高效澄清池工藝在大型廠域中的應用

為應對污染日益嚴重的原水水質，滿足較高的廢水水質標準，歡迎2010年上海世博會的召開，協助上海市國家863委托的“太湖流區安全飲用水保障技術”示范工程。上海市已開始建設了兩座大型百年廠：南市廠和楊樹浦廠的7#生產系統。南市水廠和楊樹浦水廠均以有機污染較為嚴重的黃浦江為水源,一直采用混凝沉淀、過濾、消毒常規工藝,出水水質無法滿足新的水質標準;此外,水廠排泥水未經任何處理就近排入水體,對水環境造成了一定污染;且兩水廠清水庫調節容量均小于5%,存在一定的運行安全隱患。因此,必須對水廠凈水工藝進行升級改造、增設排泥水處理系統并盡可能擴大水廠清水庫調節容量。針對升級改造目標,開展了“上海自來水深度處理工藝研究與應用(黃浦江水源)”以及“太湖流域安全飲用水保障技術”等科研項目的研究,提出了預臭氧、混凝沉淀、過濾、后臭氧、活性炭吸附、消毒工藝改造方案。由于兩座水廠均位于中心城區,建設用地緊張,因此在水廠中占地面積最大的混凝沉淀池型式的選擇成為設計關鍵因素,經過大量的調研和技術經濟比較后,決定充分利用這兩個項目部分采用法國政府貸款的有利條件,采用法國得利滿公司的高效澄清池(Densadeg)混凝沉淀工藝。在處理規模>20×104m3/d時,該工藝占地僅為目前國內普遍采用的水力絮凝和平流沉淀池的1/4。此外,它在實現除濁的同時兼有污泥濃縮功能,沉淀污泥可直接送至脫水設備脫水,可使濃縮池的建設規模大為縮小。與此同時,還開展了“高效澄清池及生物濾池處理黃浦江原水的適用性研究”,通過近半年的中試規模試驗研究,驗證了該工藝對黃浦江原水的適用性并進一步優化了設計參數,為工藝設計提供了科學依據。1高效澄清池的組成高效澄清池處理工藝基于以下原理:澄清區與絮凝區一體化結合;絮體由絮凝區至澄清區低速傳輸;在澄清區下部濃縮區與絮凝區之間的污泥外部循環;有機高分子絮凝劑的應用;在澄清區設置斜管。其工藝原理如圖1所示。整個高效澄清池由絮凝區、預澄清區、濃縮污泥貯存區、斜管澄清區等組成。絮凝區由攪動絮凝區與推流絮凝區組成。在對進水和循環污泥投加微量高分子助凝劑的條件下,可產生內部大流量泥渣循環的絮凝器能生成均勻的、非常密的絮凝體,大大提高了沉淀前的混凝效果及泥水分離后的污泥濃縮效果。與其他混凝沉淀或澄清工藝相比,在控制相同混凝劑投加量和出水濁度的條件下,可達到很高的澄清速率(20～40m/h),是平流沉淀池的13～26倍、傳統澄清池的5～10倍、斜管沉淀池的3～6倍,因此構筑物占地面積很小。此外,其排泥含固率可達3%～10%,能直接滿足污泥脫水設備的進泥含固率要求。2對廢水的處理效果研究項目試驗研究在南市水廠北部廠區進行,為期三個月。主要研究了高效澄清池對黃浦江原水的除濁效果,包括常態運行、耐沖擊負荷能力、與水廠現有平流沉淀池平行對比、藥劑消耗量,以及在合理的運行負荷和投藥量狀況下其排泥水的含固率是否能達到直接脫水的要求。另外還研究了投加粉末活性炭對CODMn的去除效果,以及pH調節對濁度及CODMn去除效果的影響等。試驗裝置為中試規模,處理能力為25m3/h。2.1最佳流量的確定混凝劑投加量為25、30mg/L(與水廠生產相同),助凝劑投加量為0.1mg/L,在改變原水水量負荷的條件下,考察了高效澄清池的處理效果。試驗表明,在20、22.5、25m3/h不同流量負荷下,對濁度的去除效果無明顯差異,出水水質基本穩定。在混凝劑投加量為30mg/L時出水濁度<1NTU,投加量為25mg/L時出水濁度為0.8～1.25NTU。2.2負荷突變試驗水力負荷變化試驗期間混凝劑投加量為27mg/L(與水廠生產相同),助凝劑投加量為0.1mg/L。水力負荷按25、22.5、25、27.5m3/h變化,每種負荷連續試驗1h。試驗結果表明,在原水平均濁度為40、53.5NTU時,高效澄清池在從額定流量(25m3/h)至±10%突變過程中,其處理水出水水質較為穩定,出水濁度<1NTU。2水質突然變化試驗結果表明,當2h內原水濁度從87NTU變化至150NTU時,澄清后出水濁度為0.3～0.9NTU。