切割砂浆回收工业废水处理絮凝沉淀装置研究及应用

2013-09-23李军涛王杰徐元清

再生资源与循环经济 2013年5期

李军涛，王杰，徐元清

（河南新大新材料股份有限公司，河南开封475000）

太阳能晶硅片切割砂浆回收时，需要进行固液分离和化学提纯等处理，该过程中会产生大量的工业废水，该类废水中含有大量的固体悬浮物，必须对其进行有效的处理，去除水中的污染物，避免污染环境。通过沉淀池沉淀和过滤，可滤除一部分固体悬浮物，但废水中SS（固体悬浮物含量）值依旧较高，必须通过絮凝沉淀处理，向废水中加入一定量的絮凝药剂，使废水中分散的固体悬浮物，在絮凝剂架桥及网捕吸附的作用下脱稳凝聚形成沉淀，去除废水中的细小悬浮物粒子[1]。不同的絮凝沉淀装置对水体中悬浮物的絮凝沉淀效果影响较大，因此对于工业废水处理，其絮凝沉淀装置就显得尤为重要。

1 絮凝沉淀装置的种类

絮凝沉淀装置自19世纪初在欧美和日本等国开始出现并发展起来。我国在絮凝沉淀装置技术上也取得的了一定的进展，种类有很多，目前使用较多的主要有以下几种：隔板絮凝反应池、折板絮凝反应池、网格絮凝池和机械反应絮凝池。

1.1 隔板絮凝反应池

在絮凝沉淀池内设有许多隔板，构成一道道的廊道，廊道的宽度和深度根据絮凝体聚集结大小要求的不同而定，水流在隔板间的拐弯和速度变化，通过流体流动的能量消耗，促使水中固体悬浮物颗粒在混合阶段脱稳，经初步聚集的微絮粒相互接触碰撞，逐步形成能满足沉降分离要求的较大絮体，是应用历史较久，目前常见的一种絮凝沉淀装置。但隔板间廊道往往建造复杂且难以控制水流，无法适应水质水量的变化，水量过小时隔板间距过窄，不利于管理及维修，当水量变大时，隔板絮凝反应池水利条件不够理想，絮凝效果不稳定[2]。另外水流在经过隔板端面时，在廊道头部形成了一个较大范围的死水区，使得廊道头部及附近区域的絮凝效果受到影响，造成水头损失较大需要较长的絮凝时间。且水流在隔板廊道间转弯流动时，速度以离散方式变小，无法平稳地过渡，使得絮体容易破碎，难以进行后续的沉淀，造成絮凝后期配水出水不均匀。

1.2 折板絮凝反应池

运用折板缩放或转弯造成的水体边界层分离现象所产生的池壁紊流耗能方式，利用紊流机构形成的水力喷射、细小涡旋紊动、角隅涡流等综合效应，水体在絮凝池不同折板间分别产生缩放流动、曲折流动和直线流动，可以显著增加水流相对运动，缩短废水絮凝时间，提高絮凝体沉降性能[3]。折板絮凝反应池提高了池体的容积利用率和能量利用率，有效改善了水流中速度梯度的分布情况，絮凝效果好，絮凝时间短，水头损失小。但折板的安装和维修比较困难，水质水量变化幅度较大时，折板布局的絮凝沉淀池絮凝效果较差。

1.3 网格絮凝池

以工程塑料、木材或钢材制作成与水体中悬浮物颗粒相匹配的网格，大量的网格分段水平安装于竖直池体中，水流向池体流动时，通过网格产生缩放作用形成涡旋，利用由涡旋运动引起的能量扩散作用，与池壁多次碰撞，促进水流中形成众多微小卷动，使得悬浮颗粒碰撞聚集并以圆周形式运动接触结合[4]。这种网格形成的低流速的涡旋运动便于节约水流能量，降低水头损失、缩短混凝反应时间。形成的絮体更为密实，便于后续的絮凝沉淀分离处理。但网格大小需与水体中悬浮物颗粒相匹配，网格过大，缩放作用不明显，涡旋小；网格过小，易堵塞网孔，难以适应水质的变化，且网格末端池体易发生积泥现象。

