（市政工程专业论文）深圳市给水厂生产废水高效处理技术实验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 深圳市给水厂生产废水高效处理技术实验研究 专业：市政工程 硕士生：聂小保 指导教师：黄廷林教授 摘要 给水厂牛产废水的直接排放不仅造成受纳水体的淤积和污染，i 叮且浪费大量水资 源。国内外许多水厂开展了生产废水处理的工程实践及实验研究。深圳市自来水厂生产 废水具有以r 特点：有机物含量高、沉降性能差、易发酵变质，采用传统工艺处理存在 较大难度，基于此，本文对深圳市水厂生产废水高效处理技术进行了实验研究。 本文首先对传统生产废水处理工艺进行了简要介绍，然后对生产废水调质机理进行 了实验研究，得到了较为完整的调质机理二毛细管模型，并利用该模型对各种调质方 法进行了解释。毛细管模型认为污泥脱水性能完全取决于污泥颗粒压缩性系数s 、粒径 分布均匀度r 、滤液动力粘滞系数小毛细管长度f 和污泥颗粒粒径粒径d 这五个参数， 具体表达关系为：p ：4 要善h z + t 3 2 # “。污泥颗粒压缩性系数越小，粒径越大，粒径 z g d 分布越均匀，滤液动力粘滞系数越小，毛细管越短，污泥脱水性能越好。 对高效浓缩技术造粒流化床工艺处理深圳市水厂生产废水展开实验研究，在此 之前优选出f 0 4 2 4 0 s h 、p a m i i 、p h p i v 三种p a m 进行调质。研究结果表明：流化床 工艺能显著提高污泥的沉降性能，缩短污泥浓缩时间，实验条件下，污泥颗粒沉降速率 可由0 0 0 0 4 7 - - 0 0 0 8 7 n ，s 提高到o 4 2 6 m m s ，污泥浓缩时间可由8 1 2 h 缩短至 l o - 3 0 m i n ；流化床工艺能在较短的浓缩时间内显著提高出泥浓度，实验条件下，污泥在 1 0 3 0 r a i n 内可由2 0 0 0 5 0 0 0 m g l 浓缩至1 8 0 0 0 3 5 0 0 0 m g l ；流化床工艺能显著改善污 泥的脱水性能，三种调质荆条件下，污泥比阻都能降至5 x 1 0 1 l m k g 咀下，污泥易于脱 水；流化床工艺出水水质较为稳定，出水浊度在6 - 一3 0 个n t u 之间，色度在3 0 - 4 0 之 间，p h 值在7 5 8 0 之间。与传统浓缩工艺相比，流化床工艺效率高、浓缩性能好、药 耗少、占地面积小、操作简单，是深圳市水厂生产废水处理的一条高效实用途径。 论文最后对梅林水厂现有生产废水处理工艺进行了调查，指出了其中存在的主要问 题，并给出了一些优化措施。 关键词：生产废水污泥浓缩污泥调质污泥比阻造粒流化床 论文类型：应用技术 基金资助：陕西省教育厅重点产业化培育项目( 0 1 z c 2 1 ) ； 国家教育部高校青年教师教学科研奖励计划项目 西安建筑科技大学硕士学位论文 a e x p e r i m e n t a ls t u d y o nt h ee f f i c i e n t t e c h n o l o g y t ow a t e rp l a n tw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti ns h e n z h e nc i t y s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g m e c a n d i d a t e ：n i ex i a o b a o s u p e r v i s o r ：h u a n gt i n g l i n ，p r o f a bs ，i r a c t w a s t e w a t e rd i s c h a r g e dd i r e c t l yf r o mw a t e rp l a n tn o to n l yl e a d st oc l o g g i n go f r e c e i v e d w a t e r - b o d y , b u t a l s ow a s t e sv a s ta m o u n to fw a t e rr e s o u r c e e n g i n e e r i n gp r a c t i c ea n d e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt r e a t m e n t a n dr e u s eo fw a s t e w a t e rh a sb e e nd e v e l o p e di nm a n y d o m e s t i ca n df o r e i g nw a t e rp l a n t si no r d e rt op r o t e c te n v i r o n m e n ta n ds a v ew a t e rr e s o u r c e f o rt h e p a r t i c u l a rg e o g r a p h i c a l a n dc l i m a t i c c o n d i t i o n s ，w a s