水廠沉淀池改造前后排泥水含固率研究

黃樺濤

（佛山市禪城區(qū)供水有限公司，廣東佛山 528000）

沙口水廠坐落于廣東省佛山市禪城區(qū)，二流程沉淀池建于1993 年，其排泥設(shè)備運(yùn)行時(shí)間已超過設(shè)備的使用年限，工藝落后且部分設(shè)備運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)問題，不僅影響水廠的正常生產(chǎn)，且存在較大的安全隱患，故需要對(duì)二流程排泥車間進(jìn)行升級(jí)改造。對(duì)沉淀池內(nèi)的排泥設(shè)備、配水墻、導(dǎo)流墻及集水槽進(jìn)行改造，優(yōu)化沉淀池工藝參數(shù)，提高沉淀池排泥水處理效果，可以起到降低能耗的效果。該流程共有3 座獨(dú)立沉淀池（2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)），目前2 號(hào)沉淀池尚未進(jìn)行改造，而3 號(hào)沉淀池、4 號(hào)沉淀池分別于2019 年10月21 日、12 月11 日改造完畢，完工后兩池均進(jìn)入試運(yùn)行階段。為驗(yàn)證二流程沉淀池改造成效，需設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)針對(duì)各沉淀池排泥水含固率進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)比改造前后沉淀池排泥水含固率變化。

水源來自北江支流東平河流域，水源水質(zhì)介于地表水Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)之間。水廠沉淀池排泥水成分包括水、水源水經(jīng)過混凝沉淀后形成的沉淀物、泥沙、懸浮物、膠體物質(zhì)、有機(jī)物、微生物及殘余的混凝劑等。排泥水成分復(fù)雜，根據(jù)GB/T 5750.4-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法：感官性狀和物理指標(biāo)》中溶解性總固體的測(cè)定稱量法[1]和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版的殘?jiān)鼫y(cè)量方法[2]制定實(shí)驗(yàn)方案，結(jié)合水廠實(shí)際運(yùn)行的水量、投礬量、原水濁度、排泥周期等參數(shù)，在相同條件下對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池各位置的排泥水進(jìn)行同步取樣檢測(cè)，計(jì)算各位置的平均含固率，對(duì)各位置平均含固率取平均值，得出各沉淀池總平均含固率作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而得出結(jié)論。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 人員配置

為確保實(shí)驗(yàn)有效性，各個(gè)沉淀池需進(jìn)行同步采樣，故需要取樣及測(cè)樣人員4 名，當(dāng)班人員1 名，共5 名。

1.1.2 材料儀器配置

對(duì)講機(jī)2 臺(tái)；250 mL 取樣瓶48 個(gè)；標(biāo)簽若干；筆3 支；秒表3 個(gè)；100 mL 蒸發(fā)皿48 個(gè)；100 mL小燒杯若干；XMTD-8222 恒溫水浴鍋2 臺(tái)、DHG-916A 恒溫烘箱1 臺(tái)，上海精宏；BSA124S-CW 電子分析天平，感量0.1 mg，Sartorius。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)參數(shù)

試運(yùn)行一段時(shí)間，改造沉淀池各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后，2020 年4 月開始進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)東平河處于枯水期末端，根據(jù)水廠日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，水源水濁度在15.3～30.7 NTU 波動(dòng)，波動(dòng)范圍不大，可認(rèn)為原水濁度較為穩(wěn)定；查閱資料并結(jié)合水廠過往枯水期實(shí)際運(yùn)行情況[3]，該季排泥水污泥中會(huì)含有大量的藻類以及有機(jī)物，污泥中有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%左右[4]。據(jù)此可知，沙口水廠枯水期排泥水可能含有部分有機(jī)物和少量泥沙[5]。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性及考慮實(shí)際情況，在取樣期間，排泥周期均設(shè)為24 h，運(yùn)行水量約為2 000 m3/h；綜合實(shí)際情況，所需投礬量控制在15.3 mg/L 左右[6]。

1.2.2 試驗(yàn)步驟

在排泥運(yùn)行周期（24 h）后進(jìn)行檢驗(yàn)，刮泥機(jī)刮到排泥槽附近，觸動(dòng)行程開關(guān)，開啟排泥閥開始排泥，排泥閥開啟時(shí)間為60 s。排泥槽從沉淀池出水端（靠近集水槽）開始編號(hào)（編號(hào)見圖1）。于排泥閥出口處取泥樣，同一條排泥槽單邊排泥閥處取樣即可，取樣瓶為250 mL。

排泥閥開啟5 s 后開始取樣，1#、2#、3#排泥槽連續(xù)取3 個(gè)250 mL 的樣，在每個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行排泥的1 min 內(nèi)分別在15 s、25 s、35 s 各取一個(gè)樣；4#、5#、6#排泥槽連續(xù)取5 個(gè)250 mL 的樣，在每個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行排泥的1 min 內(nèi)分別在5 s、15 s、25 s、35 s、45 s 和55 s 各取一個(gè)樣。取樣后取樣瓶存放在水廠化驗(yàn)室以進(jìn)行后續(xù)測(cè)樣。

