高效澄清池工艺在大型厂域中的应用

高效澄清池工艺在大型厂域中的应用

为应对污染日益严重的原水水质，满足较高的废水水质标准，欢迎2010年上海世博会的召开，协助上海市国家863委托的“太湖流区安全饮用水保障技术”示范工程。上海市已开始建设了两座大型百年厂：南市厂和杨树浦厂的7#生产系统。南市水厂和杨树浦水厂均以有机污染较为严重的黄浦江为水源,一直采用混凝沉淀、过滤、消毒常规工艺,出水水质无法满足新的水质标准;此外,水厂排泥水未经任何处理就近排入水体,对水环境造成了一定污染;且两水厂清水库调节容量均小于5%,存在一定的运行安全隐患。因此,必须对水厂净水工艺进行升级改造、增设排泥水处理系统并尽可能扩大水厂清水库调节容量。针对升级改造目标,开展了“上海自来水深度处理工艺研究与应用(黄浦江水源)”以及“太湖流域安全饮用水保障技术”等科研项目的研究,提出了预臭氧、混凝沉淀、过滤、后臭氧、活性炭吸附、消毒工艺改造方案。由于两座水厂均位于中心城区,建设用地紧张,因此在水厂中占地面积最大的混凝沉淀池型式的选择成为设计关键因素,经过大量的调研和技术经济比较后,决定充分利用这两个项目部分采用法国政府贷款的有利条件,采用法国得利满公司的高效澄清池(Densadeg)混凝沉淀工艺。在处理规模>20×104m3/d时,该工艺占地仅为目前国内普遍采用的水力絮凝和平流沉淀池的1/4。此外,它在实现除浊的同时兼有污泥浓缩功能,沉淀污泥可直接送至脱水设备脱水,可使浓缩池的建设规模大为缩小。与此同时,还开展了“高效澄清池及生物滤池处理黄浦江原水的适用性研究”,通过近半年的中试规模试验研究,验证了该工艺对黄浦江原水的适用性并进一步优化了设计参数,为工艺设计提供了科学依据。1高效澄清池的组成高效澄清池处理工艺基于以下原理:澄清区与絮凝区一体化结合;絮体由絮凝区至澄清区低速传输;在澄清区下部浓缩区与絮凝区之间的污泥外部循环;有机高分子絮凝剂的应用;在澄清区设置斜管。其工艺原理如图1所示。整个高效澄清池由絮凝区、预澄清区、浓缩污泥贮存区、斜管澄清区等组成。絮凝区由搅动絮凝区与推流絮凝区组成。在对进水和循环污泥投加微量高分子助凝剂的条件下,可产生内部大流量泥渣循环的絮凝器能生成均匀的、非常密的絮凝体,大大提高了沉淀前的混凝效果及泥水分离后的污泥浓缩效果。与其他混凝沉淀或澄清工艺相比,在控制相同混凝剂投加量和出水浊度的条件下,可达到很高的澄清速率(20～40m/h),是平流沉淀池的13～26倍、传统澄清池的5～10倍、斜管沉淀池的3～6倍,因此构筑物占地面积很小。此外,其排泥含固率可达3%～10%,能直接满足污泥脱水设备的进泥含固率要求。2对废水的处理效果研究项目试验研究在南市水厂北部厂区进行,为期三个月。主要研究了高效澄清池对黄浦江原水的除浊效果,包括常态运行、耐冲击负荷能力、与水厂现有平流沉淀池平行对比、药剂消耗量,以及在合理的运行负荷和投药量状况下其排泥水的含固率是否能达到直接脱水的要求。另外还研究了投加粉末活性炭对CODMn的去除效果,以及pH调节对浊度及CODMn去除效果的影响等。试验装置为中试规模,处理能力为25m3/h。2.1最佳流量的确定混凝剂投加量为25、30mg/L(与水厂生产相同),助凝剂投加量为0.1mg/L,在改变原水水量负荷的条件下,考察了高效澄清池的处理效果。试验表明,在20、22.5、25m3/h不同流量负荷下,对浊度的去除效果无明显差异,出水水质基本稳定。在混凝剂投加量为30mg/L时出水浊度<1NTU,投加量为25mg/L时出水浊度为0.8～1.25NTU。2.2负荷突变试验水力负荷变化试验期间混凝剂投加量为27mg/L(与水厂生产相同),助凝剂投加量为0.1mg/L。水力负荷按25、22.5、25、27.5m3/h变化,每种负荷连续试验1h。试验结果表明,在原水平均浊度为40、53.5NTU时,高效澄清池在从额定流量(25m3/h)至±10%突变过程中,其处理水出水水质较为稳定,出水浊度<1NTU。2水质突然变化试验结果表明,当2h内原水浊度从87NTU变化至150NTU时,澄清后出水浊度为0.3～0.9NTU。