关键词: 气浮; 排泥水; 混凝; 絮凝; 优化
水源的变迁必然带来水质的改变，促使净水工艺做出对应的变化。天津市某水厂从 2015 年开始，将引滦水改为南水北调中线引江水作为饮用水水源后，原水水质发生了很大改变，呈现浊度低、悬浮物少、有机质低的特点。水厂因此调整了混凝剂种类和投加量，排泥水的质和量也随之发生了很大变化，研究排泥水处理系统浓缩、脱水工艺优化十分必要。笔者以该水厂净水气浮工艺排泥水处理系统为对象，进行工艺优化分析与试验研究，以期获得可供实际生产借鉴的工艺优化参数，提升出泥含固率，提高排泥水系统的处理效率。
1 排泥水处理系统
1. 1 工艺流程
该水厂早年建成的排泥水处理系统，设计依据针对以引滦水为代表的低温、低浊、高藻且有机质含量较高的水库水。为了保证污泥浓缩效果，采用两级浓缩工艺，分别为斜管浓缩池和成套气浮浓缩池。该水厂排泥水处理系统工艺流程如图 1 所示。
1. 2 排泥水的组成
送检污泥取自污泥调节池，主要成分含量和占比检测结果见表 1。由测定结果可知，排泥水中 Al2O3、Fe2O3 占比较多，与净水气浮工艺投加聚合氯化铝和三氯化铁混凝剂有直接关系，是产泥的主要来源。
1. 3 排泥水污泥量计算
有研究表明，净水厂的产泥量通常与原水的SS、投加的混凝剂和助凝剂、色度、pH 调节剂等有关。与国内大多数水厂相同，该水厂净水工艺设计产泥量的计算参考《给水排水设计手册》( 第 3 册)以及英国水研究中心编制的《污泥处理指南》中提供的污泥干固体含量计算公式。
英国水研究中心推荐:
式中 DS 为干泥量，t /d; Q 为自来水处理水量， m3 /d; SS 为去除的原水悬浮物浓度，mg /L; C 为去除的原水色度; A 为铝盐混凝剂投加量( 以 Al2O3 计) ，mg /L; F 为铁盐混凝剂投加量( 以 Fe 计) ，mg /L。
Cornwell 推荐的原水浊度 － SS 关系为:
SS = bT ( 2)
式中 b 为 SS 与浊度的相关系数; T 为原水浊度，NTU。可以看出，污泥产量与原水的悬浮物浓度( 或原水浊度) 、加药种类及投加量相关性较大。在原水浊度不高的情况下，b 取值为 0. 7 ～ 2. 2。饮用水源为引江水后，该水厂原水浊度常年在 5 NTU 以 下，故取 b 值为 1. 5，原水浊度保守取值 3. 0 NTU。则计算公式简化如下:
DS = Q( 4. 5 + 1. 53A + 1. 9F) × 10 － 6
依据该水厂 2019 年引江水水质和净水工艺投药量，计算得出最大污泥干固体量约为 8. 9 t /d，若离心脱水污泥含固率按 13. 5% 计，则污泥量约为65. 9 t /d，与污泥车间生产实报产泥量 65. 4 t /d 相 近。而依据引滦水水质计算得出的设计最大污泥干固体量为 42. 82 t /d，与引江水水质相比差距很大。以 2020 年 4 月 3 日的生产运行数据计算，最大污泥干固体量为 5. 53 t /d，若离心脱水污泥含固率按 13. 5% 计，则污泥量为 41. 0 t /d，与生产实报产泥量 43. 6 t /d 相近。
2 分析项目与方法
2. 1 分析项目
开展了混凝实验、沉降试验、比阻实验、斜管浓缩中试等，分析指标包括浊度、污泥浓度、含固率等。
2. 2 试验装置与仪器
试验装置: 透明有机玻璃沉降柱和 1 座斜管浓缩中试装置。
试验仪器: HI93703 － 11 便携式浊度计，BBS － 200C 便携式污泥浓度计，MY3000 － 6D 六联混凝试验搅拌器。
