某凈化站始建于1983年，位于長沙礦冶研究院辦公區(qū)，為不影響周邊環(huán)境，凈化站每天工作時間為3h，處理水量為100m3/h。由于凈化站建設(shè)年代久遠(yuǎn)，存在工藝設(shè)備落后、自動化程度低、處理系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊能力差等問題。另外，凈化站位于市區(qū)，離湘江較近，出水排人市政污水管網(wǎng)，處理藥劑過量投加帶來的二次污染給周邊居民帶來影響，甚至影響湘江水質(zhì)。
為徹底解決以上問題，在保證凈化站不停產(chǎn)的前提下，對現(xiàn)有處理設(shè)施各處理工序均進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，改造后出水中CODcr、Mn、Tl含量遠(yuǎn)低于原系統(tǒng)，穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996)中第一類污染物最高允許排放濃度及當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的總量控制要求；且Na2S噸水消耗量減少了60%，降低了運(yùn)行成本，徹底解決了對環(huán)境的二次污染。
1、水質(zhì)資料與工藝流程確定
1.1 水質(zhì)資料
凈化站廢水主要來自氧化錳廠經(jīng)預(yù)處理后的濃水，以及少量實(shí)驗(yàn)大樓的實(shí)驗(yàn)廢水（不超過10m3/d)。
通過對進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行全分析，廢水中含有多種重金屬，其中主要重金屬種類及指標(biāo)見表1。
凈化站處理后出水排人市政污水管網(wǎng)，結(jié)合長沙市環(huán)保局對凈化站出水的要求，出水重金屬指標(biāo)參照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996)中第一類污染物最高允許排放濃度，具體水質(zhì)指標(biāo)見表1。
1.2 工藝流程確定
本項(xiàng)目采用化學(xué)處理法去除廢水中的重金屬，通過選擇合適的化學(xué)反應(yīng)藥劑，使廢水中金屬離子與其反應(yīng)生成不溶性的鹽或氧化物（包括氫氧化物）沉淀而去除。從表1可以看出，本項(xiàng)目廢水中主要超標(biāo)重金屬為Mn、Tl，且進(jìn)水含量均不高，特別是Tl含量極低。需要對微含量的重金屬進(jìn)一步降低，在工藝上對化學(xué)反應(yīng)藥劑的選擇以及固液分離的效果要求就更加嚴(yán)格。本項(xiàng)目通過精確計算各處理工序運(yùn)行參數(shù)，確定最佳工況后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計與改造，并增加了尾水過濾系統(tǒng)，改造后工藝流程如圖1所示。
2、提質(zhì)改造設(shè)計與實(shí)踐
2.1 加藥系統(tǒng)工藝改造
常年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明，投加NaOH使廢水pH值達(dá)到12左右，再投加絮凝劑進(jìn)行沉淀，可以保證出水中包括Mn在內(nèi)的多項(xiàng)重金屬指標(biāo)達(dá)標(biāo)，但單純投加堿對Tl的去除效果不理想。Tl含有劇毒，國家對外排水中Tl含量的要求特別嚴(yán)格。實(shí)踐證明，針對廢水中的Tl，硫化物沉淀效果明顯優(yōu)于氫氧化物沉淀，主要是由于氫氧化鉈沉淀物粒徑過于細(xì)小不易沉淀，通過絮凝后經(jīng)斜管沉淀池沉淀1h都很難保證出水達(dá)標(biāo)。但在保證堿性條件下，同時向廢水中投加過量的Na2S，經(jīng)絮凝沉淀后，上清液出水中Tl含量可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。但由于本項(xiàng)目出水排人市政污水管網(wǎng)，與生活污水混合，生活污水中的一些厭氧菌在管網(wǎng)中發(fā)酵產(chǎn)酸，出水中殘留的Na2S在酸性條件下易形成H2S并從沿途的污水檢查井中溢出，產(chǎn)生異味，給周邊居民帶來影響。
