南方地區(qū)水廠沉淀池排泥水回用的可行性分析

何嘉莉， 陳麗珠， 何孫胃， 彭進(jìn)湖

(東莞市東江水務(wù)有限公司， 廣東 東莞 523112)

水廠每天會產(chǎn)生大量廢水，包括沉淀池排泥水、濾池反沖洗水、清潔用水、綠化用水和日常用水等。其中沉淀池排泥水和濾池反沖洗水統(tǒng)稱為生產(chǎn)廢水，約占水廠日排放廢水量的90%以上。生產(chǎn)廢水中含有脫穩(wěn)顆粒、聚合膠體以及未反應(yīng)的混凝劑[1]，以適當(dāng)?shù)幕赜帽然亓髟摬糠謴U水，能提高混凝效果，減少混凝劑的投加量[2]，同時有利于水廠節(jié)能減耗和環(huán)境保護(hù)。目前，研究大多集中在排泥水回用以提高低溫低濁水的處理效果[2-4]，以及濾池反沖洗水的回用[5-7]，針對南方地區(qū)沉淀池排泥水回用的研究相對較少。

試驗中沉淀排泥水取自南方某水廠，該水廠設(shè)計規(guī)模為50×104m3/d，沉淀池排泥水量約為5 000 m3/d，約占廠區(qū)廢水總量的50%。筆者通過混凝攪拌試驗，研究了沉淀池排泥水在不同回用方式和回用比下對水廠水質(zhì)的影響，旨在探明南方地區(qū)水廠沉淀池排泥水回用的水質(zhì)風(fēng)險，考察其回用的可行性，為水廠提標(biāo)改造和節(jié)能減排提供技術(shù)參考。

1 試驗部分

1.1 試驗方法

為考察回用水質(zhì)最差時的沉淀池排泥水對出水水質(zhì)的影響，取沉淀池前端的排泥水并按照一定比例與原水混合，進(jìn)行混凝攪拌試驗?？紤]到水廠原水取水量在一天內(nèi)的變化，為了研究回用比較大時的水質(zhì)風(fēng)險，設(shè)置沉淀池排泥水與原水的比例分別為1︰5和1︰10?；赜梅绞椒譃閮煞N：直接回用排泥水混濁液，以及將沉淀池排泥水靜置30 min后回用上清液。

1.2 檢測項目與方法

濁度：HACH 2100N濁度儀；DOC：水樣經(jīng)0.45 μm玻璃纖維膜過濾后，采用Shimadzu TOC-V CPH 總有機碳分析儀測定；CODMn：高錳酸鉀法；UV254：水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，采用紫外可見分光光度計測定；三維熒光圖譜：水樣經(jīng)過0.45 μm濾膜過濾后，采用Hitachi F-7000熒光分光光度計測定；鋁：鉻天青S分光光度法；鐵：二氮雜菲分光光度法；其他金屬：Thermo Scientific Xseries Ⅱ ICP-MS。

2 結(jié)果與討論

2.1 對濁度的去除效果

沉淀池前端的排泥水中含有大量雜質(zhì)，濁度在1 000 NTU以上，遠(yuǎn)高于水廠原水的濁度。從圖1可知，回用沉淀池排泥水上清液基本不會提高混合后水樣的濁度，而回用沉淀池排泥水混濁液會使混合后水樣的濁度大幅度上升。

向原水和混合水樣中投加1.5 mg/L PAC(以有效鋁計)進(jìn)行混凝攪拌試驗，取各水樣上清液測定其濁度。從圖1可知，回用沉淀池排泥水上清液或混濁液均能實現(xiàn)較好的助凝效果，混凝沉淀后出水濁度均低于未回用時。回用混濁液且回用比較大時，其助凝效果更顯著。分析認(rèn)為這是因為沉淀池排泥水中殘留了混凝劑水解產(chǎn)生的金屬氫氧化物脫穩(wěn)膠體顆粒，其在回用的過程中被再次利用，降低了混凝后絮體表面的Zeta電位絕對值，發(fā)揮了靜電吸附與電性中和的作用。此外，沉淀池排泥水混濁液中含有的大量粗顆粒物質(zhì)，顯著提高了水中顆粒的碰撞頻率，并且可以作為絮凝核為絮凝創(chuàng)造更有利的條件。

2.2 對有機物的去除效果

混凝沉淀前后，原水和4個含有回用沉淀池排泥水的混合水樣中有機物的變化如圖2至圖4所示。可以看出，不同的回用方式和回用比下，混凝沉淀前各個試驗水樣的DOC與UV254均相差不大。回用上清液并未提高混凝沉淀前CODMn升高的風(fēng)險；而回用混濁液的水樣，隨著回用比的增大，混凝沉淀前的CODMn大幅度上升。

