絮凝過(guò)濾在石化廢水深度處理中的應(yīng)用研究

姬穎+王若

摘 要：對(duì)絮凝過(guò)濾的動(dòng)力學(xué)演變和絮凝反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了討論和分析，并以洛陽(yáng)智達(dá)石化工程污水處理設(shè)備改造為例，對(duì)絮凝過(guò)濾在石化廢水深度處理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：絮凝過(guò)濾；廢水深度處理；速度梯度；反應(yīng)池

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.108

常見(jiàn)的石化廢水深度處理方法普遍存在基礎(chǔ)投入多、運(yùn)行成本高和維護(hù)保養(yǎng)工作不力等問(wèn)題；而絮凝沉淀法作為一種新型的石化廢水處理方法，具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備基礎(chǔ)投入較少和水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，在石化廢水深度處理中的應(yīng)用效果比較理想。

1 絮凝過(guò)濾

1.1 絮凝動(dòng)力學(xué)演變

絮凝是指在適當(dāng)?shù)牧黧w動(dòng)力學(xué)條件下，混合流體中微小絮體凝聚生長(zhǎng)到一定體積的過(guò)程。絮凝對(duì)廢水處理工藝的改進(jìn)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，因此，這一概念一被提出，便受到了廢水處理行業(yè)的重視。

絮凝動(dòng)力學(xué)演變關(guān)注的是絮凝速度。對(duì)絮凝過(guò)程中的顆粒狀態(tài)和生長(zhǎng)行為進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其主要變化形式是從大數(shù)量小粒徑逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾?shù)量大粒徑，以水中的顆粒物，比如礦物顆粒、無(wú)/有機(jī)物膠體、高分子、細(xì)菌、藻類等為研究對(duì)象，通常絮凝顆粒的粒徑都超過(guò)了1 nm。早在20世紀(jì)初期，國(guó)外學(xué)者就開(kāi)始了關(guān)于絮凝反應(yīng)的研究。發(fā)展至今，隨著現(xiàn)代物理、化學(xué)的不斷進(jìn)步和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷更新，絮凝動(dòng)力學(xué)在廢水處理中的應(yīng)用逐漸成為可能，且由定性研究逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎炕虬攵垦芯浚呀?jīng)出現(xiàn)了幾種不同條件下絮凝顆粒運(yùn)動(dòng)碰撞的數(shù)學(xué)模型。另外，當(dāng)前絮凝顆粒行為觀測(cè)、數(shù)值模擬等相關(guān)技術(shù)也逐漸成熟，為絮凝設(shè)備設(shè)計(jì)和操作提供了一定的理論指導(dǎo)。

1.2 絮凝反應(yīng)器

絮凝反應(yīng)器是絮凝過(guò)濾的核心設(shè)備，主要以速度梯度理論和微渦旋理論為指導(dǎo)。根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué)理論和流體在絮凝池中的運(yùn)動(dòng)形式，絮凝池又發(fā)展出水平/豎直流動(dòng)池、旋流池、導(dǎo)流機(jī)構(gòu)池等多個(gè)種類。

雖然絮凝反應(yīng)器種類較多，但由于絮凝反應(yīng)比較復(fù)雜，絮凝池水利條件、流體性質(zhì)、混凝劑品種、混合過(guò)程等都會(huì)對(duì)絮凝反應(yīng)的效果造成影響，再加上國(guó)內(nèi)外至今仍沒(méi)有成功建立定量反映絮凝過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，給絮凝反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和工藝控制帶來(lái)了很大的困難，這也是限制絮凝過(guò)濾在石油化工廢水深度處理中應(yīng)用的重要技術(shù)瓶頸。

2 絮凝過(guò)濾的具體應(yīng)用

洛陽(yáng)智達(dá)石化工程有限公司有四套聯(lián)合污水處理裝置，隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用水量逐漸上升。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，該公司決定對(duì)污水處理設(shè)備進(jìn)行污水再生改造，通過(guò)深度凈化實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

2.1 往復(fù)式絮凝反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2.1.1 速度梯度優(yōu)化

