脈沖澄清池排泥運(yùn)行參數(shù)研究

陳洪鵬，王連弟，苗慧茹，齊丹丹

(天津市自來水集團(tuán)凌莊水廠，天津 300381)

沉淀是水處理過程中一個(gè)重要工藝環(huán)節(jié)，常規(guī)沉淀池類型主要有平流沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池和輻流沉淀池。脈沖澄清池是在利用常規(guī)沉淀池運(yùn)行原理并優(yōu)化其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)明出的集混合、反應(yīng)、沉淀為一體的凈水構(gòu)筑物。脈沖澄清池具有占地面積小、處理效果好、節(jié)省藥耗、可均勻布水等特點(diǎn)[1]，采用脈沖布水方式，使原水脈沖式穿越懸浮泥層，增加原水顆粒物與懸浮泥層的碰撞接觸機(jī)會(huì)，提高處理效果。對PULSAZUR?上向流炭吸附脈沖澄清池的原理和運(yùn)行過程分析發(fā)現(xiàn)，脈沖澄清池懸浮泥層在凈水過程中起到至關(guān)重要的作用，因此池體排泥不當(dāng)會(huì)直接影響澄清池的運(yùn)行效果。

1 工程概況

天津市某自來水廠采用混凝、沉淀、過濾工藝對長江水原水進(jìn)行處理，規(guī)模為30×104m3/d，工藝流程見圖1。該工藝所選擇的脈沖澄清池和UF膜均具有占地面積小、處理效果好的特點(diǎn)，工藝出水水質(zhì)較好，濁度≤0.02 NTU。

圖1 水廠工藝流程Fig.1 Process flow of the waterworks

2 脈沖澄清池設(shè)計(jì)參數(shù)與污泥量影響因素

2.1 脈沖澄清池設(shè)計(jì)參數(shù)

脈沖澄清池主要由真空室、澄清水區(qū)間、污泥層區(qū)間和污泥濃縮單元四部分組成。其中，污泥層區(qū)間在脈沖澄清池運(yùn)行過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，懸浮泥層的狀態(tài)和泥量直接影響脈沖澄清池的運(yùn)行效果。

該廠現(xiàn)有6座規(guī)模完全一致的脈沖澄清池，單池處理水量為2 292 m3/h，單池污泥層面積為442.2 m2(11 m×8.8 m×2)，懸浮污泥區(qū)水力負(fù)荷為5.2 m/h，

水面高度為4.55 m，單個(gè)澄清池面積為540.1 m2。

2.2 脈沖澄清池污泥量影響因素

混凝實(shí)驗(yàn)產(chǎn)泥過程與脈沖澄清池產(chǎn)泥過程幾乎一致，因此進(jìn)行燒杯混凝實(shí)驗(yàn)是模擬脈沖澄清池運(yùn)行的有效手段。原水SS總量、水量和混凝劑投加量均對澄清池污泥量有不同程度的影響[2]。當(dāng)原水SS總量較高，一定條件下混凝實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生泥量較高；處理水量越大，污泥量也會(huì)相應(yīng)增加；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中混凝劑投加量對礬花形成狀態(tài)存在一定程度的影響，直接影響了混凝實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)泥量。由于目標(biāo)水源為長江水，原水水質(zhì)變化較小，因此處理水量和混凝劑投加量成為影響該水廠脈沖澄清池運(yùn)行污泥量的主要因素。

3 脈沖澄清池排泥不當(dāng)時(shí)存在的問題

脈沖澄清池在運(yùn)行過程中隨著處理水量的增加，產(chǎn)泥量不斷增多，為保證脈沖澄清池正常運(yùn)行，需定時(shí)排泥。其排泥應(yīng)遵循“泥量守恒”原則，即進(jìn)入的泥量等于排出的泥量，當(dāng)排泥閥出現(xiàn)故障或排泥參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致排泥不當(dāng)時(shí)，可能存在以下問題。

