高效混凝沉淀技术在煤化工废水处理中的应用

2020-01-13徐爱斌豆斌斌

化工设计通讯 2020年9期

徐爱斌，豆斌斌

（新疆宣力环保能源有限公司，新疆哈密 839000）

煤化工废水主要来自煤炭高温馏化、煤气净化和化工产品精制等加工过程，一些煤化工企业将没有处理的废水或者处理不达标的废水排放，严重危害生态环境安全和周围居民生命健康，也造成了水资源的浪费，加剧了煤化工企业水资源短缺问题，这与可持续发展的战略是相违背的。以往处理技术主要依据的原理是将生物法中厌氧与好氧相结合，在实际应用的过程中存在一些弊端。高效混凝沉淀技术是在以往处理技术基础上进行的改进和优化，高效混凝沉淀技术采用了多种先进理论、工艺和设备，在实际应用中涵盖多种设备和工艺，实践证明高效混凝沉淀技术可以显著提升煤化工废水的处理效果，具有很好的应用和推广价值。

1 高效混凝沉淀技术的特点

1.1 高效混合性

高效混凝技术在处理废水时，在反应过程中驱动反应的动力来自亚微观扩散，亚微观扩散的传质过程需要克服较强的阻力，利用微涡旋的离心惯性效应可以有效解决其面临的阻力问题，利用微涡旋解决阻力问题需要微涡旋具备较高的强度和比例，亚微观扩散的速率才能获得提升。在高效混凝技术的作用下，混凝剂水解后产生的物质可以快速地扩散到水体中，确保水体中的胶体颗粒可以在最短时间内充分脱稳并凝聚，从而获得很好的絮凝效果，也能节省大量药剂。高效混凝技术因具有高强度的微涡旋性能，能够让混合变得高效和充分，这是静态混合工艺无法比拟的。

1.2 高效絮凝性

絮凝是废水处理过程的关键一环，絮凝效果直接决定了出水水质，以往絮凝技术是让废水在设备中静置20～30min，絮凝之后水体中还有很多絮凝不充分的小颗粒，絮凝效果并不理想。随着高效混凝沉淀技术的出现，新型的反应设备被应用于废水处理当中，絮凝效果得到了大幅度提升。高效混凝沉淀技术的絮凝动力来自湍流作用形成微小涡流，微小涡流产生离心惯性效应，借助该原理使得絮凝池中水体的湍流微涡旋强度和比例大大增强，此外，还可以在絮凝流动通道上提升湍流微涡旋比例，这种方式是通过增加颗粒相互碰撞次数来实现湍流微涡旋比例的提升，常见的方式是增设微涡折板或者多层小孔眼格网。高效混凝沉淀技术具有优异的絮凝性能，可以将反应时间缩短至5～10min。

1.3 高效沉淀性

传统废水处理工艺的设备设施体积规模很大，需要占据大面积的土地，出水水质不高且处理效率低。随着斜板沉淀池和斜管的出现使得沉淀效率有所改善，然而当废水处在低温低浊期和高浊期的时候沉淀效果很不理想，并且污泥堆积问题严重，导致出水水质恶化严重。经过实践验证，在传统沉淀理论中，较大颗粒的矾花会沉淀在斜管斜板之上，并和水体形成相对运动的状态，相对运动会在矾花颗粒后面形成很多小漩涡，大量的漩涡和相对运动会造成水体流动出现脉动现象，脉动现象对大矾花颗粒沉淀没有影响，会导致反应不充分的小颗粒沉淀物无法沉淀，进而对出水水质造成影响。高效混凝沉淀技术中的低脉动理论运用其独有的高效小间距复合斜板沉淀设备，可以很好地抑制传统沉淀理论中脉动现象，沉淀池的上升流速可以提高至2.5～3.5mm/s，彻底解决了排泥堵塞问题并且出水水质良好稳定。