為徹底解決此環(huán)境影響，本次提質(zhì)改造首先對投加的藥劑進(jìn)行改良。ME-2是由長沙礦冶研究院自主研發(fā)的一種專門針對含Tl廢水的捕捉藥劑，該藥劑是以具有國際先進(jìn)水平的高分子重金屬離子捕集沉淀劑為核心技術(shù)的系列處理藥劑，能在常溫下與廢水中的Tl迅速反應(yīng)，生成不溶水的螯合鹽，再加人少量有機(jī)或(和)無機(jī)絮凝劑，形成絮狀沉淀。該法是一種新處理方法一螯合沉淀法。ME-2的特點(diǎn)如下：①不論廢水中的Tl離子濃度高低，均能發(fā)揮去除效果；②多種重金屬離子共存時，能同時去除；③對重金屬離子以絡(luò)合鹽形式（EDTA、檸檬酸等）存在的情況，也能發(fā)揮良好的去除效果；④能去除膠質(zhì)重金屬；⑤不受共存鹽類的影響。
另一方面通過對原人工加藥系統(tǒng)進(jìn)行自動化改造，精確計量，增加在線監(jiān)測儀表，嚴(yán)格控制藥劑投加量。在溶液池，NaOH、Na2S及ME-2按比例20：4：1混合溶解后，配制成濃度為5%的堿混合液，通過加藥栗精確計量投加至廢水進(jìn)水栗的吸水管中，經(jīng)水栗葉輪高速旋轉(zhuǎn)混合后進(jìn)人反應(yīng)塔。加藥栗原采用一臺普通離心泵，離心泵出口流量會根據(jù)管道壓力變化而變化，無法做到恒定流量投加，改造后選用1臺變頻軟管栗，主要參數(shù)為：Q=0〜5m3/h，P=1.6MPa，N=4kW。軟管泵具有很好的計量功能，與普通隔膜計量泵相比，具有流量大、吸程高、不易堵塞的特點(diǎn)，更適合于本項(xiàng)目使用工況。
加藥量根據(jù)反應(yīng)塔進(jìn)水處新增的pH在線監(jiān)測計進(jìn)行反饋?zhàn)冾l控制，并在軟管泵投加管道上新增電磁流量計在線監(jiān)測藥劑投加量。根據(jù)調(diào)試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，藥劑投加量控制在450mg/L，反應(yīng)塔進(jìn)水pH值控制在12左右，處理效果最佳。
2.2 反應(yīng)塔工藝改造
凈化站現(xiàn)有1座反應(yīng)塔，直徑4.5m，高7.2m，半地下式結(jié)構(gòu)。1983年凈化站建設(shè)時，作為原處理工藝的核心處理工序，與懸浮澄清池原理類似，是集混凝和泥水分離于一體的處理構(gòu)筑物。在反應(yīng)塔中加人絮凝劑，生成礬花形成穩(wěn)定的泥渣層，原水經(jīng)過泥渣層時水中的雜質(zhì)與原有的泥渣進(jìn)行接觸絮凝，使細(xì)小的絮凝粒相互聚合，或被泥渣層所吸附，清水向上分離，原水得到凈化，懸浮泥渣在吸附了水中懸浮顆粒后不斷增加，多余的泥渣經(jīng)排泥孔進(jìn)人濃縮室，濃縮到一定濃度后，由排泥管排走。懸浮澄清式反應(yīng)塔處理效率高，在20世紀(jì)70〜80年代得到了廣泛應(yīng)用，但其對原水的水量、水質(zhì)、水溫及混凝劑等因素的變化影響較明顯，處理效果不夠穩(wěn)定。
隨著前端生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，凈化站進(jìn)水的水質(zhì)和水量都有較大變化；而且隨著國家對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，單靠一座懸浮澄清式反應(yīng)塔，出水已無法滿足環(huán)保要求。為提高反應(yīng)塔的處理效果和抗負(fù)荷沖擊能力，將原有的懸浮澄清式反應(yīng)塔改造成空氣攪拌式澄清反應(yīng)塔，經(jīng)常年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明，該形式反應(yīng)塔出水水質(zhì)明顯優(yōu)于靜態(tài)的懸浮澄清式反應(yīng)塔。