① 排泥頻繁或排泥時(shí)間過長將導(dǎo)致脈沖澄清池排放量過多，排放過程中部分干凈水被排出，降低了澄清池的回收率，違背了節(jié)能減排的目的。

卞遷與齊薇(卞遷,齊薇等，2009)指出目前最常用的眼動(dòng)記錄方法是無創(chuàng)的視頻記錄法。利用眼動(dòng)儀進(jìn)行研究時(shí)測試參數(shù)一般包括：注視點(diǎn)軌跡圖、熱點(diǎn)圖、關(guān)注區(qū)域、注視點(diǎn)個(gè)數(shù)、首個(gè)注視點(diǎn)的注視時(shí)長、首次進(jìn)入AOI的時(shí)間、每次訪問的平均時(shí)間等。一項(xiàng)研究應(yīng)根據(jù)研究內(nèi)容和研究目標(biāo)選擇2-3個(gè)測試參數(shù)。

② 排泥時(shí)間過短或排泥氣動(dòng)閥出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致脈沖澄清池排泥不徹底，出現(xiàn)澄清池出水濁度高、泥斗泥體惡化、斜管懸浮物附著等問題。

因此，只有合理設(shè)置脈沖澄清池排泥參數(shù)才能保證其運(yùn)行效果，同時(shí)可為運(yùn)行人員進(jìn)行參數(shù)調(diào)整提供借鑒。

4 水廠脈沖澄清池運(yùn)行情況

4.1 各池體排泥量

在6個(gè)脈沖澄清池均正常運(yùn)行的情況下，通過僅開啟單個(gè)池體排泥閥，檢測3個(gè)排泥周期內(nèi)污泥儲(chǔ)池進(jìn)泥量。排泥時(shí)間為30 s，排泥間隔為600 s，各池體的排泥量見表1。

表1 脈沖澄清池的排泥量Tab.1 Sludge discharge quantity of pulse clarifier

4.2 不同投藥量條件下懸浮物濃度實(shí)驗(yàn)

4.2.1投加聚合氯化鋁

在原水pH=8.27、濁度為0.64 NTU、水溫為16℃的條件下，不同濃度聚合氯化鋁(PAC)投加量下的懸浮物濃度見表2?？梢钥闯觯瑧腋∥餄舛入SPAC投加量的增加而增大。

表2 投加聚合氯化鋁后的懸浮物濃度Tab.2 Suspended solid after dosing PAC

4.2.2投加FeCl3

4.2.3復(fù)配混凝劑

在原水pH=8.22、濁度為0.76 NTU、水溫為16℃的條件下，按C(Fe)∶C(Al)=1 ∶2投加。從表4可以看出，懸浮物濃度隨三氯化鐵和PAC投加濃度的增加而增大，幾乎呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r為0.998。

表4 復(fù)合投加混凝劑后的懸浮物濃度(C(Fe)∶C(Al)=1 ∶2)Tab.4 Suspended solid after dosing composite coagulant

在原水pH=8.21、濁度為0.97 NTU、水溫為28℃條件下，按C(Fe)∶C(Al)=1 ∶1投加，懸浮物濃度見表5。

表5 復(fù)合投加混凝劑時(shí)的懸浮物濃度(C(Fe)∶C(Al)=1 ∶1)Tab.5 Suspended solid after dosing composite coagulant

通過觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，懸浮物濃度隨投加三氯化鐵、PAC投加量的升高而略有增大，但增長趨勢無明顯規(guī)律，可能由于鐵鋁投量不匹配，混凝效果不佳引起。

4.3 產(chǎn)泥量和小時(shí)排泥時(shí)間計(jì)算

根據(jù)脈沖澄清池進(jìn)水量和加藥量計(jì)算產(chǎn)泥量，然后根據(jù)泥量守恒原則確定排泥時(shí)間與排泥間隔。

小時(shí)產(chǎn)泥量=Qs/c

(1)

小時(shí)排泥時(shí)間=小時(shí)產(chǎn)泥量/6q

(2)