2 高效混凝沉淀技术在煤化工废水处理方面的应用

2.1 活性砂滤池混凝沉淀工艺

活性砂滤池混凝沉淀工艺是一种集成化的高效混凝沉淀过滤技术，活性砂滤池混凝沉淀系统由数个活性砂混凝沉淀过滤单元组成，广泛应用于煤化工废水处理中。该系统的优点包括[1]：①投入低，该系统的集成程度高，可大幅度节约空间，建设投入比较低；②效率高，不用停机切换气动电动阀门和反冲洗，不用反冲洗水泵，可全天候连续过滤，不用冲洗阀门和水箱，也不用对水泵风机反冲洗，节约30%～40%的药剂；③进水水质范围宽，SS含量低于150mg/L的废水都可不经过预处理直接进水；④运维管理成本低，该系统无任何运转部件，因此故障发生率小，投入运行后运维管理成本低；⑤出水水质稳定，出水高效，出水水质均衡且稳定；⑥水头损失小，该系统的水头损失在0.5m～1.0m，显著低于其他滤池；⑦改扩建方便，该系统设计属于模块化，对已有处理设施改扩建时比较方便。

2.2 星型鳍型絮凝器

星型鳍型絮凝器是由改性聚氯乙烯材料制成的一种絮凝效率高、絮凝效果好、节能、美观、便于安装、耐盐腐蚀的高效混凝沉淀设备。星型鳍型絮凝器运用的是颗粒碰撞惯性效应和边界层分离理论的工作原理，隔板设置在与絮凝池中水体流向一致的位置，翼片设置在与水体流向垂直的位置。在水体流经时会有高频谱涡旋形成，粒子碰撞效率会得到有效提升，在絮凝器尾端能够形成易于沉淀且致密的明矾颗粒，星型鳍型絮凝器为水体中颗粒与药剂有效接触创造了充分的微观水动力环境[2]。星型鳍型絮凝器能够按照具体的絮凝要求和原水水垢、水质的不同对水体的水力流量和分级进行控制，从而对水体中微漩涡的形成、分布频率、分布密度进行控制，能够将絮凝效果控制在理想状态。星型鳍型絮凝器可以很好地对絮凝过程进行控制，对于一般废水絮凝沉淀效果完全可以达到处理要求，再难处理废水处理中也能取得较好的絮凝沉淀效果。

2.3 活性炭滤池工艺

活性炭过滤器的设计一般采用底部锥斗的形式，原水从下往上流经炭层，一边进水一边反冲洗炭层，反冲洗的强度和时间便于调节，活性炭过滤器对可溶性污染物具有很好的吸附效果。在设计活性炭过滤器时要特别重视停留时间的设计，因活性炭密度小易流失，应将负荷速率表面最大化[3]。活性炭过滤器可以广泛地用于包括煤化工废水在内的大部分污水处理中，随着活性炭过滤器的应用，在污水中内分泌物质处理方面需求比较旺盛，当活性炭吸附剂吸附饱和后清理出池体还可以进行再生，因此可以有效节约活性炭吸附剂的消耗。

2.4 反硝化深床滤池工艺

反硝化深床滤池工艺是一种将过滤功能和生物脱氮功能合二为一的污水处理工艺，主要用在污水处理厂改造提标方面，反硝化深床滤池的深床以形状和规格特殊的石英砂制成，深床对NO3-N和SS具有优良的去除效果。反硝化深床滤池主要由滤池布气系统、滤池滤料和承托层、滤池反冲洗系统、碳源投加系统、自动控制系统、仪表系统和驱氮系统七部分组成[4]。微生物膜效应将硝态氮转化为氮气，由于悬浮物不断被截留会造成一定的水头损失，需要利用反冲洗去除截留物，从而达到对污染物良好的去除效果。

2.5 翻板滤池工艺

翻板滤池工艺源自瑞士，翻板滤池原理简单、建设投入少、过滤效果好、截污量大，传入我国后被逐渐应用和推广。翻板阀滤池冲洗方式为闭阀冲洗，冲洗流程是：先气冲再气水联冲后单独水冲，不管哪种冲洗都不会往外排水，完成全部反冲洗流程后静止几分钟便可以排水，所以，翻板阀滤池不存在滤料流失问题。翻板滤池设计时也可以采取从底部进水，从上部出水的方式，该设计叫作反向过滤池[5]。在翻板滤池中顺着水体流向，颗粒滤料的粒径逐渐变细，使水体中悬浮物在滤床上的穿透深度增强，滤料层的纳污能力提升，滤料层水头损失缓解，滤池工作周期延长，过滤状态更加趋于理想化，因此被广泛应用在煤化工废水滤池新建和改造项目中。