粉末活性炭吸附沉淀工藝處理循環(huán)水排污水工程設(shè)計(jì)

張 剛

(中石化南京工程有限公司，江蘇南京 210049)

0 前言

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提高，許多行業(yè)循環(huán)冷卻水、化學(xué)水制水等裝置排水也都納入污水范疇，這些污水雖未直接與生產(chǎn)物料接觸，但使用過(guò)程中加入了阻垢劑、殺菌劑、酸、堿等物質(zhì)，所以需要處理后達(dá)標(biāo)排放。

南京某大型化工企業(yè)擬對(duì)6套循環(huán)水裝置和1套除鹽水裝置排污水進(jìn)行處理。對(duì)于這類(lèi)低COD、難生化降解污水，工藝選擇對(duì)比了膜處理工藝、臭氧催化氧化+BAF(曝氣生物濾池)工藝、特種微生物反應(yīng)處理工藝和活性炭吸附工藝，膜分離技術(shù)成本高、濃水還需另外處理；臭氧氧化效果有限，且能耗較高；特種微生物處理時(shí)間長(zhǎng)，易受水質(zhì)波動(dòng)影響，應(yīng)用較少；最終選擇粉末活性炭吸附工藝，粉末活性炭比表面積大，對(duì)可溶COD吸附效果好，投加量可以根據(jù)水質(zhì)水量靈活調(diào)整。為節(jié)省活性炭消耗，活性炭吸附前設(shè)置了一級(jí)微砂沉淀池，可去除水中不溶COD、懸浮物和膠體物質(zhì)，使出水懸浮物降到20 mg/L以下，有效節(jié)省了活性炭用量。

微砂沉淀池和活性炭吸附沉淀池選擇高效沉淀池，具有處理量大，穩(wěn)定高效的特點(diǎn)。高效沉淀池以DENSADED和ACTIFLO工藝為代表，ACTIFLO工藝除了斜板沉淀，還增加了可以回收的細(xì)砂，加強(qiáng)混凝效果和沉淀速度，更適應(yīng)粉末活性炭污泥的回收。

1 小試實(shí)驗(yàn)

粉末活性炭吸附沉淀工藝在多個(gè)項(xiàng)目有應(yīng)用，本項(xiàng)目為考察COD去除效果和活性炭、藥劑投加參考量，取現(xiàn)場(chǎng)水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析和小試實(shí)驗(yàn)。水樣取自2套循環(huán)水裝置排污水池和1套除鹽水裝置排污水池，混合后水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì) mg/L

由于實(shí)驗(yàn)水質(zhì)有一部分循環(huán)水反洗排水加入，比企業(yè)監(jiān)測(cè)平均水質(zhì)(COD 110 mg/L，懸浮物180 mg/L)要高，但更能真實(shí)反映水質(zhì)波動(dòng)情況。

實(shí)驗(yàn)采用燒杯，容積為1 L，水樣為2套循環(huán)水裝置和1套除鹽水裝置排污水，取500 mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)?zāi)M工藝過(guò)程，實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)表2。

表2 粉末活性炭吸附沉淀實(shí)驗(yàn)步驟

首先比較混合水樣投加不同量PAC(聚合氯化鋁)處理效果，1# PAC濃度190 mg/L，2# PAC濃度95 mg/L，微砂同為10 g/L，PAM(聚丙烯酰胺)同為2 mg/L，1#沉降效果明顯好于2#，按1#藥劑量重復(fù)做3#，并分析澄清液SS(懸浮固體)和COD，與進(jìn)水值相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3?？梢?jiàn)，澄清液SS降為13 mg/L，去除率98%，COD降為43 mg/L，去除率87.80%。與COD去除效果相比，溶解性COD去除不明顯，去除率為19.60%。

表3 絮凝沉淀工藝污染物去除結(jié)果 mg/L

再取澄清液進(jìn)行活性炭吸附效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較投加不同量活性炭處理效果，4#活性炭濃度25 mg/L，5#活性炭濃度50 mg/L，PAC同為95 mg/L，微砂同為10 g/L，PAM同為2 mg/L，再次分析澄清液SS和COD，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 活性炭吸附工藝污染物去除結(jié)果 mg/L

與3#澄清液水質(zhì)相比，投加粉末活性炭后，4#和5#澄清液的COD分別降為30，24 mg/L，可溶COD分別為25，21 mg/L，COD和可溶COD去除率都有明顯增加，且隨著活性炭用量增加去除率也相應(yīng)增加；SS也都降到10 mg/L以下，說(shuō)明在微砂輔助下，投加活性炭并不會(huì)造成SS增加。