式中Q為小時(shí)進(jìn)水量，m3/h；s為燒杯實(shí)驗(yàn)中不同加藥量條件下的懸浮物濃度，mg/L；c為常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下污泥層污泥濃度，一般為400～600 mg/L；q為單池平均排泥量，m3/s。

5 排泥參數(shù)調(diào)整和運(yùn)行驗(yàn)證

5.1 運(yùn)行排泥參數(shù)調(diào)整

日常脈沖澄清池小時(shí)進(jìn)水量約為11 000 m3/h，投加6 mg/L FeCl3+12 mg/L PAC，查得懸浮物濃度為5.8 mg/L。以A池為例，單池平均排泥量為0.188 1 m3/s，計(jì)算得到小時(shí)排泥時(shí)間約94～141 s。

為保證脈沖澄清池能夠徹底排泥的同時(shí)盡可能提高回收率，生產(chǎn)上建議采用排泥時(shí)間設(shè)置偏小，通過增加或減少排泥頻率的方法來調(diào)整排泥參數(shù)。通常設(shè)置排泥時(shí)間為30 s時(shí)，根據(jù)小時(shí)排泥時(shí)間確定排泥間隔應(yīng)在720～1 110 s之間調(diào)整，見表6。

表6 脈沖澄清池排泥參數(shù)設(shè)置Tab.6 Parameter setting of sludge discharge of pulse clarifier

為保證脈沖澄清池運(yùn)行效果，在低溫低濁、常溫常濁和高溫高濁期，需分別根據(jù)小時(shí)進(jìn)水量、加藥量及單池排泥量進(jìn)行排泥參數(shù)調(diào)整。即進(jìn)水量或加藥量較高時(shí)，需適當(dāng)縮短排泥間隔；進(jìn)水量或加藥量較低時(shí)，需適當(dāng)延長排泥間隔。

5.2 運(yùn)行情況驗(yàn)證

A池在常溫常濁期的進(jìn)水量為11 000 m3/h，投加6 mg/L FeCl3+12 mg/L PAC的條件下運(yùn)行3 d，對其SV5、SV10、出水濁度和泥斗泥體狀態(tài)進(jìn)行檢測。低溫低濁、常溫常濁和高溫高濁期，SV5分別為44%、40%和35%，SV10分別為36%、31%和29%，濁度為0.29～0.38 NTU，泥斗泥體呈棕黃色，無惡臭味及腥味。

通過分析發(fā)現(xiàn)，利用公式(1)、(2)及固定排泥時(shí)間并延長或縮短排泥間隔的分配方式對脈沖澄清池進(jìn)行參數(shù)調(diào)整后，脈沖澄清池對濁度的去除率較高，污泥層泥體的均質(zhì)性較好，且泥斗泥體無黑色惡臭及腥味現(xiàn)象。因此，此排泥參數(shù)調(diào)整的方法適用于該水廠脈沖澄清池的運(yùn)行，取得了良好的運(yùn)行效果。

6 結(jié) 論

脈沖澄清池屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)筑物，對原水水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性較差。因此，為保證其較好的運(yùn)行效果，需綜合考慮原水濁度、水量、加藥量等因素，合理設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M及日常運(yùn)行情況分析得出如下結(jié)論：

① 在水質(zhì)、水量一定的條件下，脈沖澄清池產(chǎn)泥量隨加藥量的增加而增大。

② 根據(jù)脈沖澄清池運(yùn)行水量和加藥量確定其排泥時(shí)間公式為：小時(shí)排泥時(shí)間=小時(shí)產(chǎn)泥量/6q。

③ 為保證脈沖澄清池徹底排泥的同時(shí)盡量提高回收率，采用固定排泥時(shí)間為30 s、根據(jù)小時(shí)排泥時(shí)間調(diào)整排泥頻率的方法，對不同水量、不同加藥量條件下各池排泥參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，需結(jié)合不同水質(zhì)期水質(zhì)，當(dāng)進(jìn)水量或加藥量較高時(shí)，應(yīng)縮短排泥間隔；進(jìn)水量或加藥量較低時(shí)，應(yīng)延長排泥間隔。