2.3u3000最佳投加量試驗平行對比試驗(4#平流沉淀池僅加混凝劑)共進行4d,混凝劑投加量均為24mg/L,高效澄清池助凝劑投加量為0.1mg/L。對比試驗結果表明,水廠4#平流沉淀池的出水濁度為1～2NTU,平均為1.5NTU,高效澄清池出水濁度<1NTU,平均為0.68NTU。當高效澄清池混凝劑投量比水廠實際投量低15%時,其出水濁度仍能控制在1.5NTU以下。2.4污泥沉降比m試驗中高效澄清池內的污泥泥位高度以池底以上1m為基準,可保證排泥及循環污泥的高濃度。絮凝區的污泥沉降比控制在8%左右,以達到良好的絮凝效果。試驗結果表明,高效澄清池的排泥含固率均大于5%。2.5混凝劑用量對濁度去除效果的影響在水力負荷為25m3/h(澄清速率為25m/h)、穩定運行后混凝劑投加量為30mg/L左右、助凝劑投加量為0.1～0.15mg/L、污泥回流比為2%～4%、絮凝區域污泥沉降比為8%的條件下,澄清池出水濁度<1NTU,排泥含固率為3%～10%,pH值的調節對濁度去除效果的影響不大。在原水CODMn為5.5～7mg/L的條件下,不同量混凝劑對其去除率為30%～40%,pH值的調節對其去除效果有一定影響;投加10mg/L的粉末活性炭可使CODMn去除率提高12%左右;當原水CODMn>6mg/L時,即使投加粉末活性炭也難以確保出水CODMn<3mg/L。研究結果表明,高效澄清池適用于黃浦江原水,其高效、占地少和排泥可直接脫水的特點非常適合于上述兩個水廠的改造。3工廠改造工程3.1高效澄清池及混凝沉淀根據上海市供水專業規劃及建設用地要求,南市水廠的生產規模將從現狀的90×104m3/d調整至70×104m3/d,廠區由現狀的南北兩處調整為僅保留北部廠區,并作適當規劃擴展后作為水廠最終70×104m3/d規模的建設用地。一期工程規模為50×104m3/d(其中高配間、清水泵房及吸水井、綜合加藥間、臭氧制備間、污泥脫水間、廢水回用池以及辦公、化驗、中控、機修、倉庫等輔助建筑土建設施均按70×104m3/d規模一次建成),建設用地僅為7.73hm2,用地條件極為緊張。由此,設計考慮設兩組高效澄清池,每組規模為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、絮凝和斜管沉淀三個區。在快速混合區前投加硫酸鋁,混合接觸時間為1min,混合池內設置一套機械混合攪拌器。絮凝區內設一套機械攪拌式反應器,并分別在絮凝區進水處和回流污泥進口處各投加50%高分子助凝劑。斜管沉淀區面積為169m2,最大沉淀速度為21.4m/h,在沉淀區下部設置中心傳動刮泥濃縮機。每格澄清池設二套污泥泵,用于污泥回流及排放。循環污泥由污泥泵輸送至絮凝區,排放污泥由污泥泵泵至排泥水處理系統的污泥緩沖池。在二組高效澄清池之間設置公共配電間,在相鄰兩格絮凝池的結構空間之間設置污泥泵房。由于采用了高效澄清池工藝和較合理的構筑物組數,加之充分利用結構空間布置設備,50×104m3/d規模的混凝沉淀設施占地僅0.5hm2。高效澄清池平面布置圖見圖2。3.2設計高效澄清池楊樹浦水廠現狀規模為148×104m3/d,其中7#生產系統規模為36×104m3/d。7#生產系統改造工程也是上海市所承擔的國家863重大課題“太湖流域安全飲用水保障技術”示范工程之一,示范的核心內容是微污染水源的水廠高效凈化集成技術。由于受生產運行條件的限制,該改造工程只能異地重建,但受場地條件的限制,新征建設用地面積僅為2.8hm2。設計中設置兩組高效澄清池,每組規模為18×104m3/d。每組包括兩格平行布置的高效澄清池。每格高效澄清池的內部布置、公共配電間及污泥泵房設置與南市水廠相似。主要不同之處是在采用相同的單格斜管沉淀區面積的情況下,最大沉淀速度更高,為23m/h,但仍未超出中試的額定沉速。36×104m3/d規模的混凝沉淀設施占地僅為0.33hm2。4工程投運情況目前,楊樹浦水廠36×104m3/d規模7#生產系統已建成投產,南市水廠一期50×104m3/d規模工程正在施工中,預計2009年年中可投產運行。已投產近半