t e w a t e r o fw a t e r p l a n t i n s h e n z h e nc i t yh a ss u c hc h a r a c t e r i s t i c sa sh i g ho r g a n i cm a t t e rc o n t e n t ，e a s i l yz y m o l y t i ca n d p o o rs e d i m e n ta b i l i t ya n dd e w a t e r a b i l i t y t r a d i t i o n a lt r e a t m e n tp r o c e s s c o u l d n tf i tf o ri t t h u s ，t h ee x p e r i m e n t a ls t u d y o nw a s t e w a t e ro fs h e n z h e nw a t e rp l a n tw a sc a r r i e do nt of i n da n e we f f i c i e n tt r e a t m e n tp r o c e s s t r a d i t i o n a lt r e a t m e n t p r o c e s s e sw e r e i n t r o d u c e da tf i r s t ，a n dt h e ne x p e r i m e n t a ls t u d yo n s l u d g ec o n d i t i o n i n gt h e o r yw a sd e v e l o p e d b a s e do i l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，a ni n t e g r e t t h e o r y c a p i l l a r ym o d e l w a s p u t f o r w a r da n du s e dt oi n t e r p r e ta l ls l u d g ec o n d i t i o n i n gm e t h o d s t h ec a p i l l a r ym o d e lc o n s i d e r st h es l u d g ed e w a t e r a b i l i t yi sd e t e r m i n e db yc o e f f c i e n to f c o m p r e s s i b i l i t y & s l u d g ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nu n i f o r m i t yl f i l t r a t ea b s o l u t ev i s c o s i t y 弘， c a p i l t 哪t e n 卧za n ap a r t i c e s i z eda n ai t se x 芦e s 萄o ni s p = 彳事等甜2 + ! 笋甜n e s m a l l e rsa n d 芦，t h eb e t t e rs l u d g ed e w a t e r a b i l i t y , a n dt h el a r g e rl ，ta n dds u g g e s t sb e t t e r s l u d g ed e w a t e r a b i l i t y t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo nw a s t e w a t e rt r e a t m e n to fs h e n z h e nw a t e rp l a n tb yp e l l e t i n g f l u i d i z e db e dt e c h n o l o g y ( p f b t ) w a sd e v e l o p e dt ov e r i f yt h ep o s s i b i l i t yo f t h i sn e we f f i c i e n t c o n c e n t r a t i o nt e c h n o l o g y b e f o r et h i s ，l a b o r a t o r ys c r e e n i n gp o l y m e r sw a sc a r r i e do u t ，a n d f 0 4 2 4 0 s h ，p a m i i a n dp h p 一1 vw e r es e l e c t e df o rs l u d g ec o n d i t i o n i n g t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h e wp f b tc o u l ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v es l u