2. 3 方法
采用重量法测定污泥的含固率，采用布氏漏斗真空过滤法测定污泥比阻，真空度为 380 mm Hg 或 0. 05 MPa。
3 排泥水处理系统优化分析
3. 1 处理单元污泥含固率
水厂排泥水处理系统各处理单元污泥含固率监测数据见表 2。
从表 2 可知，排泥水处理系统斜管沉淀池进泥( 调节池出口) 、斜管沉淀池出泥( 均衡池) 、气浮池出泥 和 离 心 机 出 泥 的 含 固率平均值分别为0. 058% 、0. 25% 、1. 15% 和 13. 50% ，均未达到相应设计值的要求，特别是调节池污泥浓度偏低很多。
从排泥水各处理单元的效能上看，斜管沉淀池的浓缩效率最低，直接影响了后续处理效率。因此，分析现有系统工艺存在的问题，研究新水源条件下排泥水斜管混凝浓缩、PAM 絮凝气浮浓缩、脱水性能，筛选适宜的斜管浓缩混凝剂，调整斜管沉淀池、气浮池等设施的运行工况，从而提高出泥含固率很有必要。
3. 2 混凝浓缩试验
在整个排泥水处理工艺中，排泥水浓缩是关键，直接影响脱水效果，决定脱水工艺运行成本。基于水厂排泥水质轻、不易沉降的特性，试验研究了斜管加药混凝沉降性能和浓缩工艺参数。试验所用混凝剂取自水厂净水气浮处理工艺所用三氯化铁( 以下简称铁盐) 和聚合氯化铝( 以下简称铝盐) ，铁盐密度为 1. 46 kg /m3，含量为 43% ; 铝盐密度为 1. 2 kg /m3，含量为 10% 。
3. 2. 1 单一混凝剂试验
当采用单一混凝剂进行试验时，向初始污泥浓度为 2. 32 g /L 的排泥水中分别投加 20，30，40，50 和 60 mg /L 的三氯化铁，上清液浊度为 0. 93，0. 67， 0. 80 和 0. 75 NTU; 向初始污泥浓度为 2. 32 g /L 的排泥水中分别投加 20，30，40，50 和 60 mg /L 的聚合氯化铝，上 清 液 浊 度 为 1. 11，1. 11，1. 07，0. 92 和 0. 85 NTU。铁盐混凝剂较铝盐的混凝效果更好，且投加量较少。试验中发现，混凝形成的絮体松散细小，沉速较慢。
3. 2. 2 组合混凝试验
有研究表明: 当混凝剂形成的絮粒细小松散，不易沉淀时，活化硅酸可通过吸附架桥作用将絮粒连接起来，从而增大絮凝体的尺寸和密度，提高沉淀效果。对初始污泥浓度为 4. 94 g /L 的排泥水，选取活化硅酸作为助凝剂( 投加量为混凝剂投加量的1 /3 ～ 1 /2) ，分别与三氯化铁、聚合氯化铝组合进行混凝试验，结果见表 3。可以看出: 活化硅酸与铁盐组合较与铝盐组合的混凝效果更好且投加量少，因此后续试验中采用铁盐作为混凝剂。
3. 3 排泥水沉降试验
3. 3. 1 自然沉降
对排泥水开展自然沉降试验，结果见图 2。可以看出污泥初始浓度越低，沉降速度越快，底泥浓度与初始浓度成正相关。
3. 3. 2 混凝沉降试验
对排泥水开展铁盐混凝沉降试验，结果表明初始污泥浓度增大，投药量也要随之加大; 底泥浓度随投药量的增加而升高，但污泥界面沉降速度却变慢。污泥初始浓度相同时，组合混凝沉降效果优于自然沉降，且有更高的底泥浓度，如图 3 所示。
原标题：水厂排泥水处理系统工艺优化试验研究
原作者：巴如虎， 陈静梅， 白雪娟， 姜建伟， 巴 珊， 尹 硕
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