1 净化水场简介
元坝天然气净化厂用水取自东河的主干流上, 引单路管线DN450至净化厂内的净化水场, 水源水压力不小于0.1MPa。净化水场设计处理水量为750t/h, 其中考虑10%的自用水量, 设计年运行时间8000小时。
净化水场的产品净化水主要供给净化厂内生产联合装置、硫磺储运、水处理站、循环水场、厂外配套工程及生产、生活给水等系统管道, 进各单元界区的供水压力不小于0.3MPa。
原水进水浊度按:平时不大于100 mg/L, 最大500 mg/L;暴雨时3000 mg/L以上考虑。
处理后水质, 生活给水达到《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的要求, 生产给水满足中石化《石油化工给水排水水质标准》SH 3099-2000。
2 高效沉淀池控制原理
高效沉淀池工艺是依托污泥混凝、循环 (回流) 、斜管分离及浓缩等多种理论, 通过合理的水力和结构设计, 开发出的集泥水分离与污泥浓缩功能于一体的新一代沉淀工艺。是净化水场水质深度处理的核心环节。
高效沉淀池的运行控制是根据流量、进水浊度 (SS) 和出水浊度来调节加药量、回流污泥量、排泥周期和排泥量、絮凝搅拌器的转速等运行参数。当进水流量增加 (或进水SS值增大) 时, 需要增加药剂投加量、增加排泥量。
输入的原水首先与混凝剂聚合氯化铝 (PAC) 药液混合, 从而形成胶体悬浮颗粒。这个过程通过固定转速的搅拌器在混凝池中快速混合实现。混凝剂通过加药泵加注, 投加混凝剂聚合氯化铝药液的配制浓度是不变的, 但其投加量是与水厂进水流量成正比变化。投加浓度可以通过操控员操控相应数据采集和监控系统 (SCADA) 屏幕显示来手动调节。相应的控制器 (PLC) 计算确定混凝剂流量, 并控制加药泵投加。
接下来在絮凝池投加有机絮凝剂聚丙烯酰胺 (PAM) 药液与原水混合, 形成絮凝体。采用涡轮搅拌器并且设置的导流筒使池体内部形成特殊的水力分布, 这个涡轮机装备变频器以调节搅拌速度。调节是通过变频器或者相关数据采集和监控系统 (SCADA) 屏手动实现, 而非自动的。絮凝剂通过加药泵加注, 投加絮凝剂聚丙烯酰胺药液的配制浓度是不变的, 但其投加量是同水厂进水流量成正比。投加浓度可以通过操控员操控相应数据采集和监控系统 (SCADA) 屏幕显示来手动调节。相应的控制器 (PLC) 计算确定絮凝剂流量, 并控制加药泵投加。
回流污泥量是根据进水流量、进水浊度 (SS) 及回流污泥浓度进行控制, 当进水流量和进水浊度波动时, 需要适当增加 (或降低) 回流污泥量, 以使絮凝区的絮凝效果保持在较理想状态, 保证出水浊度不大于3NTU。
排泥周期由设置在沉淀澄清区的泥位高度进行控制, 当泥位到达设计高度时启动排泥泵进行排泥 (当来水条件稳定时, 可改用定时器控制排泥) 。剩余污泥是间歇性排放的, 剩余污泥泵送入后续污泥处理, 泵在一个固定转速下运行, 两个泵共用输送管配有一个流量计。
3 高效沉淀池工艺控制方法的试验研究过程
如上所述, 高效沉淀池的运行控制根据流量、进水浊度和出水浊度来调节加药量、回流污泥量、排泥周期和排泥量、絮凝搅拌器的转速等运行参数。
但是, PAC、PAM的投加浓度、污泥回流量、絮凝搅拌器转速的确定都需要运行操作人员根据高效沉淀池混凝、絮凝反应形态, 依据来水流量、进水浊度和出水浊度等数据的变化, 并参考自己以往积累的运行经验作出正确的判断, 不断的实施调整操作, 才能保证高效沉淀池的出水浊度达标。
由于高效沉淀池是净化水场水质深度处理的关键部位, 如果运行掌控不好, 导致出水浊度长时间、大水量的超标, 会给下一级水处理设备流砂过滤池带来负担和冲击, 导致最终净化水场出水浊度超标, 同时会造成流砂过滤器石英砂“结泥球”现象, 以致于影响天然气净化厂的生产。所以, 很有必要对高效沉淀池的运行控制方法进行现场比对试验, 加以分析总结形成经验和成果, 从而益于运行操作人员控制水平进一步的提升。2015年9月8日开始, 在高效沉淀池开始比对试验, 致11月底完成。
4 试验研究结果及分析
4.1 PAC加药量对净水效果的影响
净化水厂配制使用的PAC药液浓度为10% (W) , 使用的固体PAC药剂含有氧化铝 (Al2O3) 质量分数为29%, 经水溶解充分搅拌制成。
试验高效沉淀池在冬季低温低浊地表水净化处理时用药量的规律, 11月份每天进水量600m3/h、进水浊度11NTU左右。通过对试验数据统计分析, 选用11月18日、11月21日、11月22日等不同工作日平均加药量、出水浊度, 摒弃人为操作失误因素点, 建立高效沉淀池PAC加药量与出水浊度相关曲线见图2。
从图中可知, 在冬季低温低浊地表水净化处理时由于气温低, 混凝剂活性低所以耗量较大。在进水量600m3/h, 进水浊度11NTU左右时, PAC最佳加药量为72L/h, 折合水处理用药单耗为12mg/L。若加药量再增加, 由于散碎“矾花”增多, 出水浊度有上升趋势。
4.2 PAC/PAM投药比对净水效果的影响
净水厂配制使用的PAM药液浓度为0.05% (W) , 使用固体PAM药剂经水溶解搅拌熟化制成。