雖然實(shí)驗(yàn)時(shí)不投加活性炭，澄清液COD也能降到50 mg/L以下，達(dá)到排放指標(biāo)要求，但實(shí)際連續(xù)運(yùn)行時(shí)，污水水量要大得多，水質(zhì)波動(dòng)和水力條件也比實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜得多，所以工程中還需設(shè)置活性炭投加段，保證出水能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 廢水水質(zhì)和處理要求

南京某化工企業(yè)A區(qū)有2套循環(huán)水裝置，1套除鹽水裝置，B區(qū)有4套循環(huán)水裝置，循環(huán)水排污水由各自區(qū)域排污總管匯總到處理裝置，除鹽水排污水單獨(dú)一根管線(xiàn)送至處理裝置。循環(huán)水排污水包括正常排污水、過(guò)濾器反洗污水、清洗預(yù)膜排污水和粘泥剝離污水，其中清洗預(yù)膜和粘泥剝離每年出現(xiàn)頻次較少；除鹽水排污水包括離子交換器和樹(shù)脂清洗罐的清洗水、樹(shù)脂再生系統(tǒng)所排酸堿廢水，項(xiàng)目水質(zhì)水量見(jiàn)表5。

表5 污水水質(zhì)水量 mg/L

循環(huán)水排污水除正常投加阻垢劑、殺菌劑，每月還會(huì)沖擊性投加非氧化性殺菌劑，造成COD升高；除鹽水樹(shù)脂再生時(shí)COD也會(huì)增加，但COD值增大的情況不同時(shí)出現(xiàn)，故COD設(shè)計(jì)值按110 mg/L設(shè)計(jì)。處理后污水經(jīng)監(jiān)測(cè)達(dá)到GB31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表1直接排放標(biāo)準(zhǔn)后，通過(guò)企業(yè)污水排口排放。

2.2 處理流程

循環(huán)水排污水、除鹽水排污水處理采用污水均質(zhì)+微砂沉淀池+活性炭吸附沉淀池處理流程，具體見(jiàn)圖1。

圖1 廢水處理流程示意

循環(huán)水排污水、除鹽水排污水由各裝置分別收集后通過(guò)管道送入處理裝置2座有效容積1 800 m廢水均質(zhì)罐，污水均質(zhì)罐通過(guò)循環(huán)泵進(jìn)行混合，本項(xiàng)目還設(shè)置了有效容積1 800 m的事故罐，各裝置污水超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)時(shí)進(jìn)入事故罐存儲(chǔ)，處理不達(dá)標(biāo)時(shí)也可返回事故罐。

混合均質(zhì)后的污水首先進(jìn)入微砂沉淀池，微砂沉淀池分混合區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀區(qū)，在混合區(qū)加入PAC，在絮凝區(qū)加入微砂和PAM，產(chǎn)生的絮體在沉淀區(qū)通過(guò)斜板分離出來(lái)，再由循環(huán)泵送至水力旋流器，水力旋流器可以把絮體中的微砂分離出來(lái)，回流至絮凝區(qū)循環(huán)利用，輕質(zhì)污泥從旋流器溢出流進(jìn)污泥濃縮池，也帶走水中一部分懸浮物、不可溶COD和膠體物質(zhì)。經(jīng)過(guò)微砂沉淀池，水質(zhì)得到初步凈化，澄清出水進(jìn)入下一級(jí)活性炭吸附沉淀池?；钚蕴课匠恋沓嘏c微砂沉淀池區(qū)別在于混合區(qū)前端增加了活性炭接觸區(qū)，利用活性炭吸附有機(jī)物特性，將COD進(jìn)一步去除，在此級(jí)旋流器溢出口處增設(shè)一個(gè)活性炭分配槽，將一部分未充分吸附的活性炭回流，提高活性炭利用率。活性炭吸附沉淀池出水自流進(jìn)入監(jiān)控池，COD、懸浮物等監(jiān)測(cè)合格后通過(guò)外排泵排至企業(yè)排污口，出水不合格時(shí)通過(guò)事故泵送回至事故罐中。

