某沿海燃煤电厂海水淡化前端预处理反应沉淀池在海水退潮过程中出现絮凝体大量上浮，严重影响出水水质。此现象出现的根本原因是海水密度和浊度变化使池内水流产生异重流。因此，我公司通过对沉淀池进行改造，增设污泥回流系统，通过试验加强对沉淀池污泥的有效利用，提高沉淀池出水水质，降低混凝剂投加量，同时也节省部分污泥处理费用。
关键词：沉淀池；海水；潮汐；污泥回流
The Application Research of Sludge Resuing in the Enhanced Coagulation Experimental of the Desalination
Zhang Hao1
(1.Zhejiang Energy Marine Environmental Technology Co., Ltd ,Hangzhou 311100,China)
ABSTRACT
Enhanced coagulation technology is one of the most effective methods to reduce the water organic matter content and improve the quality of the output water, but most of the traditional enhanced coagulation process need to increase the dosage of coagulant cost, thus increasing the cost of water,which does not conform to the current system of energy saving industry of water.
During the course of seawater falling tide, a mass of flocculated granules floated upward to upside of seawater sedimentation tanks in a coal-fired power station on the coast, which influences the effluent water seriously. It is found that the basic causes are that the changes of density and turbidity of sea water result in the density current in sedimentation tanks. Therefore, our company has upgraded the sedimentation tanks, added a sludge return system, through testing to enhance the effective utilization of sludge sedimentation tank, improve the effluent quality, reduce the dosage of coagulant, while saving part of the sludge treatment costs.
Keyword:Sedimentation tank, seawater, tidal, sludge return
1.海淡预处理系统概述
水资源可持续利用时关系到国民经济发展的重大战略问题，近十多年来随着水资源短缺问题的日益严重，我国电厂建设已进入多元化水资源时代，沿海（近海）地区的新建电厂向大海要水，北方地区的新建电厂采用中水（城市污水再生水/其他行业排水等）[1]。其中，海水淡化项目极为重视前端预处理，选用合理的预处理工艺是海水淡化系统的关键。
某燃煤电厂生产用淡水由海水经反渗透淡化工艺制取，海水取自乐清湾。海水在进入淡化车间之前采用絮凝+斜板沉淀工艺进行净化预处理，处理设备为反应沉淀池。反应沉淀池设计规模为3组，总处理水量为3900m3/h。预处理系统流程见图1所示。
图1 海淡预处理系统流程
原水池中的海水，经提升泵送至反应沉淀池过程中，在经过列管混合器时，与混凝剂混合，矾花在反应区内生成并在向前推进过程中逐渐长大，水流出反应区后进入过渡区，经过过渡区整流堰整流后从隔墙底部配水孔均匀进入沉淀池沉降区进行自然沉降。沉降区内设置斜板，出水集水槽在池顶端垂直于进水方向均匀布置，出水最终经汇流渠流出。反应池池底设有多个泥斗，通过9个排泥阀将污泥排出。
反应沉淀池运行时投加的混凝剂为氯化铁，助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），加药量根据进水浊度和进水流量进行调整。混合采用列管式混合器。反应区内装有星型翼片絮凝设备，水力分级分为三级。反应区安装有混凝剂投加至列管混合器设备前端加药口处，助凝剂投加在反应区第一格内。
2.改造前反应沉淀池运行情况
乐清湾系不规则半日潮，受岸流落差大（打水湾上溯即江厦潮汐电站，落差达8.6m），小潮时潮汐影响退潮时将底部泥质上翻，大潮时情况稍好[2]。浊度最大可以达2000NTU以上，平潮浊度在50-200NTU左右，浊度变化大时容易引起翻池。受机组负荷变化引起排水温度变化引起翻池，存在间隙性翻池。使后续处理压力较大。
根据运行期间观测和最佳加药量实验结果，进水浊度在100~900TNU之间，在此条件下聚合铝铁加药质量浓度在15~30mg/L之间调整可得到较好的出水水质，稳定运行时出水浊度＜5NTU。
系统运行后，经过长时间观测发现，反应沉淀池在绝大部分时间内能够得到较好的出水水质，但在连续运行的过程中每天都会有2个时间段内发生出水浊度明显升高，严重时出水浊度大于60NTU，每个时间段持续4个小时左右，之后能够迅速恢复正常。连续观测后，根据每日原水浊度上升时间同样呈现规律性，且与乐清湾海水退潮时间相吻合。