在反應(yīng)塔中增加了1個直徑2m、高3m、與反應(yīng)塔同心的圓錐形反應(yīng)室，并在反應(yīng)室內(nèi)布置曝氣和絮凝劑投加管道，原水與堿液混合后經(jīng)栗提升至該反應(yīng)室，然后與絮凝劑在反應(yīng)室內(nèi)通過空氣攪拌作用充分混合反應(yīng)，同時防止反應(yīng)形成的礬花在反應(yīng)室內(nèi)沉淀。充分反應(yīng)后的泥水混合液從反應(yīng)室頂部向反應(yīng)塔內(nèi)外圈的泥水分離室溢出，在泥水分離室清水向上分離，被反應(yīng)塔頂部的環(huán)形集水槽收集后自流至下一處理工序，絮凝后的懸浮物則下沉進(jìn)人濃縮室，濃縮到一定濃度后，由排泥管排走。
絮凝劑選用陰離子型聚丙烯酰胺（PAM)，配藥濃度為0.5%，投加量為30m^/L。采用三槽式干粉泡藥機(jī)自動化定量投加，主要參數(shù)為：藥液泡制量Q=1500L/h，N=4kW。采用隔膜計量栗進(jìn)行投加，一用一備，主要參數(shù)為：Q=900L/h，P=0.35MPa，N=0.75kW。并在絮凝劑投加管道上新增電磁流量計在線監(jiān)測藥劑投加量。
2.3 沉淀系統(tǒng)工藝改造
為進(jìn)一步確保泥水分離效果，將反應(yīng)塔出水的清水池改造成沉淀池。原清水池容積較大，分成兩級沉淀：一級沉淀采用斜管沉淀，表面負(fù)荷3m3/(m2.h)，有效容積為：LxBxH=6mX6mX4m；二級沉淀采用平流沉淀，表面負(fù)荷1.4m3/(m2•h)，有效容積為：LxBxH=12mX6mX3m。并在池底放坡，鋪設(shè)排泥管道，幫助排泥。
2.4 酸性廢水處理池工藝改造
實(shí)驗(yàn)大樓的酸性廢水通過酸性廢水處理池單獨(dú)收集預(yù)處理后進(jìn)人廢水處理系統(tǒng)，廢水量約10m3/d，每日處理一次。從表1可以看出，該股廢水除強(qiáng)酸污染外，重金屬含量基本未超標(biāo)。但現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廢水中含有較多的Fe2+，國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中并未對Fe2+含量進(jìn)行要求，但水中的Fe2+會影響出水色度，因此排放前仍需對其進(jìn)行去除。另外，鐵的氧化物（包括氫氧化物）可以作為共沉淀劑，能與多種重金屬形成共沉淀，從而提高沉降效果。因此本項(xiàng)目將沉淀池出水的堿性上清液（pH=12)按15m3/d的量回流至酸性廢水處理池，與實(shí)驗(yàn)大樓的酸性廢水（pH=1.8)進(jìn)行中和，通過池內(nèi)新增的pH在線監(jiān)測計，控制出水pH值在6左右，再栗送至沉淀池進(jìn)水端與總進(jìn)水混合后一同進(jìn)入后續(xù)處理工序。
酸性廢水處理池有效容積25m3，本次改造在池內(nèi)新增曝氣設(shè)施，一方面起到混合攪拌的作用，并防止重金屬懸浮物在此沉淀；另一方面對Fe2+進(jìn)行氧化，實(shí)驗(yàn)證明Fe(OH)2沉淀至少要在pH≥10時才能形成，而Fe(OH)3沉淀只需在pH≥4時即可形成，因此通過對酸性廢水進(jìn)行曝氣可以大大降低堿液耗量，也可縮短反應(yīng)時間。本次改造選用耐腐蝕的螺旋式曝氣頭，型號XHBQ-260，材質(zhì)PP，共計48套；曝氣羅茨鼓風(fēng)機(jī)1臺，此風(fēng)機(jī)兼做反應(yīng)塔的曝氣風(fēng)機(jī)，主要參數(shù)為：Q=2.16m3/min，P=0.05MPa，N=4kW。
2.5 新建過濾系統(tǒng)
為提高處理系統(tǒng)的抗負(fù)荷沖擊能力，在尾端增加一座多介質(zhì)過濾器，過濾一些沉淀難以去除的細(xì)小懸浮物，進(jìn)一步確保出水各項(xiàng)重金屬指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。過濾器規(guī)格為φ3.2mX4.5m。濾料由上至下依次為無煙煤和石英砂：無煙煤粒徑0.8〜1.8mm，不均勻系數(shù)K80<2.0，鋪填厚度500mm；石英砂粒徑0.5~1.2mm，不均勻系數(shù)K80<2.0，鋪填厚度500mm；石英砂下部為礫石承托層，粒徑2~8mm，鋪填厚度200mm。濾池底部采用長柄濾頭配水系統(tǒng)。