微砂沉淀池和活性炭吸附沉淀池旋流器溢出污泥分別進(jìn)入各自污泥濃縮池，經(jīng)濃縮池使污泥含水率降到98%以下，可減少疊螺脫水機(jī)規(guī)模和負(fù)荷。污泥進(jìn)入疊螺脫水機(jī)前加入PAM改善污泥脫水性能，脫水后污泥含水率降到85%以下，污泥量大大減少。

2.3 主要設(shè)備及構(gòu)筑物參數(shù)

a) 廢水均質(zhì)罐尺寸φ13.5 m×14 m，容積2 000 m,數(shù)量2臺(tái)。

b) 微砂沉淀池尺寸11.5 m×10.3 m×6.6 m，鋼混結(jié)構(gòu)，分成2個(gè)系列并列運(yùn)行，每系列處理量150 m/h，停留時(shí)間約50 min，分混合、絮凝、沉淀3個(gè)區(qū)。

c) 活性炭吸附沉淀池尺寸14.4 m×9.3 m×6.2 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分成2個(gè)系列并列運(yùn)行，每系列處理量150 m/h，停留時(shí)間約60 min，分活性炭接觸、混合、絮凝、沉淀4個(gè)區(qū)。

d) 疊螺脫水機(jī)2臺(tái)，分別處理微砂沉淀池污泥和活性炭吸附沉淀池污泥，型號(hào)303，處理能力為90～180 kg/h絕干污泥，功率1.6 kW。

e) 監(jiān)控池尺寸14 m×14 m×6.5 m，有效容積1 150 m，鋼混結(jié)構(gòu)。

f) 微砂沉淀污泥濃縮池φ8.0 m×5.2 m，有效容積200 m，鋼混結(jié)構(gòu)；活性炭沉淀污泥濃縮池φ9.0 m×5.2 m，有效容積280 m，鋼混結(jié)構(gòu)；池內(nèi)部各設(shè)濃縮刮泥機(jī)1臺(tái)。

2.4 關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)

a) 自動(dòng)化控制。為提高設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定性，并減少人工負(fù)荷，項(xiàng)目自動(dòng)化控制做了多處設(shè)計(jì)優(yōu)化，均質(zhì)池提升泵采用變頻控制，可以根據(jù)不同季節(jié)循環(huán)水量變化，及時(shí)調(diào)整污水裝置處理量，提高處理設(shè)施靈活性；對(duì)進(jìn)入微砂沉淀池污水流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并與PAC、PAM和活性炭加藥裝置投加量進(jìn)行聯(lián)鎖，既可減少藥劑消耗，也保證了處理效果；在微砂沉淀池前和活性炭吸附沉淀池后各設(shè)1臺(tái)濁度計(jì)，監(jiān)測(cè)沉淀池對(duì)懸浮物處理效果；在活性炭吸附沉淀池前和監(jiān)控池處各設(shè)1臺(tái)TOC(總有機(jī)碳)分析儀，通過(guò)分析進(jìn)出水TOC變化規(guī)律，為活性炭投加量提供參考，節(jié)省活性炭投加，采用TOC分析儀可以減少氯離子對(duì)有機(jī)物測(cè)定的干擾；微砂沉淀池和活性炭吸附沉淀池運(yùn)行也是通過(guò)時(shí)序控制，保證了設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定性。

b) 微砂沉淀池和活性炭吸附沉淀池設(shè)計(jì)。微砂沉淀池和活性炭吸附沉淀池都使用共壁設(shè)計(jì)，可有效節(jié)省占地并減少土建投資；微砂沉淀池比活性炭吸附沉淀池標(biāo)高高0.6 m，可利用污水自流減少能源消耗；微砂沉淀池進(jìn)水渠底部設(shè)置配水板，可緩沖進(jìn)水泵壓力帶來(lái)的湍急水流，有利于平均分配水量；沉淀池混凝區(qū)進(jìn)口設(shè)有擋板，藥劑從此處加入，可提高混合效果，也減少水流對(duì)攪拌機(jī)的沖擊；絮凝區(qū)以及活性炭接觸區(qū)都采用大槳葉低轉(zhuǎn)速變頻攪拌機(jī)，攪拌機(jī)外部設(shè)有導(dǎo)流筒，并在倒流筒兩側(cè)設(shè)置隔墻，進(jìn)一步提高絮凝效果；沉淀區(qū)底部四周設(shè)有圓形倒角，與刮泥機(jī)相匹配，防止微砂滯留在沉淀區(qū)，同時(shí)減少污泥沉積造；沉淀區(qū)中部斜板處按斜板角度設(shè)置混凝土擋塊，防止污水不經(jīng)過(guò)斜板而形成短流。

