（市政工程专业论文）净水厂排泥水浓缩脱水特性及调质形态学研究.pdf

摘要 净水厂排泥水若不经处理直接排放，不仅污染受纳水体，而且会造成水资源 的大量浪费。本论文对净水厂排泥水处理的国内外发展概况进行了综述，讨论了 排泥水的基本物理、化学特性及其相关参数的检测方法，对排泥水的沉淀性能影 响因素以及物理和化学调质等进行了试验研究，率先将激光粒度分析、p d a 、扫 描电镜、显微镜摄像和分形理论等运用到污泥调质的研究中，推导出包含分维在 内的比阻形态学表达式，提出了改善污泥脱水性能的途径。 排泥水沉淀浓缩试验表明，无机絮凝剂对排泥水沉淀性能的改善非常有限， 而高分子絮凝剂( 如c p a m 1 ) 能通过其长分子链的吸附架桥作用明显提高排泥 水的沉淀速度。随着c p a m 1 投药量的增加，s v i 值和浊度均下降。随着搅拌强 度g t 值的增大，浊度和s v i 先减小后增大。当g t 值在8 5 8 6 0 ( 2 0 0 r r a i n ，3 m i n ) 左右时，排泥水可获得良好的沉淀性能。在5 3 5 温度范围内，c p a m 1 能有 效地改善排泥永的沉淀性能。当p h 在2 1 0 范围内，排泥水的沉淀性能随着p h 值的升高而变差。 根据实测得到的静态沉降曲线，结合固体通量理论和净水厂浓缩池运行的特 点，讨论了迪克理论和柯伊一克里维什理论在净水厂污泥重力浓缩池设计中的运 用，提出了适合净水厂浓缩池的沉淀面积和深度的计算方法。在运用迪克理论时， 考虑与不考虑排泥固体通量，所得的总固体通量最小值分别为1 9 5 k g ( m 2 - d ) 和 4 9 k g ( m 2 d ) ，差别很大。考虑到净水厂污泥浓缩池的实际工作情况，设计时宜采 用保守设计，即不考虑排泥固体通量的影响；运用柯伊一克里维什理论时，浓缩 要达到的目标浓度的取值应根据脱水机械对进泥浓度的要求来确定。 在所试的物理调质方法中，冰冻一解冻调节效果最显著。解冻污泥可以在不 加压的情况下自然过滤，且含圈率随冰冻温度的降低，时阃的延长，泥量的减小 而升高。影响冰冻一解冻调质的因素的作用大小依次为：冰冻时间 冰冻温度 所 用泥量。微波和高温高压调质效果其次。微波能通过产生热效应来破坏污泥结构， 促进污泥脱水，仅辐射5 m i n ，污泥比阻较原污泥约下降了4 6 。相同作用温度和 时间下，污泥高压调质的效果明显比常压下好。在0 1 4 m p a ，1 2 0 下，加热5 m i n ， 污泥比阻较原污泥约下降了3 3 。超声波调质的初步研究表明，超声波对于净水 厂污泥的脱水并没有促进作用，反而使污泥比阻增加。超声波应用于净水厂污泥 处理的可行性、运行参数的优化、或与其它处理工艺的合理组合等同题仍需进一 步研究。 本研究中化学调质包括投加高分子絮凝剂、表面活性剂、石灰以及酸、碱调 质。无机絮凝剂对污泥脱水性能的改善都非常有限。而有机高分子絮凝剂均能有 效改善污泥的脱水性能，分子量大小是决定调质效果的重要因素。投加药剂前后， 污泥z e t a 电位的变化很小，说明了高分子絮凝剂对污泥胶体颗粒的絮凝作用机理 主要是吸附架桥或网捕、卷扫，而不是电性中和。 阳离子型表面活性剂c t a c 和阴离子型表面活性剂s d s 在单独调节以及与 p a m 共同作用时对污泥脱水的影响研究表明：在5 0 2 0 0 m g l 的投加量下，无 论单独作用，还是与p a m 共同作用，c t a c 均能使污泥比阻降低；而s d s 则对 污泥脱水有负面影响。 当石灰的投加量达1 0 0 0 m g l ( 约占污泥干重的4 0 5 0 ) 以上时，对污泥脱 水有较明显的改善效果。由于石灰投加量需要较大，由此造成的污泥泥饼干重增 大、出水p h 值偏高等问题限制了其广泛应用。 在投加酸、碱调质中，随着p h 值的降低，相应z e t a 电位的电负性减小，污 泥比阻下降，这可能是因为h + 与污泥的结合改变了污泥的表面电荷性质，促进了 污泥絮体间的进一步絮凝，降低了絮体对水的亲和力。因此，加酸有利于污泥脱 水，而加碱则有负面影响。 本文对5 种有应用( 或潜在应用) 前景的排泥水处理工艺：自然冰冻一解冻、 人工冰冻一解冻、微波、投加p a m 和酸处理+ p a m 进行了经济分析和对比。以 上工艺的单位排泥水投资均在o 1 o 2 万元m 3 左右；自然冰冻一解冻受气候、 地理等诸多因素影响，不具有广泛的适应性，且成本分析中也没有将土地费计入， 只适合于气候寒冷且土地资源相对丰富的地区；人工冰冻一解冻由于基建和设备 费投资大，且电耗很高，处理成本是5 种工艺中最高的，但因其具环境友好性， 在经济发达且电资源丰富的地区仍可以考虑实施；微波处理不需投加任何药剂， 并具有杀菌作用，泥饼和滤液的处置都很方便，并且经济可行，运行成本仅需0 o l 元m 3 ，是一种值得进一步研究和应用的新型工艺；投加p a m 由于技术相对较成 熟，适用性强，且经济上也是可行的，但由此造成的泥饼及滤液的处置问题将制。 约其发展。 此外，本研究从微观出发，应用图像技术与分形理论等，从形态学角度探讨 污泥调质机理，将分形理论引入比阻的微观表达式，推导出了包含分维在内的比 阻形态学表达式。 利用该式，结合实测的污泥颗粒粒径以及分维的变化，讨论了污泥调质机理， 指出提高污泥的脱水性能( 即降低比阻) 的可通过增加孔隙率占，提高等效粒径 巩，增大分维d 一以及降低压缩性系数s 来实现。除了改变污泥颗粒的特性外， 降低滤液的粘滞系数也是降低比阻的有效途径。 关键词：排泥水；处理；沉淀；调质；机理；分形；形态学 l l i a b s t r a c t d i s c h a r g e dw a t e rt r e a t m e n tp l a n ts l u d g e ( w t p s ) w i t h o u tt r e a t m e n tc o u l d p o l l u t et h ea c c e p t i n gw a t e rb o d ya n dw a s t ew a t e rr e s o u r c e t h ec u r r e n tw t p s t r e a t m e n ts i t u a t i o n ，b o t hi nh o m ea n da b r o a dw a sr e v i e w e d ，a n dt h eb a s i cc h e m i c a l a n dp h y s i c a lc