由于過濾器處理水量較大，為節(jié)約反洗水量，采用氣水聯(lián)合反沖洗：其中水平均反洗強(qiáng)度為7L/(s.m2)，氣平均反洗強(qiáng)度為16L/(S.m2)，反洗歷時10~15min。配套選用進(jìn)水加壓栗1臺，主要參數(shù)為：Q=100m3/h，H=18m，N=15kW；反洗水栗1臺，主要參數(shù)為：Q=200m3/h，H=30m，N=30kW；反洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)1臺，主要參數(shù)為：Q=7.97m3/min，P=0.06MPa，N=15kW。過濾器3〜4d反洗一次，反洗周期根據(jù)運(yùn)行時間、出水濁度、進(jìn)出水壓差等情況進(jìn)行確定，反洗過程實(shí)現(xiàn)自動化控制。
2.6 其它工藝改造
本次改造在對凈化站內(nèi)各主體處理單元進(jìn)行工藝改進(jìn)的基礎(chǔ)上，針對站內(nèi)整體運(yùn)行環(huán)境和處理效率，也采取了如下措施：
1)對所有管道進(jìn)行更新，對污泥、空氣、給排水等不同類型管道進(jìn)行區(qū)分。管道布置遵循節(jié)約水頭的原則，所有管道集中通過管溝或管架布置，既保證管道美觀流暢，又方便檢修維護(hù)。
2)對所有電氣設(shè)備進(jìn)行更換或新增，包括集中配電柜、PLC柜、設(shè)備外控箱等。所有電纜均通過玻璃鋼橋架集中鋪設(shè)，進(jìn)人設(shè)備的電纜通過熱鍍鋅鋼管埋地走暗管。
3)根據(jù)工藝需要，在處理流程上新增過程監(jiān)測儀表，包括進(jìn)出水在線監(jiān)測、pH在線監(jiān)測計、流量計、壓力表、液位控制開關(guān)等。并設(shè)置集中控制室，在控制室內(nèi)采用PLC和電腦操作可完成設(shè)備啟停與聯(lián)鎖控制、處理工況監(jiān)視與控制、異常工況報警和緊急事故處理等，大大節(jié)約了人工勞動力，提高了系統(tǒng)處理效率。
2.7 工藝改造效果
通過對比改造前后出水指標(biāo)、藥劑消耗量的代表月份逐日監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值，原處理系統(tǒng)雖能保證出水中CODCr、Mn、Tl基本達(dá)標(biāo)，但偶爾峰值會出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，且Na2S消耗量過大，造成運(yùn)行成本增加和環(huán)境二次污染。改造后的新系統(tǒng)，Na2S用量降低了60%，出水CODCr、Mn、Tl含量遠(yuǎn)低于原系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定達(dá)到GB8978-1996中第一類污染物最高允許排放濃度，大大降低了運(yùn)行成本，徹底解決了對環(huán)境的二次污染。改造前后出水指標(biāo)及藥耗見表2。
本次提質(zhì)改造總投資不超過200萬元，所有改造項(xiàng)目均在保證原處理系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下進(jìn)行，必要時建設(shè)臨時處理設(shè)施，待新系統(tǒng)調(diào)試正常后再進(jìn)行切換，本項(xiàng)目是對老舊廢水處理站不脫產(chǎn)改造的成功案例。
3、結(jié)語
為解決某凈化站工藝設(shè)備落后、自動化程度低、處理系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊能力差等問題，對該凈化站加藥系統(tǒng)、反應(yīng)塔、沉淀系統(tǒng)、酸性廢水處理池、過濾系統(tǒng)等各工段進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并增加了尾水處理系統(tǒng)。改造后的新系統(tǒng)，Na2S用量降低了60%，出水CODCr、Mn、Tl含量穩(wěn)定達(dá)到GB8978-1996中第一類污染物最高允許排放濃度，大大降低了運(yùn)行成本，徹底解決了對環(huán)境的二次污染。（來源：長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司）
