胡經(jīng)緯
(沈陽航空工業(yè)學(xué)院安全工程系，遼寧沈陽110034)

　　摘　要：采用集成了變速波紋板混凝反應(yīng)、縱向波紋斜板沉淀分離、自反沖過濾三種單元反應(yīng)于一體的JS—25型高效陶瓷廢水凈水器處理陶瓷工業(yè)廢水并得以回用，采用WL380—C型螺旋卸料沉降離心機(jī)進(jìn)行陶泥回收，收到了較好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對陶瓷廢水高效凈水器提高反應(yīng)效率、縮短反應(yīng)時(shí)間、改善沉淀污泥分離效果等技術(shù)措施進(jìn)行了分析，并對試運(yùn)行中出現(xiàn)的問題和改進(jìn)辦法進(jìn)行了介紹。
　　關(guān)鍵詞：陶瓷；廢水；混凝反應(yīng)；斜板沉淀；高效凈水器
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)07-0052-04

1　工程概況

　　在生產(chǎn)陶瓷的過程中會(huì)產(chǎn)生一部分泥漿廢水，廢水中的懸浮物主要是粒徑＜150μm的固體顆粒,其中具有很強(qiáng)的分散性且粒徑＜10 μm的微細(xì)顆粒比例很大。由于各陶瓷廠管理水平差異較大，車間布局乃至排水管道、溝渠的坡度、長短不同，造成各廠之總排水口陶瓷廢水的懸浮物濃度普遍為1 000～1×10⁴ mg/L左右，淤塞市政管道，污染水體，必須治理。
　　沈陽陶瓷廠用水量為100×10⁴ t/a，以自備深井水源為主。排水量為80×10⁴t/a，其中屬污染較重的陶瓷工業(yè)廢水為20×10⁴ t/a，主要污染物為懸浮物，濃度為500～1000mg/L。
　　針對該廠的廢水水質(zhì)，提出以陶瓷廢水高效凈水器和陶泥螺旋卸料沉降離心機(jī)為主體設(shè)備的綜合治理方案，除了能夠使污染物得到治理以外,還可以使寶貴的水資源、陶瓷泥漿回用于生產(chǎn)。
　　經(jīng)與廠方共同確認(rèn)，進(jìn)入廢水處理站的廢水量Q=25m³/h，SS=500～1000 mg/L。
　　陶瓷廢水處理流程見圖1。

2　處理機(jī)理

　　高效陶瓷廢水凈水器由通常稱之為一元化凈水器的設(shè)備發(fā)展而來，依陶瓷廢水的性質(zhì)和特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)行參數(shù)有所變化，但是混凝反應(yīng)、斜板沉淀和雙層濾池過濾的機(jī)理相同。
2.1 凈水器的混凝機(jī)理
　　陶瓷軟質(zhì)料以高嶺土為主，經(jīng)石磨機(jī)(俗稱水碾子)中碎和濕式球磨機(jī)微碎處理后，在水中分散為微米級(jí)負(fù)電荷膠體。廢水中膠體顆粒雖然作布朗運(yùn)動(dòng)，但彼此并不能碰撞、接觸、聚集而沉降，主要原因在于它們帶有同性電荷、膠體微粒間的靜電斥力和水化膜。即使不受這種凝聚穩(wěn)定性的影響，由于固體顆粒在水中的沉降速度遵從斯托克斯定律，大量直徑為2～5μm的固體顆粒的沉降速度也是極其緩慢的。一旦加入絮凝劑電解質(zhì)，壓縮膠體結(jié)構(gòu)的雙電層，就會(huì)導(dǎo)致膠粒間相互凝聚脫穩(wěn)，分散污泥形成礬花，粒徑加大到肉眼可見的毫米級(jí)，才能大大改善沉降性能。根據(jù)混凝機(jī)理，電解質(zhì)的凝聚能力大約與離子價(jià)數(shù)的六次方成正比。要達(dá)到同樣凝聚效果,1價(jià)、2價(jià)、3價(jià)正離子投加量之比約為729∶64∶1；要使負(fù)電荷膠體脫穩(wěn)，所需高價(jià)正離子遠(yuǎn)比低價(jià)正離子有效。只是必須注意，如果三價(jià)鋁鹽等高價(jià)正離子投加量過多，由于物理化學(xué)諸多作用影響，使膠核表面吸附過多正離子，同樣會(huì)使膠體帶有同性電荷，需重新穩(wěn)定,從而不能形成易沉降的礬花，影響懸浮物去除效果。
2.2 變速波紋板混凝反應(yīng)器
　　常規(guī)混凝反應(yīng)構(gòu)筑物的反應(yīng)時(shí)間需20 min，容積較大，難以實(shí)現(xiàn)小型化、設(shè)備化。變速波形板反應(yīng)采用兩兩相對的正弦波形板約束水流，其加工工藝保證了水流通道忽寬忽窄，流速忽緩忽急，不斷產(chǎn)生渦流，加強(qiáng)了混凝反應(yīng)的效果。同時(shí)，水在反應(yīng)器中，由開始流經(jīng)等寬度的波形板所形成的單通道，進(jìn)而擴(kuò)大為雙通道，到最后的四通道，使水流平均流速按V0→0.5V0→0.25V0規(guī)律變化，此乃使懸浮物顆粒經(jīng)混凝反應(yīng)所形成的礬花能夠隨著進(jìn)程逐漸長大而不致破壞的重要技術(shù)措施(見圖2)。