d g et h i c k e n i n gp e r f o r m a n c ea n dr e d u c e s l u d g et h i c k e n i n gt i m e u n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，p a r t i c l e s e d i m e n ts p e e dc a nb e 西安建筑科技大学硕士学位论文 e n h a n c e df r o mo 0 0 0 4 7 0 0 0 8 7m m st oo 4 2 6 m m sa n ds l u d g et h i c k e n i n gt i m ec a nb e s h o r t e nf r o m8 - 12 ht ol0 - 3 0 m i n ；p f b tc o u l dg r e a t l ye n h a n c e s l u d g ec o n c e n t r a t i o n w i t h i na s h o r tp e r i o do ft i m e u n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，s l u d g ec o n c e n t r a t i o nc a nb ee n h a n c e d f r o m 2 0 0 0 - 5 0 0 0 m g l t o18 0 0 0 3 5 0 0 0 m 【g uw i t h i n10 3 0m i n u t e s ；p f b tc o u l ds i g n i f i c a n t l y i m p r o v es l u d g ed e w a t e r a b i l i t y u s i n ge a c hp o l y m e r , s r fc a nb er e d u c e dt o av a l u eb e l o w 5 x 1 0 1 1 m k ga n d t h es l u d g ec a nb ee a s i l yd e w a t e r e d ；t h ee f f l u e n tw a t e r q u a l i t yw a s s t a b l e i t s t u r b i d i t yw a s6 3 0 n t ua n dc o l o rw a s 3 0 - - 4 0a n dp hi s7 5 8 0 c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a l t r e a t m e n tp r o c e s s e s ，p f b th a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 曲e f f i c i e n c y , g o o ds l u d g e t h i c k e n i n gp e r f o r m a n c e ，l o wd o s a g e ，s m a l la r e a ，a n ds i m p l eo p e r a t i o n t h i sn e wp r o c e s si s m o r es u i t a b l ef o rt r e a t m e n to f w a s t e w a t e ro fs h e n z h e nw a t e rp l a n t a tl a s t ，t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e si nm e i l i nw a t e rp l a n tw e r ei n v e s t i g a t e d ， s o m ep r o b l e m sd u r i n gt h ep r o c e s s e sw e r ep o i n t e do u ta n ds o m ei m p r o v e dm e t h o d sw e r ep u t f o r w a r d k e y w o r d s ：w a s t e w a t e r , s l u d g et h i c k e n i n g ，s l u d g ec o n d i t i o n i n g ，s r f , p f b t t h e s i s ：a p p l i c a t i o nt e c h n i q u e f i n a c i a ls u p p o r t e db y ：k e yp r o j e c to f e d u c a t i o no f f i c e ，s h a r m x ip r o v i e n c e ( 0 1 z c 2 1 ) ； t h et e a c h i n ga n dr e s e a r c ha w a r dp r o g r a mf o r o u t s t a n d i n g y o u n g t e a c h e r si nh i 【g h e re d u c a t i o ni n s t i t u t i o n so fm o e ，p r c 声明 y 6 1 6 7 3 3 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 ：女喀 魄 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：孙么每导 注：请将此页附在论文苜页。 ：萨毯6 ，r 西安建筑科技大学硕士学位论文 1概述 1 1 自来水厂生产废水处理及其意义 自来水厂从江河、湖泊及水库等地表水源取水，原水经过混凝、沉淀、过滤和消毒 等工艺，其中的杂质得以去除，从而生产出符合生活饮用水卫生标准的饮用水。自来水 厂在生产大量饮用水的同时，同时也产生了大量的生产废水，这些废水主要来自沉淀池 或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗废水。生产废水水量一般约占自来水厂总净水量的 4 - 7 i ”，其主要固体组成成分为原水中的无机污染物、有机污染物、制水工艺中加入 的药剂以及重金属元素【2 1 。据统计【3 。】，制水工艺以铝盐絮凝为主的生产废水中的总固 体含量在l o o 1 7 0 0 0 m e , l 之间，其中总悬浮固体占7 5 “o - 9 0 ，挥发性总固体占 2 0 3 5 。生产废水中的生化需氧量( b o d ) 相对较低，约为3 3 7 m g l 左右j 。 随着水厂数量的增加和规模的不断扩大，水厂生产废水的排放量也日益增大。目前 我国大部分水厂的生产废水基本上是不经处理直接排入水体，或直接排入市政排水管网 1 7 。直接排入水体，将造成水体中污泥淤积，抬高河床，堵塞航道，影响行洪。生产废 水中的余铝、腐殖质、重金属元素等有毒物质将在水体中富集，势必造成受纳水体的污 染，危及水体生物。直接排入市政排水管网，仅是把固体处置问题从自来水厂转移到污 水处理厂而已，由此带来的主要问题是污水处理厂的生产能力必须能承担因生产废水的 引入而加重的水力与固体负荷，否则会影响污水处理厂的构筑物生产性能，而且生产废 水中的大量氢氧化物絮体也会给污水厂的固体脱水工作带来困难【8 】。 近年来，人类赖以生存的水资源日益匮乏，与此同时人类的用水需求总量越来越大。 许多国家和地区为了寻找到合适的饮用水源，往往耗费巨资，甚至实施远距离引水工程， 例如我国的南水北调工程、引滦入津工程和东深供水工程等。由于自来水厂生产废水数 量巨大，性质特殊，实施生产废水处理，回收利用这部分水资源，不但有助于控制水源 污染，有效缓解水资源日益紧张的矛盾，同时还可节约远距离引水工程的基建投资和日 常运行费用。自来水厂生产废水处理除了遵循减容回用的原则外，浓缩脱水后的干化污 泥若能合理筹划研究，还可以作为资源加以开发利用咿j 。 1 ，2 课题的提出 由于自来水厂生产废水的特殊性质，使得其处理技术既不同于净水技术，也不同于 其它工业废水与城市污水与污泥的处理技术吼为此，国内外都开展了自来水厂生产废 水的处理及回用的研究，提出了许多工艺和方法，有些己成功运用到工程实践中。但是， 总的来说，自来水厂生产废水处理还是水处理中的一个较新的领域，现有的处理工艺及 西安建筑科技大学硕士学位论文 处理设施不够不成熟和完善，在开拓这一领域的新的处理方法，完善其工艺流程，降低 处理成本，减轻操作强度等多个方面还有待于做进一步探索。 深圳经济特区作为一个重要的沿海开放城市，素有城市花园美誉，近年来其城市发 展和建设速度也严重受到水资源紧缺的制约。目前特区内各大水厂的总供水量不足2 0 0 万吨天，供需矛盾日渐突出。为此，深圳市不惜斥巨资兴建东深引水工程，并对几个 大水厂实施扩建工程。与此同时，深圳水环境恶化现象也越来越严重，这其中由于自来 水厂生产废水的直接排放而导致的水环境恶化占很大比重。以深圳水务集团下属梅林水 厂为例，自建成投产至生产废水处理工程实旌前的五年时间内，生产废水直接就近排放 到附近的香蜜湖，导致香蜜湖逐渐被填平，成为臭水坑。香蜜湖畔为外商开发的香蜜湖 度假村，附近还有数量众多的高档楼盘，导致深圳水务集团不断成为外商和开发商的投 诉对象。为维护深圳城市花园形象，创造良好投资环境并高效利用水资源，走可持续发 展道路，深圳环保局于2 0 0 2 年正式下文要求水务集团下属所有水厂2 0 0 4 年之前必须实 施生产废水处理。为按质按量按时完成此任务，深圳水务集团遂成立“自来水厂生产废 水处理技术研究”课题组，并将此课题列为2 0 0 2 年度重点科技攻关课题。 1 3 国内外生产废水处理概述 1 3 1 国外概述 国外对自来水厂废弃物处理的研究工作开展较早，一些经济发达国家经过几十年的 发展，现在已拥有较系统、完整的自来水厂废弃物处理的技术工艺和有关的法律法规， 自来水厂的废弃物处理设施也较为完善。 现在能够查阅到的关于自来水厂生产废水处理的公开发表文献发表在1 9 4 7 年的 j o u r a w w a 杂志上【l l _ 1 2 】，它是美国给水工程协会( a w w a ) 做的一个关于水厂滤池反 冲废水、沉淀池排泥水处理”的一个调查和研究。