由图2可知，进入沉淀池原水的浊度在涨潮时上升，在落潮时下降。由图3可知，进入沉淀池的海水温度在涨潮过程中下降，在退潮过程中上升，最高潮位和最低潮位相差最多达1.8℃。
通过对反应沉淀池跟踪分析，认为沉淀池翻池是因为沉淀池内水力条件变化引起异重流所致，而乐清湾潮汐过程中海水水质变化是导致异重流产生的直接原因[3]。
3.改造工艺介绍
本次工程将原有星型翼片絮凝设备更换为微涡竖流折板絮凝设备，新增污泥回流系统，经安装调试至最佳回流比，使沉淀池具有更好的沉淀效果，显著提升出水水质，降低运行成本。此种方法具有以下优点：（1）增加污泥回流通过增加绥中颗粒杂质的浓度，提供新的絮凝吸附空位，使得微粒碰撞的概率、速率以及有效碰撞率增大，进而提高絮凝效果[4]；（2）回流污泥中的颗粒物通常较大，更易于孤夜风里，达到良好的絮凝效果；（3）回流污泥中含有可以利用的混凝剂和助凝剂，从而可以减少混凝剂的投加量，达到节约成本的目的[5]；（4）回流的污泥能够缓解由于潮汐引起的原水温度变化导致的异重流，从而减少沉淀池翻池时间。
3.1微涡竖流折板絮凝设备
絮凝属于湍流动力学条件起控制作用的多相物系反应过程，絮凝设备利用流体微涡动力学理论控制湍流中涡旋衰减，进而达到科学、合理控制絮凝过程的目的。折板絮凝设备由折板、整流翼片和框架组成。
微涡竖流折板絮凝设备是在竖流隔板絮凝设备基础上发展起来的，它是将竖流隔板絮凝设备的平板隔板改成具有一定角度的折板。其基本工作原理是，通过在絮凝池内设置一定数量的折板，加入絮凝剂并经充分混合的水流进入上下翻腾的夹间通道，通过折板间形成的缩放或拐弯造成边界层分离现象，并产生附壁紊流耗能,在絮凝池内沿程输入微量而足够的能量,增加水流内部颗粒的相对运动、相互碰撞,有效地提高输入能量的利用率和容积使用率，以缩短絮凝时间，提高絮凝体的沉降性能，从而达到絮凝的效果。折板絮凝按折板组合形式，可分为同波折板和异波折板两种类型，两种折板絮凝类型的水动力学条件稍有不同。
与原有星型翼片絮凝设备相比，微涡竖流折板絮凝设备具有如下工艺特点：
（1）有较好的絮凝效果。由于絮凝池中的折板构造，从而保证了水中颗粒的碰撞概率；另外，为了防止絮凝体在水流振荡中被剪坏，全过程流速沿程递减，分段控制低流速，使絮凝粒度逐渐增大而沉速增加。
（2）较小的能耗。由于流速低，相应的水头损失就小，其中大部分能量消耗在颗粒的碰撞上，能量利用比较合理，以较小的能耗，取得了较好的絮凝效果。
3.2污泥回流系统
重庆大学硕士研究生王鹏飞[6]利用中试试验絮凝沉淀装置针对冬季长江水对不同污泥回流量对浊度去除效果的影响进行了试验。试验证明，对污泥进行回流能有效提高浊度去除率，对改善水质有显著的效果。
推测其改善混凝沉淀效果的机理为：充分发挥污泥中仍有活性的混凝剂的电中和及吸附性能；污泥回流可增多絮凝池的体积较大的固体颗粒，为絮凝提供凝聚的核体，解决了低浊度水不易凝聚的难题；污泥回流后增大悬浮颗粒碰撞的几率，形成较密集的絮体和矾花，能更好地发挥网捕和卷扫作用，从而使得污泥回流时在较低投药量下也能改善絮凝沉淀效果，提高沉淀出水水质。
但最佳污泥回流比是与具体的进水水质、混凝剂助凝剂的种类及混凝工艺有关，因而应根据具体的情况在调试过程中确定最佳回流比。
3.3改造后工艺流程
改造后工艺流程见图4所示。
图4 改造后的预处理系统流程
4.改造调试后运行数据分析
在改造调试完成后，在混凝剂和助凝剂加药量相同的情况下，选取其中两座絮凝沉淀池，对比开启污泥回流和不开启回流的情况下，进水浊度与出水浊度如图5所示：
图5 出水浊度与潮位对比
5.结论与建议
5.1结论
本工程对原有海水淡化预处理工艺进行改造，包括絮凝设备的更换，增加污泥回流系统，并通过后期调试试验，主要得出以下结论：
处理工艺改造优化后能够明显改善潮汐对海水絮凝沉淀池出水浊度的影响。经系统调试，在正常运行情况下，确定最佳污泥回流比为8%，落潮时翻池时间明显减少，非潮位变化时段达到处理后水浊度能够控制在3NTU以内。通过加强对沉淀池污泥的有效利用，提高沉淀池出水水质，降低混凝剂投加量，同时也节省部分污泥处理费用。
5.2存在的问题和建议
（1）原水浊度收潮汐影响较大，但随潮汐呈现规律性变化。理论上可依据潮位表在PLC中设置相关逻辑，在潮位来临前调整药剂加药量以应对浊度的突然变化。但潮位表数据量庞大，要实现此功能存在较大难度。
（2）受工程改造和调试时间的限制，未能准确确定最佳排泥周期和排泥比等参数。实际运行中仅凭经验设置了定时排泥，可能会对运行效果产生一点影响。建议后期可在排泥角阀出口设置泥斗及相关计量装置，加强对污泥性能的研究和分析，进一步确定最佳排泥周期、最佳排泥量等参数。
[参考文献]：
[1]孙平、李锐、朱洪：我国热力发电厂海水淡化预处理工艺现状与探讨[C]
[2]杨成浩、廖光洪、罗锋、徐晓华：乐清湾的潮位、潮流和余流特征[J]
[3]冯礼奎等：潮汐影响海水沉淀池运行的原因分析与对策[J]
[4]Tung HH,Xie YF. Association between haloacetic acid degradation and heterophic bacteria in water distributionsystems. Water Research[J], 2009,43(4):971-978
[5]J.P.Malley, J.K.Edzwald. Laboratory comparison of dissolved air flotation with conventional treatment. AWWA[J], 1991,84(9):56-61
[6]王鹏飞：污泥回流在冬季长江水强化混凝处理中的应用研究[D]
[作者简介]：张豪(1991-)，男，汉族，籍贯：舟山定海，大学本科，2014年毕业于南昌大学，助理工程师，就职于浙江浙能迈领环境科技有限公司。研究方向：工业水处理。
论文作者:张豪
论文发表刊物:《城镇建设》2019年21期
论文发表时间:2019/12/16
标签：絮凝论文; 污泥论文; 浊度论文; 混凝剂论文; 沉淀池论文; 潮位论文; 水质论文; 《城镇建设》2019年21期论文;