　　陶瓷廢水高效凈水器的體積只有常規(guī)混凝反應(yīng)構(gòu)筑物的25%～30%，相對于平面布置的重力流構(gòu)筑物而言，由于采用了壓力流，使之能按立體化、小型化、設(shè)備化設(shè)計(jì)制造，并便于室內(nèi)安裝。
　　沈陽陶瓷廠高效凈水器的處理水量為25 m3/h，混凝反應(yīng)器在正常負(fù)荷下停留時(shí)間為6min,而通?？梢栽谶^負(fù)荷20%的工況下即Q=30m³/h下運(yùn)行,停留時(shí)間為5min,出水亦可保證正常。變速混凝反應(yīng)器制造尺寸為2.25m×0.45m×2.4 m,與斜板沉淀器和自反沖過濾器集成為“一元化”凈水器，十分緊湊。
2.3 縱向波紋斜板沉淀器
　　將斜板加工成縱向平直、橫向成正弦波形狀，安裝傾角為60°。布水管在下，集水管在上，為逆向流斜板沉淀。通常逆向流動(dòng)的水流與泥流界面相互紊動(dòng)有使分離效率降低的弊端，而縱向波紋形斜板可以使沉泥在向下滑的同時(shí)也會(huì)沿波紋弧面向兩側(cè)更低處滑動(dòng)，泥流復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是偏向波紋板兩側(cè)波谷向下流動(dòng)，進(jìn)而被收集到斜板組兩側(cè)凹槽下面垂直相對的集泥槽中。布水管居中均勻布水，與污泥各行其道，互不相擾，巧妙地提高了分離效果(見圖3)。

　　集泥槽下的集泥斗設(shè)計(jì)成左右不對稱而且偏向兩側(cè)的形狀用以接受沉降污泥，從而較大地縮短了排泥管長度，減小了阻力。
2.4 自反沖雙層濾池
　　凈水器前端并列四個(gè)雙層濾池，由排列有序的進(jìn)水閥和排污閥操作，布水裝置由穿孔管和多孔布水板兩次勻速，在四個(gè)濾池同時(shí)順流過濾過程中，可以充分發(fā)揮濾層作用。
　　自反沖過程是關(guān)閉需要反沖的濾池進(jìn)水閥門，在開啟該濾池排污閥門的同時(shí)，關(guān)閉凈水器的總出水閥門。這樣，其他三個(gè)正在順流過濾的濾池底部凈水區(qū)的凈水只能反方向通過反沖濾池，攜帶大量污泥由排污管排出。每格濾池反沖洗時(shí)間為3～5 min左右，排污管出水清如凈水時(shí)即可轉(zhuǎn)換閥門，繼續(xù)沖洗另外的濾池。通常情況下每班反沖一次，反沖過程方便、快捷、徹底。
　　利用雙層濾料過濾技術(shù)，級(jí)配合理的雙層濾料可以大大增加濾層的含污率，減少反沖次數(shù)，提高過濾速度，減小設(shè)備體積。用簡單的蝶閥操作可以實(shí)現(xiàn)自反沖，使多格濾池實(shí)行交替反沖、連續(xù)工作，從而省卻了反沖水箱及反沖泵等配套設(shè)備。