他们通过文献综合、问卷调查和实验 研究等多种方法对水厂废弃物处理的现状、污泥性质和可能的处理方式进行了讨论。他 们的研究虽然是很初步的，但他们的报告成为后人开展自来水厂废弃物处理研究的基 础。 直到上世纪六十年代末，国外对自来水厂排泥水处理仍只是开展了一些小规模的研 究【1 3 - 1 6 1 ，研究内容集中在污泥性质、污泥浓缩、混凝剂回收和石灰回收、冰冻解冻污泥 调节、给水厂污泥和污水厂污泥混合处理等问题上。当时污泥脱水的主要方法是污泥塘 和干化床，少数人开始了真空过滤和离心机用于自来水厂污泥脱水技术的研究。从生产 上的应用来看，污水处理的方式也主要是污泥塘和干化床进行处理，只有个别水厂采用 了真空过滤机进行污泥脱水。 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 在总结以往运行经验教训的基础上，到7 0 年代，美国、日本和欧洲等国的自来水 厂一般均配置有较为完善的、自动化程度较高的生产废水处理设施。新型污泥脱水机械 的出现，使得带式压滤机、离心脱水机和板框压滤机开始在实际工程中得到应用，真空 过滤机已不再是脱水机械的唯一选择。自来水厂采用机械脱水处理工艺也开始逐渐增 多。这一时期对自来水厂生产废水处理研究的内容非常广泛，公开发表的综述文献和专 门研究文献也非常丰富【l 7 。3 4 】，内容包括有机高分子絮凝剂污泥调质、污泥性质、污泥干 化床、综述、污泥浓缩、和污水厂污泥一起处理、冰冻解冻调节、污泥处理工程实例和 铝盐回收等。 进入上世纪八、九十年代，国外的自来水厂生产废水的处理工艺已经形成了一个较 完善的系统。美国还出版了不少关于自来水厂生产废水处理的专著和手册【3 5 46 】。这些手 册详细地介绍了自来水厂生产废水处理和排放的有关法规、污泥的性质、处理方法、处 置方法、有关的投资费用比较和工程实例等内容。目前各国对自来水厂生产废水处理的 研究，也由工艺流程、设备应用及污泥调质药剂选择等方面逐渐沿伸到微观理论和脱水 泥饼的处置和综合利用上来。 西方国家自来水厂生产废水处理经历了几十年的发展历程，现在已形成较为完善的 处理工艺1 2 】。目前国外大部分水厂的生产废水处理的基本方法是将生产废水先经过调质 浓缩，后经机械脱水( 包括板框压滤、真空吸滤、带式压滤、离心分离等) ，脱水的污 泥再进行堆肥、填埋、焚烧等最终处置。这样一套生产废水处理工艺虽然较为完善口7 3 8 】， 但它基本等同于新建一座小型净水厂，不仅初期投资高、经常运行管理费用高、设备多、 管理复杂，而且占地面积很大。对于运行中的自来水厂来说，仅占地面积一项就很难解 决，致使很多自来水厂生产废水工程实旌起来较大难度。 1 3 2 国内概述 我国自来水厂生产废水处理工程的研究和实施始于2 0 世纪8 0 年代。1 9 8 7 年，上 海市公用事业局向上海自来水公司下达了题为“水厂排泥水处理研究”的重点科研课题。 在随后的几年内，上海自来水公司成立了专门的科研小组进行专项研究。该项研究主要 对污泥脱水机械用于自来水厂污泥脱水进行了小型实验，另外还对絮凝剂选择、污泥重 力浓缩、分离水回收等进行了简单的小型实验。 1 9 8 8 年，谢志平翻综合美国、日本、苏联、英国、法国等国家的资料，编写了给 水厂的污水和污泥处理。该书对自来水厂污水和污泥的种类、数量和组成成分、污水 和污泥的处理方法、各种构筑物的结构、设计与管理、污泥中絮凝剂的回收和脱水泥饼 的最终处置与利用等进行了较为系统的阐述，对于刚起步的我国自来水厂生产废水处理 事业有较高的参考价值。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 9 9 6 年至1 9 9 8 年，上海自来水公司，同济大学和上海市环境保护科学研究院合作， 针对上海市闵行水厂一车间的生产废水进行了一系列现场的生产废水浓缩和脱水处理 等实验研究工作，取得了较有价值的成果“3 9 4 2 。1 9 9 8 年至1 9 9 9 年，程曦【4 3 对福州市 西区自来水厂采用干化床污泥处理工艺进行了小试研究，研究内容包括小型干化床实 验、水厂污泥量确定、污泥调节p a m 选择、干化床设计计算方法等。 1 9 9 9 年至2 0 0 1 年，黄廷林等对高效向上流造粒流化床工艺处理西安曲江水厂生产 废水的可行性展开实验研究，实验研究表明 3 8 】，与传统工艺相比，利用造粒流化床工艺 处理自来水厂生产废水具有效率高、污泥浓缩性能好、占地少等明显优点，该工艺在自 来水厂生产废水处理方面具有较强的优势。随后他们还进行了一系列的现场中试实验， 得出了适宜的工艺操作参数。 1 9 9 6 1 9 9 8 年，石家庄润石水厂、北京第九水厂、上海市闵行水厂、深圳市梅林水 厂的排泥水处理工程先后建成并投产运行，但从目前的运行情况来看，都存在着处理效 果低、运行不稳定等实际问题“】。 我国目前已颁布了环境保护法、水污染防治法、水法和污水综合排放标 准等环保法规标准，一些大城市的有关部门也开始将自来水厂生产废水处理的工作提 上议事日程。