HRC型接触澄清池优化运行研究

张彦 ，魏彬 ，刘芳

（1.鞍钢股份有限公司能源管控中心，辽宁 鞍山 114011；2.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009）

澄清池是集混凝、反应、沉淀于一体的净水构筑物，是给排水处理中最常见的水处理设施之一。机械搅拌澄清池具有处理效率高、适应性强，且对处理高浊度水有一定适应性等优点，应用非常广泛。进口HRC型接触澄清池属于机械搅拌澄清池，其结构形式独特，相较于国内机械澄清池，处理效率高、运行操作简单，虽已推行多年，至今仍属于行业内先进澄清池。鞍钢于1999年新建西大沟污水处理系统时引入了进口HRC型接触澄清池，本文针对此系统在运行中出现的出水水质不稳定问题，分析了影响其运行的关键因素，并开展了优化试验。

1 HRC型接触澄清池处理技术

1.1 工艺简介

鞍钢西部污水处理厂主要处理鞍钢厂区内大部分工业废水和生活污水，设计日处理能力22万t，主要采用“机械格栅+一次沉淀池+二次澄清池+移动罩滤池”的预处理工艺，处理后出水浊度≤20 NTU、油≤5 mg/L，可达到工业净环水水质标准，进行生产回用。其中，二次澄清池为进口HRC型接触澄清池，共4座，主要进一步去除悬浮物，池内径40 m，有效水深6 m，每座澄清池处理能力55 000 m3/d，絮凝反应时间为20 min，总停留时间为2 h，刮泥装置为中心传动HRC型进口设备。

1.2 工作原理

HRC型接触澄清池是将接触絮凝与沉淀两个过程集于一个构筑物中完成的特殊形式的设施，其基本原理是接触絮凝，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的［1］。原水在澄清池中自下向上流动，澄清池中有一层呈悬浮状态的泥渣，泥渣层由于重力作用在上升水流中处于动态平衡状态，当原水中的悬浮颗粒与混凝剂作用而形成的微小絮凝体随水流通过泥渣层时，在运动中与泥渣层中相对较大的泥渣接触碰撞就会被吸附在泥渣颗粒表面而被迅速除去，使水澄清，清水经由澄清池上部的清水槽收集排出［2］。因此，保持泥渣区悬浮状态、浓度稳定且均匀分布是保证澄清池处理效果的关键。

1.3 进口HRC型接触澄清池的优势

进口HRC型接触澄清池与国内机械搅拌澄清池均属于泥渣循环型澄清池，但进口HRC型接触澄清池由于其独特的结构形式，具有如下优势：

（1）运行操作简便。国内机械搅拌澄清池一般采用提升叶轮，为了调整污泥回流量，需调节涡轮转速和叶轮提升高度两个参数［3］；进口HRC型接触澄清池采用涡轮循环筒，只需调整涡轮转速，便可实现回流比的调节，大大简化了生产操作步骤，提升了工作效率。

（2）污泥回流效率高。一般国内澄清池回流量约为设计流量的3～5倍，而进口HRC型澄清池回流量最大可达到设计流量的10倍。

（3）产水出流均衡。HRC型澄清池采取辐射产水管出流，比一般的堰板出流更均衡，避免了短流现象；同时，辐射产水可避免漂浮物出流，保证水质。

2 影响运行关键因素分析

2.1 系统运行情况

预处理系统药剂投加选用聚合氯化铝 （絮凝剂）和聚丙烯酰胺（助凝剂），其中聚合氯化铝分别投加在沉淀池进水渠、澄清池进水渠两个投加点，投加单耗为70 mg/L；聚丙烯酰胺分别投加于4座沉淀池和4座澄清池的中心反应区，投加单耗为0.35 mg/L。澄清池底泥排放周期为3天，循环筒涡轮转速为最大转速的40%。澄清池中心反应区图片见图1，澄清池出水检测数据如表1所示。结合图1和表1可知，澄清池中心反应分离区颗粒浓度过低，且无清水层，出水水质不稳定，水量稍有波动，则出现水质超标现象。