PAM加药量如果过少, 则易致使PAC水中形成的矾花散碎不易沉降, 出现“跑矾”现象而导致出水浊度超标;过多则易导致PAM成分进入过滤池对滤砂造成不良影响。
由于PAM的单体丙烯酰胺是有毒物质, 净化水场自从投产运行以来, 采取在保证水场出水浊度达标的前提条件下尽量少加PAM的运行方案。试验高效沉淀池不同的PAC/PAM投药比对出水浊度的影响, 经过对试验数据分析, PAC/PAM加药流量比大于1时, 经常有出水浊度超过3NTU的情况, PAC/PAM加药流量比小于1时, 出水浊度普遍偏低。选用9月28日、10月11日、10月27日、11月16日、11月23日等不同工作日平均PAC/PAM加药流量比、出水浊度, 建立PAC/PAM加药流量比与出水浊度相关曲线见图3。
从图中看出, 随着PAC/PAM的减小, 高效沉淀池出水浊度也随之降低。出水浊度最低点的PAC/PAM加药流量比为0.7, 通过药液浓度折算, 此点的固体PAC/PAM投药比为139, 此值依然远远大于自来水处理界一般应用的10~20投药比[1], 可见, 净化水场PAM的投用量是极为偏低的。
4.3 进水浊度与PAC加药量的影响关系
试验不同进水浊度对PAC投药量的影响, 高效沉淀池进水流量相近, 进水浊度在7~26NTU之间。通过对试验数据统计分析, 选用9月21日、9月22日、9月26日、9月27日、10月23日等不同工作日平均进水浊度、加药量, 建立高效沉淀池进水浊度与PAC加药量相关曲线见图4。
从图中看到, 当高效沉淀池进水浊度升高时, PAC加药量也随之升高, 进水浊度升高至25.4NTU时, 加药量达到65.4L/h, 折合水处理用药单耗为11.28mg/L;当进水浊度偏低时, PAC加药量反倒升高, 进水浊度降低到11.2NTU时, 加药量达到56.6L/h, 折合水处理用药单耗为9.66mg/L;试验数据和生产现场经验都表明, 当高效沉淀池进水浊度在20NTU左右时, PAC加药量最低, 从图中看到进水浊度在20.2NTU时, 加药量降为44.2L/h, 折合水处理用药单耗为7.6mg/L。
当进水浊度偏低时PAC加药量反倒升高的现象, 是由于水中缺乏胶体矾花的颗粒核[2], 矾花密实度较小难以沉降, 为了压制出水浊度导致投药增多。
4.4 进水浊度与污泥回流量的影响关系
试验不同进水浊度对污泥回流泵流量的影响, 高效沉淀池进水流量相近、进水浊度在5~26NTU之间。通过对试验数据统计分析, 选用9月21日、9月22日、9月26日、10月12日、10月28日等不同工作日平均进水浊度、污泥回流量, 建立高效沉淀池进水浊度与污泥回流量相关曲线见图5。
从图中可见, 当高效沉淀池进水浊度升高时, 污泥回流量也随之增大, 进水浊度升高至25.4NTU时, 污泥回流量达到2.45m3/h, 当进水浊度偏低时, 污泥回流量也较小, 进水浊度降低到5NTU时, 污泥回流量只有0.85m3/h。这一现象说明在进水浊度较高时, 沉淀澄清区底部有较多的新鲜污泥, 回流至絮凝区可强化絮凝反应、缩短反应时间并增加絮体的沉降性能, 得到良好的净水效果;然而在进水浊度较低时, 沉淀澄清区底部絮凝物不密实、性质差[3], 如果回流量大会使絮体破碎, 沉降速度低发生跑浊, 造成出水浊度超标。
5 试验研究结论
(1) 高效沉淀池在冬季低温低浊地表水净化处理时难度较高, 用药量较大, 在进水量600m3/h, 进水浊度11NTU左右时, PAC用药单耗为12mg/L。
(2) 高效沉淀池PAM的投用量是极为偏低的, 当PAC投药量5mg/L~15mg/L正常范围内, PAC/PAM投药比为139甚至更大, 出水再经流砂过滤池的处理, 完全能达到净化水场出水浊度小于1NTU的指标要求, 实践了一种低PAM投用量的净化水处理模式。
(3) 高效沉淀池进水浊度在20NTU左右时, PAC加药量最低, 当浊度在20.2NTU时, 水处理PAC用药单耗为7.6mg/L, 进水浊度偏高或偏低时水处理用药单耗都增加。
(4) 高效沉淀池进水浊度较高时, 污泥回流量相应增大可以收到较好的净水效果;进水浊度偏低时, 污泥回流量应相应减少, 否则会造成跑浊增大出水浊度。
摘要：通过对高效沉淀池运行控制方法的现场比对试验, 探讨了高效沉淀池运行控制的合理方法。结果表明, 在冬季低温低浊地表水净化处理时用药量较大;在很低的PAM投用模式下能保证净化水场出水浊度达标;高效沉淀池进水浊度较高时污泥回流量相应增大、进水浊度偏低时污泥回流量相应减少才能收到较好的净水效果。
关键词：高效沉淀池,比对试验,低温低浊地表水,PAM投用量,污泥回流量
参考文献
[1] 庞治星, 广东某市自来水厂投加PAM对出厂水效果影响研究[J].广东水利水电, 2015, (3) :17-19.
[2] 贾宏, 姜红安, 张祥, 等.排泥水处理系统药剂试验及工艺改进[J].给水排水, 2007, 33 (4) :43-46.
[3] 刘杨, 赵建伟, 杨兴涛, 孙颖, 等.水厂排泥水处理系统优化运行研究[J].供水技术, 2007, 1 (5) :56-57.