时考虑污水的零排放，其浓缩池上清液以80 m3/h量回流到沉淀池进水口。原建1 000 m3污泥沉淀池设计尺寸为26.5 m×10.0 m×5.0 m，底部设计坡度为0.01。长时间运行后发现，其沉淀池沉淀效果不理想，其第三廊道上清液取水口泥线随运行时间逐渐升高，一旦超过泵取水口后出水水质会立即变差，达到3 000～6 000 NTU。同时，沉淀池上清液回流到平流反应沉淀池的入口，其3 000～6 000 NTU高浊度污水水质远远劣于河道取水的水质，使得化学沉淀池负荷加重，影响其出水水质，增大化学沉淀池排泥量，造成严重的恶性循环。针对原水预处理出现的问题，本项目采取了以下解决方案，如图2所示。

图2 改造后原水预处理工艺流程

2.1 新增桁车式吸泥机

污泥沉淀池设计为平流沉淀池，桁车式吸泥机在平流沉淀池的排泥上有着运行管理、维护方便的优势[5]。故在污泥沉淀池第一、二廊道，增加一台桁车式吸泥机，通过两台20 m3/h的离心自吸泵在两台同步电机的带动下以1.2 m/min的前进速度来回吸泥，启停间隔设置时间为30 min。在池壁外设置坡度0.01的排泥槽，直接排入污泥沉淀池积泥坑。

吸泥机能有效解决平流沉淀池设计不合理的缺陷，能将池底积泥有效排入积泥坑，避免在排泥水处理过程中池体泥线增长过快。

预处理取水口采用敞开式河道取水方式，在取水过程中难免会有水生动植物、塑料垃圾等进入处理系统，致使大颗粒杂质堵塞进水管路，造成设备难以发挥作用。在桁车式吸泥机的设计过程中，该系统充分考虑水体环境带来的影响。电厂排泥水体中含有大量的大颗粒固体等杂物，泵采用潜污泵，管道阀门设置较少，有效地避免频繁灌水和减少管道堵塞的可能，减少实际运行管理麻烦。

2.2 新增高效溶气气浮

19 世纪末，压力溶气气浮工艺最早用于采矿工业，20世纪20年代开始用于水处理领域。随后，压力溶气气浮工艺不仅广泛用于工业水处理中，也被应用于城市污水处理厂的污水处理以及污泥浓缩等领域，但其在排泥水处理中的研究较少[2]。但由于排泥水的特殊性，其主要含有胶体颗粒、泥沙、藻类和细菌等，相较城市污水处理厂的剩余污泥，因泥沙量大，其较污水处理厂的剩余污泥重，处理难度较大。

溶气气浮较细碎空气气浮而言，其具有更小的气泡直径，与絮体颗粒有更好的结合性，避免因上升过快而撞碎絮体，影响气浮出水水质。该气浮设备的溶气喷嘴和释放喷嘴设计先进，溶气效率高达95%，其只需要较小的回流量（10%～15%），就能达到良好的处理效果。同时采用双层结构，占地面积更小。气浮主体采用圆形塔式结构，设置两个同轴的圆筒，内筒为接触区，外筒和内筒之间的区域为分离区，布水均匀不会偏流，单台处理量可高达1 500 m3/h。同时，浮渣清理采用中心旋转吸渣的形式，利用排渣泵进口为负压的特点，吸渣具有对水质扰动小的特点，避免浮渣反混，影响出水水质。

为解决污泥沉淀池沉淀效果不理想、上清液浊度高的问题，该项目采用一套处理量为100 m3/h的加压溶气气浮装置用于污泥沉淀池上清液的回收处理。在其上清液排水泵的出口设置支路，利用旧有的250 m3/h的排水泵作为气浮进水提升泵。由于其排水泵为工频泵，流量无法调节，设置回流管至提升泵取水口。

此种设计会有150 m3/h的回流水在沉淀池中回流，影响污泥沉淀池的沉淀效果，对其上清液浊度会有一定的影响。在实际的运行过程中，气浮进水的浊度为80～6 000 NTU，其进水水质波动较大，加剧了气浮池的处理负荷。该项目的高效溶气气浮设计参数如表1所示。

表1 净水站气浮设计参数

运行期间发现，当净水站的脱泥系统运行良好，吸泥机和脱水的运行状态配合良好时，污泥沉淀池上清液在加药并混合后的浊度能够控制在80～200 NTU，这时气浮进水浊度较好，水质透明度较好。此时控制PAM（聚丙烯酰胺）的投加量为3 mg/L，PAC（聚合氯化铝）的投加量从0～5 mg/L逐渐增加，气浮出水浊度变化从33.5 NTU降到16 NTU，出水澄清。从数据可以看出，在来水水质良好且稳定的情况下，适当增加PAC的含量能有效降低出水的浊度。

当净水站运行调整不当，物质恒算不匹配时，污泥沉淀池会出现积泥的情况，使得污泥沉淀池泥线逐渐升高。当泥线达到气浮提升泵的取水口时，进水水质会在1 h内从100 NTU突然增大到6 000 NTU，使得气浮的负荷增大。这样会导致气固比降低至设计底线，难以形成稳定的浮渣层，致使浮渣下沉，影响出水的浊度。同时会使得溶气回流水颗粒物增加，溶气效果差。最终对气浮效果造成恶性循环，气浮池难以实现原有效果。运行表明，气浮效果影响因素的主次排序为：固体负荷＞容器水回流量＞溶气压力＞排泥间隔时间＞空气量[6]。此时，适当降低气浮的固体负荷和水力负荷能够稳定出水水质，所以运行调整也非常重要。