3　技術(shù)對策

3.1 絮凝劑用量
　　陶瓷泥漿生產(chǎn)工藝在中碎工序添加了增濃劑，泥漿分散均勻了，廢水卻因此更難以沉降。采用燒杯試驗(yàn)方法，或者用成型多杯試驗(yàn)儀器，確定絮凝劑的投加量，是陶瓷廢水處理工藝長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。經(jīng)過篩選、測試，確定該廠廢水的聚合氯化鋁投加量在20～30 mg/L范圍內(nèi)，通?？梢允钩鏊甋S<20 mg/L,滿足回用于濕磨工序用水水質(zhì)的要求；如果處理水直接排放，懸浮物指標(biāo)按遼寧省第二級(jí)第三類水域（SS<150 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)，聚合氯化鋁按加藥量下限10～15 mg/L投加即可。需要說明的是試運(yùn)行期間曾經(jīng)試驗(yàn)不添加絮凝劑，即便使用高效凈水器，出水也十分混濁，SS遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過150 mg/L，可見陶瓷廢水細(xì)微固體顆粒確實(shí)具有很強(qiáng)的凝聚穩(wěn)定性和穿透能力。
3.2 排氣閥門和視盅
　　陶瓷廢水反應(yīng)器的波紋板用2 mm厚PVC板熱塑成型、焊接制造，水流屬于壓力流，水流通道為折返式垂直向，立式設(shè)計(jì)，占地面積小。為避免運(yùn)行中空氣聚集在反應(yīng)器上部，阻塞水流通道，采取了兩項(xiàng)技術(shù)措施：一是陶瓷廢水泵采用液下泵，減少進(jìn)水管吸入空氣的條件；二是在反應(yīng)室頂部法蘭蓋水流折返位置設(shè)有四組視盅和閥門，用以每次設(shè)備啟動(dòng)之前的注水排氣，視盅的設(shè)置便于觀察操作。
3.3 取樣閥、注水閥和排泥閥
　　由于反應(yīng)器波紋板由2 mm厚PVC板焊接制造，兩側(cè)水位差若超過一定高度，波紋板將承受不了靜水壓力而開裂破損，因此運(yùn)行前應(yīng)該使波紋板反應(yīng)器內(nèi)外同步充水。檢修時(shí)，如果需要放空設(shè)備中的水，也需要反應(yīng)器內(nèi)外各部位同步排水，為此采取三項(xiàng)技術(shù)措施：
　　①浮子流量計(jì)設(shè)置在凈水器出水口之后，水質(zhì)清澈，便于觀察；而且浮子流量計(jì)之后的出水管設(shè)置高度要求超過凈水器最高點(diǎn)高度，以便設(shè)備停機(jī)時(shí)保持滿水位；在出水干管最高點(diǎn)設(shè)DN25取樣管閥一組，除作為處理水取樣管之外，還要求凈水器每次停機(jī)的同時(shí)打開該閥門，吸入空氣，破壞虹吸。否則，虹吸形成會(huì)急劇排出設(shè)備中的水，凈水器后部形成較高真空度進(jìn)而造成反應(yīng)器塑料波紋板損壞。
　?、谠诓y板反應(yīng)器各水室之間的間隔板上設(shè)置了反方向的逆止閥片，由凈水器尾部連出的DN20注水管閥一組，可以逆向向反應(yīng)器各水室、斜板沉淀器同步注水，并且在達(dá)到沉淀池出水水位后，將同時(shí)向雙層濾池注水(見圖4)。

　?、廴绻枰趴諆羲鳎仨殢姆磻?yīng)器前幾個(gè)水室單獨(dú)接出氵曳水排泥閥，與注水閥同步排水。否則，只開注水閥單獨(dú)排水，反應(yīng)器前幾個(gè)水室的水被逆止閥片阻斷，PVC波紋板也會(huì)遭到損壞。
3.4 避免超壓運(yùn)行
　　陶瓷廢水高效凈水器設(shè)計(jì)工作壓力≤0.04 MPa，浮子流量計(jì)按大于1.5倍工作流量選用40m³/h的規(guī)格設(shè)置于出水端，便于觀察浮子位置。但其對設(shè)備帶來的超壓危險(xiǎn)卻是我們始料不及的，如在試運(yùn)行階段，操作工人在水泵啟動(dòng)之后，開啟凈水器出水閥門過快，造成調(diào)節(jié)流量超負(fù)荷較多，另外由于慣性，浮子瞬間沖到流量計(jì)頂端，阻斷水流，造成設(shè)備超壓，外殼開裂損壞。對此，首先補(bǔ)充了操作規(guī)程：要求運(yùn)行人員操作浮子流量計(jì)前的出水閥門時(shí)應(yīng)緩慢平穩(wěn)開啟，而且保證處理水量不得超過30m³/h。另外，把反應(yīng)室前端普通壓力表改為電接點(diǎn)真空壓力計(jì)，設(shè)定設(shè)備運(yùn)行壓力和真空度上下限值，將電接點(diǎn)控制信號(hào)引入液下水泵電控系統(tǒng)，在真空度或者壓力值達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)立即自動(dòng)停泵，保證安全運(yùn)行。此項(xiàng)改進(jìn)減輕了運(yùn)行人員啟動(dòng)設(shè)備時(shí)的顧慮，確保操作安全。

4　結(jié)論

　　采用集成變速波紋板混凝反應(yīng)、縱向波紋斜板沉淀分離、自反沖過濾三種單元反應(yīng)于一體的JS—25型高效陶瓷廢水凈水器處理沈陽陶瓷廠工業(yè)廢水并得以回用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。顯然，在新建廠、新建生產(chǎn)線時(shí)同步進(jìn)行配套處理和回用設(shè)計(jì)，易于做到布局更為合理。

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　　收稿日期：2001-02-18