但总的来说，由于我国的自来水厂排泥水处理工作尚处起步阶段，对于这 方面的研究很少，而对于不同的原水水质特点、不同的净水处理工艺条件下的适宜生产 废水处理工艺研究则几乎是空白i l l o 1 4 课题研究的主要内容及创新点 根据课题研究内容，本课题的着重点应该是放在寻求一种适宜深圳水厂生产废水水 质特点、高效稳定、且能马上投入生产运行的生产废水处理工艺。针对目前自来水厂生 产废水处理技术中存在的主要问题，结合深水集团水厂生产废水特点及其处理现状，本 文的主要研究内容包括： ( 1 ) 污泥调质机理的研究； ( 2 ) p a m 的优选； ( 3 ) 污泥高效浓缩技术研究 ( 4 ) 梅林水厂生产废水处理工艺调查及优化； 由于我国的自来水厂生产废水处理尚处起步阶段，相关的系统研究工作很少，因此 本课题涉及的内容均较新颖。本课题的创新点主要表现在：对泥饼过滤中毛细管模型的 修正、利用毛细管模型对调质方法作出解释、絮凝剂的合理选型、造粒流化床工艺用于 深圳水厂生产废水的实验研究及对水厂已有生产废水处理工艺的改造等。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 水厂生产废水传统处理工艺简介 目前国内外自来水厂生产废水( 以下简称生产废水) 采用的主要是是“水量调节一 污泥浓缩一污泥调质一污泥脱水一泥饼处置”工艺，其中大多数国外水厂还附属有药剂 回收工艺【2 1 。具体操作上有所不同，主要表现在：( 1 ) 排泥水( 包括沉淀池和反应池， 下同) 和滤池反洗水是否分开处理；( 2 ) 污泥浓缩方法和浓缩设备不同；( 3 ) 调质方法、 调质药剂及药剂投加点不同；( 4 ) 污泥脱水方法和脱水设备类型不同。尽管如此，水量 调节、污泥浓缩、污泥调质、污泥脱水仍是生产废水处理工艺中最重要的环节，下面对 这四个步骤做简要介绍。 2 1 水量调节 水厂生产废水一般都是周期性排放，而污泥浓缩大都属连续工作，这就要求在污泥 浓缩池前设一废水水量调节池进行水m - 调+ t 3 9 】。水量调节池的设计计算是以生产废水的 排放方式、排放量和污泥浓缩池的工作负荷为基础的，这就必然涉及到另一主要问题： 排泥水和滤池反洗水是否分开处理。两种处理方式的流程图见图2 1 。 滤池反洗水卜 排泥水 滤池反洗水 排泥水 ( a ) 排泥水和滤池反洗水合并处理 ( b ) 排泥水和滤池反洗水分开处理 图21 水量调节方式 入江河 脱水处理 西安建筑科技大学硕士学位论文 排泥水中的悬浮杂质含固率一般均高于0 3 ，比滤池反洗水的含固率高2 0 3 0 倍 以上i j 圳。如实行沉淀池智能化合理排泥，则排泥水含固率可能达1 左右。滤池反洗水 水量明显多于排泥水水量，合并处理工艺虽省却了反洗水处理池，减少了基建投资和占 地，但排泥水却被滤池反洗水极度稀释而非常不利于污泥浓缩，浓缩池也因处理水量大、 浓缩效果差而需增加基建投资、占地和运行费用，因此宣采用分开处理工艺。分开处理 时，滤池反洗水经处理后，上清液用泵输至絮凝沉淀池前作原水使用，沉淀底泥进入水 量调节池与排泥水混合，之后送至污泥浓缩池浓缩。 还有一点值得注意，虽然目前国内只有少数几家水厂建有生产废水处理工艺，但有 较多水厂建有滤池反洗水处理工艺。以深圳为例，市内只有梅林水厂建有生产废水处理 工艺，但所有水厂建都有滤池反洗水处理工艺。对于这些水厂，采用排泥水与滤池反洗 水分开处理方案，充分利用已有的滤池反洗水处理工艺，优势更为明显。 2 2 污泥浓缩 在整个工艺过程中，浓缩是核心部分。生产废水浓缩的目的在于提高生产废水含固 率，达到减容的目的，并符合脱水机械的最佳操作条件。浓缩的方法有重力浓缩、气浮 浓缩、微孔浓缩、隔膜浓缩以及生物浮选等。由于重力浓缩工艺简单、运行稳定、成本 低廉，给水厂生产废水一般采用此种浓缩方式。对于某些沉降性能较差的污泥，或浓缩 池受场地限制，可增设斜板以提高浓缩效率。 污泥浓缩效率的高低和浓缩效果的好坏将直接影响污泥处理成本乃至整个自来水 厂的运行成本【3 7 】。污泥浓缩效率低，则污泥在浓缩池中的停留时间长，浓缩池污泥负荷 低，导致浓缩池基建费用高，运行管理费用加多，且容易因停留时间过长而造成污泥腐 败乃至浓缩效果的恶化。污泥浓缩效果的好坏( 浓缩后污泥含水率的高低) 将直接影响 污泥脱水效果，决定脱水工艺运行成本。目前国内外普遍采用的重力浓缩池和气浮浓缩 池都存在着污泥负荷低、停留时间长和浓缩后污泥含水率较高等问题【3 ”。 关于浓缩技术，国外进行了大量研究，当前比较流行的浓缩技术有l a m e l l a 浓缩技 术和s u p a f l o 高速浓缩技术，以及预浓缩污泥脱水一体化技术等。 2 2 1l a m e ij a 浓缩池 l a m e l l a 浓缩池是一种横向流斜板污泥浓缩池【7 l ，该池型具有池型小、浓缩效率高 的优点。它的内部分为两个工作区，一是上部的斜板浓缩区，二是下部的污泥压密区， 在压密区一般都设有搅动栅以提高污泥压密效率。国外在七十年代就开始研究l a m e l l a 浓缩池，现在已发展成为一种先进的污泥浓缩工艺。g e b a u e r 认为，l a m e l l a 浓缩池斜 西安建筑科技大学硕士学位论文 板浓缩区能给污泥浓缩提供相对静止的浓缩环境，同时使污泥分配更均匀，避免了普通 重力浓缩池容易出现的异重流现象。污泥压密区更不受浓缩池进泥的影响，污泥层处于 相对静止的压密状态。从斜板浓缩区沉下的污泥均匀分布于污泥床上面。