综合水处理厂预处理液碱代替片碱降硬的实践

段立辉，丁 静，杨曙东，韩宝成，马 静

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 济南271100）

1 前 言

为了响应国家环净排放控制要求，并根据山东泰山钢铁集团有限公司环保总体规划，建设日处理量10 000 m3雅鹿山综合水处理厂1座，2019年7月正式投运，负责对泰钢厂区废水集中综合处理。设计进水主要为各生产系统循环冷却水、各厂区生活污水及各分厂部分污水处理站的出水；处理后的中水实现全部回用，其中净水回用于工业开式循环冷却水系统及除盐水站系统，作为其补充水；浓水等回用于高炉冲渣及料场喷洒、热焖渣、不锈钢钢渣等。雅鹿山综合水处理厂废水前处理系统原采用片碱、纯碱降低污水硬度，存在加药量大、成本高、员工劳动强度大等诸多问题，制约综合水处理厂生产运行。为此，对雅鹿山综合水处理厂工艺流程进行梳理，提出了液碱代替片碱降低污水硬度的方案，并进行模拟试验，分别对片碱和液碱降低污水硬度的效果进行验证。从试验效果看，液碱效果更佳，将液碱代替片碱应用于实际生产中，进行进一步论证。

2 雅鹿山综合水处理厂工艺描述

2.1 废水前处理

预处理主要目的是去除原水中的悬浮物、胶体物、色度、浊度、有机物、硬度等妨碍后续超滤、纳滤、反渗透运行的杂质。原水为各厂排放水，水质变化大、浊度较高，胶体、有机物含量较高。针对原水的水质特点，设置的预处理设施包括絮凝高密度沉淀池、无阀滤池、片碱纯碱软化装置、絮凝剂加药装置等。针对焦化公司生化污水处理站出水、冷轧厂污水处理站出水和冷轧厂、新材料公司、经贸大楼、盈德气体公司生活污水等COD 偏高需特别生化处理的废水，设置单独的生化污水处理单元，经降COD 和氨氮后再进入前述的絮凝高密度沉淀池一起处理。各废水经管网输送并流入废水调节池后，废水调节池经提升泵提升进入高效絮凝反应池，投加片碱、纯碱降低硬度，通过混凝反应沉淀去除大部分悬浮物质，再通过无阀滤池进行进一步截留机械杂质，满足后级深度处理要求。

2.2 深度处理系统

预处理出水直入清水池进行缓冲停留，经提升泵至多介质过滤器过滤并投加杀菌剂后进入超滤设备，超滤产水经提升泵提升，同时投加还原剂、阻垢剂、非氧化性杀菌剂后进入纳滤系统，20%纳滤浓水进入浓水池，80%纳滤产水经反渗透设备，反渗透80%产水进入回用水池，为提高净水回收率，反渗透20%浓水经浓水反渗透设备，浓水反渗透50%浓水进入浓水池，浓水反渗透50%产水进入回用水池，回用水池产水经回用水泵加压，采用管道外送，作为工业开式循环冷却水补充水。浓水经浓水泵加压，采用管道外送到高炉冲渣及热焖渣厂等使用。

2.3 污水软化

硬度是水质的一个重要指标，生产系统循环冷却水排水通常硬度较高，配备膜处理设备的污水处理厂，为降低污水在膜设备的结垢倾向，需要在废水前处理系统进行污水降硬处理，采用的软化处理方法为药剂软化法，是基于溶度积原理，加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出，常见的某些难溶化合物的溶度积见表1［1］。

表1 某些难溶化合物的溶度积（25 ℃）

3 应用液碱前的运行状况

3.1 加药成本高

雅鹿山综合水处理厂原采用片碱、纯碱双碱法处理污水中的钙镁离子，降低污水硬度，每月需要消耗片碱45 t左右，纯碱40 t左右，双碱吨水成本约为2.58 元/m3，每月仅片碱和纯碱的药剂费用在20万元左右，加药成本高。

3.2 岗位员工劳动强度大

两种药剂用量大，平均每天需要加纯碱约35袋（约1.4 t）、片碱约60 袋（约1.5 t），每月需倒运药剂约90 t，加药方式为人工辅助电动葫芦加药，加药劳动强度大，且容易对人体产生灼伤。

3.3 药剂溶解不佳

两种药剂一种是粉状，一种是片状，都需要进行加水溶解后使用，运行过程中片碱和纯碱并不能全部溶解。加入污水中后有一部分药剂以沉淀的形式沉入水中，并没有起到药剂应有的作用。液碱、纯碱在同一加药罐中配置，使用同一加药管道，经常出现浮子流量计堵塞导致流量调节失控造成硬度超标问题。

3.4 固体药剂易潮解

由于药剂用量大，需要将药剂大量存放在仓库中，在搬运过程中易损坏包装袋，造成药剂损失；另外，片碱、纯碱易潮解，一旦药剂潮解板结后将无法溶解使用，既造成药剂浪费，又形成固体废物。