根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué)研究，絮凝過(guò)程要求流體流速逐漸減慢，因此，本次改造選擇十段式速度梯度變化，保證在絮凝反應(yīng)初期形成較大的速度梯度，加劇顆粒間的碰撞，便于顆粒長(zhǎng)大。對(duì)于十段式沉降方式而言，其速度最小值較低，從而削弱了速度梯度變化造成的不利影響，且后期絮凝過(guò)程的流速低于其他形式的反應(yīng)器，在給顆粒生長(zhǎng)創(chuàng)造條件的同時(shí)也避免了顆粒破碎。

2.1.2 圓弧形拐角優(yōu)化

傳統(tǒng)的絮凝反應(yīng)池矩形拐角位置可能成為死水區(qū)，造成絮體堆積，可能導(dǎo)致絮凝渠道堵塞，影響絮凝效果，給絮凝池維護(hù)管理工作造成了困擾。本次改造選擇了圓弧形拐角，有效防止了轉(zhuǎn)彎位置形成死水區(qū)，也避免了拐角位置水體的劇烈波動(dòng)，降低了絮凝能耗。另外，圓弧形拐角還能夠形成紊流，限制了漩渦的尺寸，在一定程度上加快了絮凝速度。

2.1.3 絮凝反應(yīng)行為優(yōu)化

高效絮凝反應(yīng)器速度梯度值都是逐級(jí)下降的，并且在開(kāi)始階段，速度梯度值要能與混合階段較好地銜接，因此，開(kāi)始階段的速度值一般較高。之后，隨著絮凝反應(yīng)的進(jìn)行，絮凝顆粒尺寸逐漸增大。此時(shí)，反應(yīng)過(guò)程要求進(jìn)行接觸碰撞。有效碰撞要求水力半徑符合自身半徑要求，隨著攪拌強(qiáng)度的增大，顆粒之間相互接觸的機(jī)會(huì)增加，但是較大的水力梯度會(huì)產(chǎn)生較大的水流剪切力，一些松散的絮凝顆粒將被沖散。因此，隨著粒徑的增加，為了保護(hù)絮凝體，流速應(yīng)逐漸減緩，且下降梯度應(yīng)符合絮凝反應(yīng)的客觀規(guī)律。

2.2 反應(yīng)池設(shè)計(jì)

該絮凝過(guò)濾處理裝置設(shè)計(jì)水量Q=20 000 m3/d，預(yù)計(jì)反應(yīng)時(shí)間T=20 min，絮凝池體積V=277.8 m3，水深H=1.8 m，超高0.3 m。

反應(yīng)池凈平面面積的計(jì)算公式為：

F= . （1）

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）可得，F(xiàn)=154.3 m2。

池子的長(zhǎng)L= =18.2 m。廊道27條，水轉(zhuǎn)彎26次，

池總長(zhǎng)L1=18.2+0.1×26=20.8 m。

反應(yīng)池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水泥砂漿抹面，通過(guò)計(jì)算反應(yīng)池單段總水頭損失，可獲得不同段水頭損失和速度梯度。

2.3 試運(yùn)行

試運(yùn)行用水CODcr含量39 mg/L，磷含量2.4 mg/L，深度處理與回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這兩者的最低要求分別為30 mg/L和0.5 mg/L。選擇聚硅酸鋁鐵作為混凝劑，混合速度450 r/s，混合時(shí)間1 min，絮凝時(shí)間20 min，沉淀時(shí)間30 min。經(jīng)過(guò)水質(zhì)檢測(cè)，處理之后的CODcr平均含量在19.8 mg/L左右，處理效率高出傳統(tǒng)往復(fù)式絮凝反應(yīng)池11%左右，說(shuō)明該絮凝過(guò)濾裝置深度處理石化廢水效果比較理想。

3 結(jié)束語(yǔ)

絮凝過(guò)濾是一種先進(jìn)的污水處理技術(shù)，有著工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投入少、凈化效果穩(wěn)定、維護(hù)方便的優(yōu)勢(shì)，在石化廢水深度處理中的應(yīng)用效果比較理想，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的循環(huán)再利用，減少了污水排放量和用水總量，降低了石化生產(chǎn)的總成本。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