根據(jù)GB/T 5750.4-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法：感官性狀和物理指標(biāo)》中溶解性總固體的測(cè)定稱量法和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版的殘?jiān)鼫y(cè)量方法，結(jié)合排泥水的性質(zhì)進(jìn)行烘干。從取樣瓶中取100 mL 水樣于已預(yù)處理的蒸發(fā)皿中，置于水浴鍋上蒸干后移入烘箱，1 h 后取出在干燥器內(nèi)冷卻30 min，稱量直至恒重。根據(jù)烘干前后稱量的數(shù)據(jù)由公式（1）得出含固率。

圖1 水廠沉淀池排泥水采樣點(diǎn)示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 排泥水初次實(shí)驗(yàn)

在投礬量約為15 mg/L、原水濁度大于20 NTU 的情況下，對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池進(jìn)行排泥水含固率實(shí)驗(yàn)，各沉淀池各取樣點(diǎn)平均含固率見圖2。沉淀池從進(jìn)水端至出水端含固率呈逐漸降低趨勢(shì)，2 號(hào)沉淀池、3 號(hào)沉淀池、4 號(hào)沉淀池總平均含固率分別為3.13%、6.96%、11.56%。結(jié)果表明，3 號(hào)沉淀池、4 號(hào)沉淀池總平均含固率遠(yuǎn)高于2 號(hào)沉淀池，但4 號(hào)沉淀池比3 號(hào)沉淀池的總平均含固率要高，差異主要在于4#、5#、6#排泥槽位置的含固率，且差別較大。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，原水濁度越高，兩者差異越大。

2.2 排泥水二次實(shí)驗(yàn)

圖2 原水濁度大于20 NTU 時(shí)3 個(gè)沉淀池各取樣點(diǎn)平均含固率

在投礬量約為15 mg/L、原水濁度小于20 NTU 的情況下，對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池進(jìn)行排泥水含固率實(shí)驗(yàn)，各沉淀池各取樣點(diǎn)平均含固率見圖3。3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池整體含固率從進(jìn)水端至出水端呈逐漸降低趨勢(shì)，2 號(hào)沉淀池、3 號(hào)沉淀池、4 號(hào)沉淀池總平均含固率分別為0.72%、2.42%、3.69%。3 號(hào)沉淀池和4 號(hào)沉淀池總平均含固率高于2 號(hào)沉淀池，但提升幅度不大，但3 號(hào)沉淀池各點(diǎn)位置排泥水的含固率仍普遍低于4 號(hào)沉淀池，判斷3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池存在改造工藝差別。

圖3 原水濁度小于20NTU 時(shí)3 個(gè)沉淀池各取樣點(diǎn)平均含固率

2.3 3 號(hào)沉淀池再次改造后對(duì)比實(shí)驗(yàn)

經(jīng)分析，在兩池其他實(shí)驗(yàn)條件一致的情況下，由于沉淀池靠近進(jìn)水端的底泥較多，同時(shí)發(fā)現(xiàn)3 號(hào)沉淀池靠近進(jìn)水端的3 條排泥管孔徑為2.5 cm，而4 號(hào)同位置的排泥管孔徑擴(kuò)大至3.5 cm。因此，初步判斷擴(kuò)孔是4號(hào)沉淀池含固率高于3號(hào)沉淀池的原因。因此，將3 號(hào)沉淀池靠近進(jìn)水端的3 條排泥管孔徑擴(kuò)大至3.5 cm 后，在相同條件下，對(duì)3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池重新取樣進(jìn)行含固率實(shí)驗(yàn)，各取樣點(diǎn)平均含固率見圖4。

結(jié)果表明，3 號(hào)、4 號(hào)沉淀池從進(jìn)水端至出水端含固率呈逐漸降低趨勢(shì)，3 號(hào)沉淀池、4 號(hào)沉淀池總平均含固率分別為10.36%、10.20%，兩池結(jié)果相差較小，且如圖所示兩池各點(diǎn)趨勢(shì)基本一致，各點(diǎn)含固率相差不大。因此，判定擴(kuò)孔是4 號(hào)沉淀池含固率高于3 號(hào)沉淀池的原因，且同時(shí)證明3.5 cm 的排泥管孔徑比2.5 cm 的排泥管孔徑更有利于沉淀池的排泥。

圖4 3 號(hào)沉淀池再次改造后與4 號(hào)沉淀池各點(diǎn)平均含固率比較

3 結(jié)論

改造后的3 號(hào)和4 號(hào)沉淀池總平均含固率遠(yuǎn)高于未改造的2號(hào)沉淀池，且改造后排泥效率提升明顯。3.5 cm 的排泥管孔徑比2.5 cm 的排泥管孔徑更有利于沙口水廠沉淀池的排泥。水廠在其他流程沉淀池的改造中可參考二流程沉淀池的改造，對(duì)排泥管孔徑進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)孔。