1.4 机械反应絮凝池

将多个单独的絮凝池串联起来，每个絮凝池内部设有机械搅拌器对水流进行搅拌混合。调节机械搅拌轴转速至适宜范围内，就可在不同水流量时也达到较好的絮凝效果。可控的搅拌强度使得水体在流量高、紊流密度强时，只要外加较小的机械搅拌强度，就能产生较多的微小涡旋，促使水体中悬浮颗粒有效地碰撞，进而达到较好的絮凝效果，而当流量低时适当地增大搅拌轴转速也能有效提高废水絮凝效果[5]。它可以根据水量、水质的变化随时调节各个絮凝池的搅拌强度，使其获得最佳絮凝效果，具有絮凝效率高的特点，可适用于各种规模的水处理厂。但絮凝出水不均匀容易积泥。

2 目前存在的问题

不同的絮凝沉淀装置对工业废水中固体悬浮物的絮凝沉淀效果影响较大，传统的絮凝沉淀装置工艺技术落后，存在诸多的缺陷，难以适应切割砂浆工业固体悬浮物多、易积泥、水质水量变化大的特点以及现代废水处理发展的要求。目前絮凝沉淀装置存在的问题主要包括以下几个方面。

2.1 水力水头损失较大

传统的絮凝沉淀装置因水流条件不理想，动能有效利用率低，造成能量中的大部分成为无效消耗，从而延长了絮凝时间，增大了池体容积。尤其在转弯处，水流流速离散减少，无法平稳过渡，造成水头损失较大，急剧的水头损失形成的不均匀速度梯度分布，造成絮凝初始阶段速度梯度过小，达不到高效的颗粒碰撞，絮凝末段速度梯度过高，颗粒撞击过大，造成絮体破碎，不利于絮体的形成，影响絮凝沉淀效果。

2.2 不能适应废水水质水量的变化

水质水量的变化，对折板絮凝池的水力停留时间以及折板间水流速度带来较大影响，难以和絮凝池体各部分功效相匹配，造成絮凝沉淀池利用率下降。水体流量小时，水流速度低，降低了颗粒碰撞接触絮凝效果，水体流量大时，絮凝池内水流紊动过激，造成絮体易破碎。这些变化对絮粒的生成均带来一定影响，造成絮凝沉淀池阻塞，影响了工业废水的絮凝沉淀处理，造成处理水量下降。

2.3 絮凝出水口易积泥、出水不均匀

水体在絮凝池内流动时，絮凝颗粒的生成、絮凝沉淀装置的阻尼作用产生的流速突变，以及絮凝沉淀末段絮粒的沉降作用，均会造成转弯处和絮凝末段出口处容易产生积泥，阻塞水流通道，出水流量难以分配均匀，影响后继絮凝沉淀处理，造成絮凝沉淀效率下降、处理水量减少，对工业废水处理生产运行造成影响。

3 解决措施

絮凝池整体布局及其结构形式产生不同的絮凝水力条件，对絮凝效果有很大的影响。为解决传统絮凝沉淀装置存在的问题，消除对工业废水絮凝沉淀带来的不利影响，开发设计新型絮凝沉淀装置，使其水头损失小，能够适应水质水量的变化，出水分配均匀并且消除絮凝出口积泥的现象。其装置基本构造如图1所示。

分别在絮凝池a和絮凝池b中安装可调式强力混合搅拌装置，搅拌器的转速可调节，对水体混合的强度可控制。搅拌强度根据水体的水质水量情况调节。搅拌强度不足，难以引起颗粒的充分碰撞，使得所形成的絮体大而松散，絮体内更容易包裹微小气泡，不利于絮体的沉降，固体悬浮物去除率较差。搅拌强度过大，引起的较大剪切力会引起絮体的破碎，进而影响絮体的凝聚和沉降。

废水进入絮凝池a后，水体中的固体悬浮物在可调式强力混合搅拌装置的作用下，与投加的絮凝药剂迅速均匀地混合，然后经絮凝池连通孔进入絮凝池b，通过搅拌器继续与投加的絮凝药剂混合。絮凝池连通孔与絮凝出水口呈交错分布，在池体搅拌装置的作用下，充分利用水力分布，使投加的絮凝药剂与工业废水能够混合得更加均匀，改善水流涡流扰动状态和速度梯度，减少水头损失，适应不同时期水体水质水量的变化。

通过在絮凝出水口处增设曝气室，通过室内曝气管的均匀曝气，防止絮凝颗粒在出水口处沉降形成积泥，阻塞水流通道。同时通过絮凝出水导流墙均匀分布的墙孔，使得废水经絮凝处理后出水流量均匀分配流出，保证工业废水絮凝处理效果，提高絮凝处理效率，确保污水处理系统平稳、高效运行，可有效应用于切割砂浆回收工业废水处理。