2.3u3000最佳投加量试验平行对比试验(4#平流沉淀池仅加混凝剂)共进行4d,混凝剂投加量均为24mg/L,高效澄清池助凝剂投加量为0.1mg/L。对比试验结果表明,水厂4#平流沉淀池的出水浊度为1～2NTU,平均为1.5NTU,高效澄清池出水浊度<1NTU,平均为0.68NTU。当高效澄清池混凝剂投量比水厂实际投量低15%时,其出水浊度仍能控制在1.5NTU以下。2.4污泥沉降比m试验中高效澄清池内的污泥泥位高度以池底以上1m为基准,可保证排泥及循环污泥的高浓度。絮凝区的污泥沉降比控制在8%左右,以达到良好的絮凝效果。试验结果表明,高效澄清池的排泥含固率均大于5%。2.5混凝剂用量对浊度去除效果的影响在水力负荷为25m3/h(澄清速率为25m/h)、稳定运行后混凝剂投加量为30mg/L左右、助凝剂投加量为0.1～0.15mg/L、污泥回流比为2%～4%、絮凝区域污泥沉降比为8%的条件下,澄清池出水浊度<1NTU,排泥含固率为3%～10%,pH值的调节对浊度去除效果的影响不大。在原水CODMn为5.5～7mg/L的条件下,不同量混凝剂对其去除率为30%～40%,pH值的调节对其去除效果有一定影响;投加10mg/L的粉末活性炭可使CODMn去除率提高12%左右;当原水CODMn>6mg/L时,即使投加粉末活性炭也难以确保出水CODMn<3mg/L。研究结果表明,高效澄清池适用于黄浦江原水,其高效、占地少和排泥可直接脱水的特点非常适合于上述两个水厂的改造。3工厂改造工程3.1高效澄清池及混凝沉淀根据上海市供水专业规划及建设用地要求,南市水厂的生产规模将从现状的90×104m3/d调整至70×104m3/d,厂区由现状的南北两处调整为仅保留北部厂区,并作适当规划扩展后作为水厂最终70×104m3/d规模的建设用地。一期工程规模为50×104m3/d(其中高配间、清水泵房及吸水井、综合加药间、臭氧制备间、污泥脱水间、废水回用池以及办公、化验、中控、机修、仓库等辅助建筑土建设施均按70×104m3/d规模一次建成),建设用地仅为7.73hm2,用地条件极为紧张。由此,设计考虑设两组高效澄清池,每组规模为25×104m3/d,包括三格平行布置的高效澄清池,每格澄清池包括混合、絮凝和斜管沉淀三个区。在快速混合区前投加硫酸铝,混合接触时间为1min,混合池内设置一套机械混合搅拌器。絮凝区内设一套机械搅拌式反应器,并分别在絮凝区进水处和回流污泥进口处各投加50%高分子助凝剂。斜管沉淀区面积为169m2,最大沉淀速度为21.4m/h,在沉淀区下部设置中心传动刮泥浓缩机。每格澄清池设二套污泥泵,用于污泥回流及排放。循环污泥由污泥泵输送至絮凝区,排放污泥由污泥泵泵至排泥水处理系统的污泥缓冲池。在二组高效澄清池之间设置公共配电间,在相邻两格絮凝池的结构空间之间设置污泥泵房。由于采用了高效澄清池工艺和较合理的构筑物组数,加之充分利用结构空间布置设备,50×104m3/d规模的混凝沉淀设施占地仅0.5hm2。高效澄清池平面布置图见图2。3.2设计高效澄清池杨树浦水厂现状规模为148×104m3/d,其中7#生产系统规模为36×104m3/d。7#生产系统改造工程也是上海市所承担的国家863重大课题“太湖流域安全饮用水保障技术”示范工程之一,示范的核心内容是微污染水源的水厂高效净化集成技术。由于受生产运行条件的限制,该改造工程只能异地重建,但受场地条件的限制,新征建设用地面积仅为2.8hm2。设计中设置两组高效澄清池,每组规模为18×104m3/d。每组包括两格平行布置的高效澄清池。每格高效澄清池的内部布置、公共配电间及污泥泵房设置与南市水厂相似。主要不同之处是在采用相同的单格斜管沉淀区面积的情况下,最大沉淀速度更高,为23m/h,但仍未超出中试的额定沉速。36×104m3/d规模的混凝沉淀设施占地仅为0.33hm2。4工程投运情况目前,杨树浦水厂36×104m3/d规模7#生产系统已建成投产,南市水厂一期50×104m3/d规模工程正在施工中,预计2009年年中可投产运行。已投产近半