图1 澄清池中心反应区图片Fig.1 Picture of Reaction Zone in Center of Clarifier

表1 澄清池出水检测数据Table 1 Test Data for Water from Clarifier

2.2 影响运行关键因素分析

HRC型接触澄清池设计正常运行刮泥耙扭矩＜10%，污泥床中污泥浓度为5%～10%，最佳污泥床深度应在反应井的底部或反应井底部之上0.6 m，污泥层厚度0.3～1.5 m，最佳涡轮转速是最大值的25%～50%，污泥回流比通过调节涡轮转速，控制污泥床深度和污泥浓度进行调节。根据运行情况可知，未建立悬浮、稳定、均匀的中心泥渣区是澄清池处理效果不稳定的关键原因。结合HRC型接触澄清池的设计参数，分析影响运行的关键因素：

（1）污泥回流比过低。①澄清池底泥排放周期过短，造成污泥排放过量。经现场观察，澄清池刮泥耙扭矩＜1%，造成可供循环使用的泥浆浓度过低，无法形成稳定的泥渣层［4］。②循环筒涡轮转速恒定，未能根据污泥浓度回流效果及时调整涡轮转速［5］。

（2）药剂投加适配度较差。①药剂采取固定量投加方式，而系统处理水量存在波动，药量匹配度低。②水质波动时不能及时调整药剂投加量［6］。

3 HRC型接触澄清池优化运行试验

3.1 污泥回流比优化试验

选取不同循环筒涡轮转速、不同排泥周期，分别在2#、3#、4#澄清池进行优化调整试验 （其中4#澄清池保持原运行方式），并在运行15天、30天和38天（汛期）时取水样检测，具体试验方案和检测数据见表2。2#、4#澄清池反应区对比见图2。通过目测各澄清池反应井内泥浆浓度发现，2#澄清池内泥浆浓度逐渐增大，15天后形成了明显的活性泥渣层；3#澄清池反应井内絮凝体颗粒较小，泥渣层不明显。由表2可以看出，延长排泥周期可大大提高底泥浓度，但如不能合理调整回流比，则会导致水质恶化；而回流比合理，增加回流污泥量，则可改善澄清池处理效果，有利于改善出水浊度。同时，经过汛期降雨冲击试验可以看出，回流比较大的2#澄清池抗冲击能力也较强。

表2 污泥回流比试验方案和检测数据Table 2 Test Scheme and Test Data for Reflux Ratio of Sludge

图2 2#、4#澄清池反应区对比图Fig.2 Comparison of Reaction Zones in No.2 and No.4 Clarifiers

3.2 药剂投加方案优化试验

3.2.1 药剂投加适配度分析

污水处理系统处理水量日变化曲线见图3。

图3 污水处理系统水量变化曲线Fig.3 Water Quantity Change Curves of Sewage Treatment System

由图3可以看出，夜间水量较低，为8 150～9 300 m3/h；白天水量较高，为 9 300～10 800 m3/h。若采用恒定加药量的投加方式，会造成日间水量大时单耗偏低，夜间水量低时单耗偏高，发生出水水质波动。因此，提出对药剂投加方案进行调整，采取恒定加药单耗的投加方式。

3.2.2 药剂投加优化试验

根据水量日夜间的波动情况，优化药剂投加方案，采取日夜同单耗、不同量的投加方式，将药剂投加单耗由70 mg/L降低至62 mg/L。优化前后分别在澄清池出水点取水样，并各取10组进行电导率和浊度检测，检测数据见表3。由表3可以看出，药剂投加方案优化后，出水水质运行稳定、达标（浊度≤20 NTU），且电导率略有下降。

表3 药剂投加方案优化前后检测数据Table 3 Test Data before and after Optimization of Scheme for Dosing Reagent

4 结论

（1）保持泥渣区悬浮状态、浓度稳定且均匀分布是保证澄清池处理效果的关键。

（2）延长排泥周期，可大大提高底泥浓度，而底泥浓度高低直接影响澄清池运行效果。为了达到最优处理效果，不恶化水质，必须在保证足够回流污泥浓度的同时，合理搭配污泥回流比。

（3）合理的药剂投加方案是水处理系统处理效果稳定的重要因素。采取恒定加药单耗的药剂投加方式，提高药剂投加适配度，能够有效稳定出水水质，保证水质达标。