搅动栅缓慢搅 动，在污泥层中产生因压实而需排除的水分的通道，同时破坏污泥颗粒间的分布结构， 使其排列更整齐，更紧密。l a m e l l a 浓缩工艺示意图如图2 2 。 进水 1 卜 由两侧及中间廊道布水 - 污泥压密区 一 上清液收集 斜板浓缩区 浓缩污泥 圈2 2l a m e i f a 浓缩工艺示意图 上海闵行水厂一车间生产废水处理工程采用的即为l a m e l l a 浓缩池，设计进水流量 1 6 0 m 3 l l ，长8 m ，宽5 9 m ，池深5 4 m ，设计进泥含固率小于1 ，出泥含固率大于4 ，池内设有慢速搅拌刮泥机一台。浓缩池斜板为插入式不锈钢板，板长2 5 m ，宽l m ， 倾角5 3 度，板间距8 c m ，分4 行排列，共2 2 8 块。实际生产证明，出泥含固率可达2 4 ，优于其他池型。该池型详细技术参数见表2 1 。 2 2 2s u p a f l o 高速浓缩池 s u p a f l o 高速浓缩池污泥负荷为2 l o m 3 h 【4 8 j ，停留时间为o 5 2 h ，但只能将污 泥含水率从约9 9 9 的浓度浓缩到9 8 。国内石家庄润石水厂采用此池型，工艺参数见 表2 1 。从实际运行情况来看，其主要缺点在于由于进水是间歇式的，不进水静止沉淀 时，上清液较清，有明显的泥水分离界面，但当调节池的液位达到设定值时，潜水泵开 启，浓缩池开始进泥水，泥水将已沉下去的污泥带起，上清液变得很浑浊。浑浊的上清 液回到配水井后，增大了原水的浊度，从而增加了聚合氯化铝的需求量，尤其在冬季低 温低浊时，这种现象非常明显。上清液的回流给原水处理带来很大的难度，有时还会使 沉后水浊度增大，从而增大了滤池的负担，以至于不得不缩短滤池的反冲洗周期，才能 保证出厂水水质。 2 2 3 预浓缩污泥脱水一体化设备 污泥浓缩脱水一体化设备是近年来国际上普遍采用的污泥处理先进设备，它具有工 艺流程简单、自动化程度高、运行连续、控制简便和工作过程可调等一系列优点【删，并 省却了污泥浓缩池，在一定程度上节省了建设资金，目前正得到越来越广泛的应用。其 西安建筑科技大学硕士学位论文 中应用较多的有瑞典阿法拉伐a l d r u m 污泥浓缩系统和德国r o e d i o e r 公司的转鼓 预浓缩污泥脱水一体化设备。 瑞典阿法拉伐a l d r u m 污泥浓缩系统由絮凝反应器和转筛浓缩器组成。a l d r u m 絮凝反应器由常压反应器及专门设计的螺旋搅拌器组成，为确保污泥的完全絮凝，螺旋 搅拌器能使絮凝剂和污泥充分混合，并与污泥中的固体发生絮凝反应。螺旋搅拌器清洁 光滑，避免了搅拌时对絮体的破坏。絮凝后污泥在重力作用下流入a l d r u m 转筛浓缩 机，a l d r u m 转筛浓缩机工作原理为：经絮凝处理后的污泥通过低速旋转的转筛浓缩 机进行固一液分离，污泥中液体透过滤网流出，截流下来的污泥得到浓缩。污泥浓缩浓 度可随污泥进泥流量，转筛倾角及旋转速度的改变而改变。 表2 1国内几家水厂污泥浓缩池基本情况 西安建筑科技大学硕士学位论文 德国r o e d i g e r 公司的转鼓预浓缩污泥脱水一体化设备亦得到较为广泛的应用。 其浓缩机理是：将污泥加入高分子絮凝剂后送入螺旋推进型的转鼓浓缩机，在一定的旋 转速度下，在重力和离心力的作用下，污水逐步由转鼓表面筛网滤出，达到浓缩的效果。 污泥在筛网内经螺旋推进继续前移，最后移出转鼓筛网末端，结束脱水。其特点是自动 化程度高、出水水质好、能耗较低、用药量较少、无噪音，可有效地去除水中的嗅味。 但该设备对进泥含水率要求较高，一般不应高于9 7 ，且出泥含水率仍较高，一般为 8 8 9 3 。 2 3 污泥调质 为了提高生产废水的浓缩脱水性能，往往在浓缩和脱水之前对生产废水进行预处 理，即污泥调质。在水厂生产废水处理工艺中，省略浓缩前调质的场合较多，但脱水前 调质一般不能省略。目前可供采用的调质方法有很多【2 】，大体可以分为两类：加药剂调 质和不加药剂调质。加药剂调质有石灰调质、酸调质、碱调质、高分子絮凝剂和混凝剂 调质几种；不加药剂调质有热调质、冰冻冰解调质和天然千化处理三种。采用何种方法 调质，主要取决于生产废水的性质、脱水方法、脱水机械的选择、泥饼最终的处置方法 等。污泥的各种脱水前调质的优缺点及适用范围见表2 2 。 各种调质方法中，加热调质由于其操作条件要求较高，且脱水滤夜色度、浊度较高， 不能达到排放要求而应用不多；冰冻调质鉴于自然气候条件的限制，其应用亦有限；酸 碱调质需要投加大量酸碱，成本较高，应用也不多；石灰调质一般需要投加占污泥总固 体干重1 0 5 0 的石灰，大大增加了污泥处置的费用，因而很少单独使用；高分子絮凝 剂调质由于其适应性强、操作简单而得到广泛应用，对此作的研究工作也最为广泛。随 着新型高分子絮凝剂的不断开发，这种趋势也必将更为明显。目前自来水厂普遍采用的 是高分子絮凝剂和高分子絮凝剂与石灰联用方式进行污泥调质1 4 5 。4 “4 8 o 2 4 污泥脱水 水厂生产废水经过浓缩之后，含水率仍然很高，大致在9 5 9 9 5 之问，需要对污 泥进行脱水处理。前已述及，生产废水处理技术发展的每一次飞跃，都是以新型脱水机 械的出现为标志的，而且污泥脱水也是整个生产废水处理工程中投资和运行费用最高的 部分，因此正确选择污泥脱水工艺十分重要。 