4 预处理使用液碱代替片碱

4.1 药剂用量

片碱价格2 500元/t左右，氢氧化钠含量在98%左右，液碱价格600元/t左右，氢氧化钠含量30%左右，按浓度折算后，从价格来看，液碱比片碱更经济。同时对液碱、片碱降低污水硬度进行试验，结果显示加入折算后的同等物质的量氢氧化钠时，液碱比片碱降低硬度的能力更强、效果更好。

雅鹿山综合水处理厂设有碱罐，主要用于气浮池调节pH 和深度处理超滤自动碱洗，为了能够实现液碱代替片碱，重新敷设1条加液碱管道至高密度沉淀池。2020 年8 月29 日正式开始使用液碱代替片碱进行预处理降硬，液碱代替片碱前后总进水量、片碱、纯碱和液碱用量如表2所示。

表2 总进水量、药剂用量统计

4.2 应用效果

由于液碱不需要溶解，能够直接与污水产生反应，反应速度快，污水硬度比之前使用片碱时降低幅度更大。通过对高密度出水进行化验，对纯碱加药量进行调整，在一定程度上减少了纯碱的加药量，进一步降低了劳动强度。使用液碱后，不仅片碱费用下降，纯碱用量也大幅下降，纯碱和液碱成本为吨水 1.51 元/m3，吨水成本下降了 1.07 元/m3。另外，药剂倒运费用也节省了。改用液碱后，液碱的运输使用罐车，直接倒运至液碱罐中，通过加药泵输送至高密度沉淀池，无需人工搬运，片碱用量逐渐降至0，同时纯碱加药量也下降了1/2，减少了员工3/4的加药劳动量，改善了工作条件。

片碱、纯碱均含有一定杂质，而且固体药剂不能完全溶解，杂质及未溶解药剂最终进入到污泥当中。使用液碱后能够更快速的反应，减少药剂用量，减少污泥的产生。

4.3 问题及解决措施

4.3.1 液碱的流量调控

在实际生产过程中，由于不同员工对生产的调控存在差异，造成液碱流量忽高忽低，导致出水水质波动。根本原因是：两套高密度沉淀池低流量运行且共用同一加药管道，加药分配不匹配；总进水流量与液碱流量人工调节差异大。为了确保液碱加药量适量，制定相关措施：单套高密度运行，提高高密度沉淀池进水流量；高密度沉淀池流量控制在130 m3/h左右，保证进水流量一定；纯碱加药泵阀门禁止调动，保证纯碱加药一定；高密度沉淀池出水pH值控制在10.5～11，待出水水质稳定后，计时30 s 用量筒量取液碱流量在1 100 mL 左右并做记录，作为今后流量调节的参考。

4.3.2 影响PAM絮凝效果

对于阴离子聚丙烯酰胺，通过水解使酰胺基团约有30%～40%转化为羧酸基团时效果最好，pH值过高会造成酰胺基团过度水解，导致高密度沉淀池污泥抱团效果差。实际运行过程中，当高密度沉淀池出水pH 达到11 以上时，絮凝效果会越来越差，出水携带絮体，造成斜管填料积泥。

4.3.3 碱罐液位升降影响液碱流量

雅鹿山综合水处理厂液碱泵采用的是立式不锈钢多级离心泵，可通过调节频率来控制液碱流量。在生产过程中发现，在相同频率下，泵的流量随着碱罐液位的降低逐渐减少，当碱罐重新注满液碱时，碱泵的流量又陡增。发生这种变化的原因是因为液位高度的变化造成泵的入口压力发生变化。对此，制定了液位、碱泵频率对照表，碱泵的频率根据液位进行调节，确保液碱流量的稳定。

4.3.4 液碱结晶问题

工业用液碱浓度一般在30%左右，而碱罐通常设计建造在室外。冬天当气温低于0 ℃时，液碱容易在碱罐、管道内结晶析出。需要对碱泵及碱管道缠绕伴热带保温，对碱罐通蒸汽保温，蒸汽应引出碱罐，防止蒸汽凝结水进入碱罐使液碱浓度降低。

4.3.5 污泥结构绵软

液碱代替片碱处理污水后，通过半年的运行效果看出，液碱与污水反应产生的污泥相比于片碱与污水反应产生的污泥更绵软，但未对压滤机压泥造成影响。

5 结 语

综合水处理厂废水前处理系统采用液碱代替片碱进行降硬，从实际运行效果来看，能够满足预处理降低污水硬度的要求，且降硬效果更好。由于液碱的价格相较纯碱、片碱低，吨水药剂成本下降了1.07 元/m3，同时降低了员工劳动强度。不论是从工艺角度还是经济角度，液碱代替片碱均有益于生产运行。