c) 加藥裝置設(shè)計(jì)和加藥量控制。加藥裝置主要有PAC、PAM和活性炭加藥裝置，內(nèi)部控制由各自所帶PLC控制，為實(shí)現(xiàn)加藥量與污水量聯(lián)動(dòng)，加藥泵都選用變頻泵，且在泵出口管設(shè)置流量計(jì)，對(duì)加藥量進(jìn)行反饋和監(jiān)控，保證加藥量準(zhǔn)確。根據(jù)水量設(shè)定的加藥量分別為：微砂沉淀池PAC加藥量為6 mg/L，PAM加藥量為3.2 mg/L；活性炭吸附沉淀池PAC投加量為5 mg/L，PAM加藥量為3.2 mg/L，活性炭加藥量為40 mg/L。

另外，為減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度，PAM進(jìn)料增加真空上料機(jī)；活性炭加藥裝置采用全流程密閉操作，在配制槽增加水噴淋系統(tǒng)，防止活性炭粉末從檢修口縫隙中逸出，活性炭料倉(cāng)除料位監(jiān)控，還設(shè)有溫度監(jiān)控，當(dāng)夏季溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)水噴淋系統(tǒng)給設(shè)備降溫。

3 運(yùn)行效果

循環(huán)水處理裝置于2020年12月建成投用，由于處理過(guò)程都為物理過(guò)程，設(shè)備調(diào)試成功后出水可直接達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)3個(gè)月的試運(yùn)行，出水各項(xiàng)指標(biāo)都較穩(wěn)定。本項(xiàng)目采用TOC在線(xiàn)分析儀監(jiān)測(cè)有機(jī)物含量，采用濁度分析儀監(jiān)測(cè)懸浮物含量。TOC分析儀和濁度計(jì)各2臺(tái)，TOC分析儀一臺(tái)設(shè)在活性炭吸附沉淀池前，用于指導(dǎo)活性炭吸附沉淀池活性炭投加，另一臺(tái)設(shè)在監(jiān)控池；濁度計(jì)分別設(shè)置微砂沉淀池前和活性炭吸附沉淀池后，用于檢測(cè)二級(jí)微砂沉淀池濁度去除效果。

2021年3月份循環(huán)水處理裝置的處理效果見(jiàn)圖2。

圖2 循環(huán)水處理裝置的處理效果

活性炭吸附沉淀池進(jìn)水TOC平均值為22.4 mg/L，在15～40 mg/L間波動(dòng)，出水TOC平均值為3.0 mg/L，在1.4～5 mg/L間波動(dòng)，平均去除率為86.6%，可見(jiàn)投加活性炭后有機(jī)物去除效果非常明顯，且處理出水穩(wěn)定。

沉淀池進(jìn)水濁度變化較大，在13～90 NTU之間波動(dòng)，與循環(huán)水裝置大清洗時(shí)懸浮物大量釋放有關(guān)，但經(jīng)過(guò)微砂沉淀和活性炭微砂沉淀兩級(jí)沉淀，出水濁度降低明顯且比較穩(wěn)定，出水濁度都在4 NTU以下，平均值為1 NTU。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

循環(huán)水排污水、除鹽水排污水排放直接成本為藥劑和電費(fèi)，根據(jù)企業(yè)提供的資料，冬季實(shí)際平均水量約180 m/h，藥劑成本為0.34元/t水，電費(fèi)為0.21元/t水，直接運(yùn)行成本為0.55元/t水，與企業(yè)生產(chǎn)污水裝置提標(biāo)采用臭氧氧化工藝相比，噸水直接成本1.45元要低得多。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于循環(huán)水排污水和脫鹽水排污水這類(lèi)低COD、難生化污水，采用粉末活性炭吸附沉淀工藝，可以較低的成本，高效穩(wěn)定地去除水中有機(jī)物、懸浮物和膠體物質(zhì)。實(shí)際使用過(guò)程中，TOC和濁度去除效果明顯，尤其在進(jìn)水濁度變化較大的情況下，出水濁度較低且保持穩(wěn)定，有較好的抗沖擊能力，滿(mǎn)足了日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

本項(xiàng)目通過(guò)在設(shè)備設(shè)計(jì)、藥劑投加、自動(dòng)化控制等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，使微砂沉淀池和活性炭吸附沉淀池運(yùn)行更穩(wěn)定，降低了人力負(fù)荷，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。