污泥脱水一般可以分为非机械法和机械法两大类【2 一一0 1 。非机械法主要有污泥塘和 污泥干化法，机械法包括真空过滤机、离心机、带式压滤机、板框压滤机和螺压脱水机 等。非机械法由于受自然气候条件影响较大，且占地面积较大，其应用范围有限a 机械 法中真空过滤机是早期使用较多的脱水机械，由于其效率不高，对管路密封性要求很严， 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 滤布容易堵塞，现在已经基本上不使用了。 表2 2 污泥各种脱水前调质方法的比较 2 4 1 板框压滤机 板框压滤机的突出优点是进泥适应性强、泥饼含固率高、所需投药量小、使用寿命 长、维修费用低、自动化程度较高。以石亘株式会社l a s t a 污泥脱水机为例，其隔膜 伸张度大，进料要求低而出料稳定，出泥含固率高达5 0 5 5 ，要求加药量小，对脱水 性能较好的污泥可不加药。板框压滤机的缺点是占地面积大，造价较高。 l o 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 4 2 带式压滤机 带式压滤机的优点是抗冲击负荷能力强、出泥含固率高、占地小、能耗小、操作简 单、对人员要求不高。以吉井环保s y 系列带式污泥脱水机为例，该系列脱水机对污泥 适应性强、效率高、处理量大。它采用多重脱水方式，脱水能力强，抗冲击负荷能力强， 操作易于实现自动化。带式压滤机的缺点是对进泥含水率要求较高，一般不能大于9 8 。 2 4 3 离心脱水机 离心脱水机种类繁多，水处理工业一般采用螺旋卸料沉降式离心机。离心机的优点 是单机生产能力大、操作费用低、占地面积小、可长期连续运行，进泥浓度波动对分离 效果影响不大。以意大利p i e r a l i s i 离心机为例，该机生产能力可达到1 4 0 m 3 h ，且操 作简单、占地小、操作环境好、结构简单、便于维修。离心脱水机最大的缺点是噪音大、 能耗高。 24 4 螺压脱水机 螺压脱水机运成本低、操作简单、维修管理方便、操作环境较好、出泥含水率可调。 以德国耐池集团的螺压脱水机为例，该脱水机及附属设备电耗只有离心机的1 5 左右， 可实现连续运行，结构简单，便于维修管理。但螺压脱水机工作性能受进泥含水率影响 较大，当进泥含水率较高时，脱水效果很不理想。 2 5 本章小结 “水量调节一污泥浓缩一污泥调质一污泥脱水一泥饼处置”这样一套传统生产废水 处理工艺经过几十年的发展，已经相对稳定成熟，新型混凝剂和脱水机械的出现也正在 不断地对其进行完善。 传统工艺中污泥浓缩和脱水是核心，污泥调质是对污泥浓缩和脱水性能的强化。 可供采用的污泥浓缩技术虽然很多，但各种污泥浓缩技术都没有突出对原水水质和 自然气候条件的适应性，为此有必要针对特定原水水质和自然气候条件，开发新型高效 的污泥浓缩技术。 污泥脱水是整个传统工艺中最为成熟完善的环节，可供采用的污泥脱水机械也很 多，有些脱水机械的适应性也较强。由于污泥脱水是整个生产废水处理工程中投资和运 行费用最高的部分，各个自来水厂有必要结合自身规模、场地条件、管理条件和污泥性 质等对脱水机械进行合理选型。 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 污泥调质机理的研究 实际工程经验证明，浓缩后的污泥不经处理直接送至脱水机械脱水，脱水过程将十 分困难1 2 “4 蚓，具体表现有：延长脱水机械工作周期、加大脱水推动力要求、泥饼压不 成形、污泥堵塞过滤介质、泥饼很难从过滤介质上脱落，等等。因此，水厂生产废水处 理一般在污泥脱水前需进行预处理，即污泥调质。虽然污泥调质还可以改善污泥浓缩性 能，但主要还是针对脱水性能。故此本章中污泥调质特指脱水调质。 目前可供采用的污泥调质方法有很多种，对于它们的机理很多学者也做过相关的研 究1 2 一“4 6 。卜5 3 1 。但他们的研究仅限于对其中的某一种或几种调质方法的研究，出发角 度也各不相同，因此无法对污泥调质的机理形成一个统一的有机体。本课题拟从微观角 度出发，力图探究出一个统一污泥调质机理，使其对现有的各种污泥调质方法都能够做 出较为合理的解释，并由此来指导污泥浓缩和调质技术。 3 ，1 衡量污泥脱水性能的参数及其选定 污泥调质的主要目的是改善污泥的脱水性能。对于衡量污泥脱水性能的参数的选 定，各个文献中的做法不尽相同，使得他们的研究结果可比性不强，从而给研究工作带 来一定的难度。因此，为了能够充分利用现有的研究成果，必须从实际情况出发，选定 一个较为合理的衡量污泥脱水性能的参数。 现有的衡量污泥脱水性能的参数主要有以下三个：污泥比阻( s p e c i f i c r e s i s t a n c e t o f i l t r a t i o n ) 、污泥压缩性系数( c o e f f i c i e n to f c o m p r e s s i b i l i t y ) 、毛细吸水时间( c a p i l l a r y s u c t i o nt i m e ) ，现分述如下。 3 1 1 污泥比阻 污泥过滤时，滤液需克服过滤介质和滤饼的双重阻力。滤饼由污泥颗粒堆积而成， 可视