圖1 對濁度的去除效果Fig.1 Removal effect of turbidity

圖2 對DOC的去除效果Fig.2 Removal effect of DOC

分析圖2至圖4可知，沉淀池排泥水中的有機物主要為不溶性的有機物質(zhì)，檢測DOC與UV254前必須用0.45 μm濾膜過濾。盡管沉淀排泥水中的不溶性有機物質(zhì)很多，但這部分有機物質(zhì)并不會對DOC與UV254產(chǎn)生影響。經(jīng)過混凝沉淀后，4個含有回用沉淀池排泥水的混合水樣的有機物指標(biāo)均與無回用的情況相當(dāng)。因此，回用沉淀池排泥水并不會增加有機物超標(biāo)的風(fēng)險。

圖3 對UV254的去除效果Fig.3 Removal effect of UV254圖4 對CODMn的去除效果Fig.4 Removal effect of CODMn

2.3 熒光光譜分析

依據(jù)Chen等[8]的研究結(jié)果進(jìn)行三維熒光計算，混凝沉淀后出水的熒光光譜如圖5所示。

5個水樣的三維熒光光譜均有3個明顯的熒光峰，分布在Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，指示原水中含有BOD5的含苯環(huán)類蛋白物質(zhì)、富里酸類物質(zhì)以及微生物代謝蛋白物質(zhì)等。由于三維熒光的檢測必須用0.45 μm濾膜對水樣進(jìn)行過濾，因此，檢測結(jié)果受水中溶解性物質(zhì)影響。

從圖5可以看出，原水與4個混合水樣的溶解性部分物質(zhì)相同，這說明沉淀池排泥水的加入并未改變原水中溶解性物質(zhì)的分類。結(jié)合圖6可知，回用沉淀池排泥水也不會影響各個熒光區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)體積的含量。

圖5 混凝沉淀后的三維熒光圖譜Fig.5 Three-dimensional fluorescence spectra after coagulation and sedimentation

圖6 混凝沉淀后不同熒光區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)體積的含量Fig.6 The standard volume of different fluorescence areas after coagulation and sedimentation

2.4 對金屬指標(biāo)的影響

投加1.5 mg/L PAC(以有效鋁計)進(jìn)行混凝沉淀后，出水中金屬指標(biāo)情況見表1。當(dāng)沉淀池排泥水混濁液 ∶原水=1 ∶5時，混凝沉淀后錳含量為0.141 mg/L，超出國標(biāo)限值。因此，如果直接回用沉淀池排泥水，應(yīng)根據(jù)實際情況降低回用比例。除錳以外，5個水樣中其他金屬的濃度均遠(yuǎn)低于國標(biāo)限值，不會造成回用后出水中這些金屬含量的升高。

表1 排泥水回用對金屬指標(biāo)的影響Tab.1 Effect of reusing the sludge water on metals mg·L-1

3 結(jié)論

① 無論回用沉淀池排泥水上清液還是混濁液，回用比為1 ∶10和1 ∶5時均可實現(xiàn)較好的助凝效果；回用沉淀池排泥水混濁液且回用比較大時，助凝效果更顯著。

② 回用沉淀池排泥水不會提高原水混凝沉淀后出水的DOC、UV254和CODMn等有機物的含量。

③ 熒光光譜數(shù)據(jù)顯示，回用沉淀池排泥水不會改變原水中溶解性物質(zhì)的分類，也不會影響各個熒光區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)體積的含量。

④ 當(dāng)沉淀池排泥水混濁液︰原水=1 ∶5時，混凝沉淀后的水樣存在錳超標(biāo)風(fēng)險；其他金屬的含量遠(yuǎn)低于國標(biāo)限值。

⑤ 只要控制好回用比，回用沉淀池排泥水基本不存在濁度、有機物和金屬等指標(biāo)超標(biāo)的風(fēng)險。但沉淀池排泥水的含泥量較高，回用過程中沉淀在沉淀池底部的污泥再次回到沉淀池中，會提高沉淀池底泥的含量，進(jìn)而加大排泥車的工作負(fù)荷?；赜贸恋沓嘏拍嗨耐瑫r，應(yīng)根據(jù)實際情況增加沉淀池排泥的次數(shù)，避免由于底泥過多導(dǎo)致排泥車無法正常運行。

⑥ 目前，大部分水廠都將沉淀池排泥時間集中在晚上，沉淀池排泥存在單次排泥水量大、含泥量高等特點。如果保留原有的排泥模式，無法實現(xiàn)直接回用，應(yīng)考慮設(shè)置調(diào)蓄池。試驗發(fā)現(xiàn)，沉淀池污泥在非密封的情況下約4 d就會有異味釋放。因此，若設(shè)置調(diào)蓄池，要定時清淤并做好污泥處理。