h a r a c t e f i s t i c so fw t p sa n dr e l a t i v em e a s u r e m e n tw e r ea l s oi n t r o d u c e d a n dd i s c u s s e d f u r t h e r m o r et h ei n f l u e n c eo nt h es e t t l i n ga n dc o n d e n s i n gw t p sa s w e l la sp h y s i c a la n dc h e m i c a lc o n d i t i o n i n go fw t p sw e r es t u d i e d s o m ea d v a n c e d m e t h o d so fl a s e rp a r t i c l es i z e a n a l y z e r ，p h o t o m e t r i cd i s p e r s i o na n a l y z e r ( p d a ) ， s c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p ea n df r a c t a lt h e o r yw e r ea p p l i e dt os t u d ym e c h a n i s mo f t h ec o n d i t i o n i n g s am o r ec o m p r e h e n s i v ef o r m u l ac o n s i d e r i n gf r a c t a ld i m e n s i o nw a s d e d u c e d ，a n di tc o u l dc o n d u c et ob e t t e ru n d e r s t a n dt h ec o n d i t i o n i n gm e c h a n i s ma n d t h ea p p r o a c h e so fe n h a n c i n gs l u d g e sd e w a t e r a b i l i t y s e t t l i n g c o n d e n s i n ge x p e r i m e n t ss h o w e dt h a ti n o r g a n i cf l o c c u l a n t sh a dl i t t l e e f f e c to ni m p r o v i n gt h ew t p s ss e t t l e a b i l i t y ，w h i l et h eo r g a n i cp o l y m e r ss u c ha s c p a m - 1c o u l de n h a n c es e t t l i n gv e l o c i t yo fw t p so b v i o u s l y i m p l y i n gt h el o n g e r m o l e c u l a rc h a i no ft h eo r g a n i cp o l y m e r sp l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nf l o c e u l a t i o n d e w a t e r i n gt h r o u g ha b s o r b i n ga n db r i d g i n gf u n c t i o n s i tw a sf o u n d e dt h a ts v ia n d t u r b i d i t yw e r eb o t hd e c r e a s e dw i t ht h er i s eo fd o s a g eo fc p a m - 1 b o t ht h et u r b i d i t y a n ds v ie x p e r i e n c e dad e c l i n ea n dt h e nar i s i n gp e r i o d sa sg ti n c r e a s e d ，t h u sag o o d s e t t l e a b i l i t yo f w t p sw a so b t a i n e d w h e n g tv a l u e w a sa b o u t8 5 8 6 0 ( 2 0 0 r m i n , 3 m i n ) i nt h er a n g eo f5 3 5 c p a m - 1c o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h es e t t l i n go fw t p s h o w e v e r r i s eo fp hf r o m2t o1 0d e t e r i o r a t e dt h es e t t l e a b i l i t yo fw t p s a p p l i c a t i o no fd i c ka n dc o e - c l e v e n g e rt h e o r i e si nd e s i g n i n gg r a v i t yt h i c k e n e r s a r e aa n dd e p t hb a s e do nt h es t a t i cs e t t l i n gc u r v ef o rw a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ( w t p ) w i t hc o n s i d e r a t i o no fi t sp r a c t i c a lo p e r a t i o nw a sd i s c u s s e d i nt h ea p p l i c a t i o no ft h e d i c kt h e o r y ，t h e r ei ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h em i n i m u ms o l i df l u xv a l u e s ， i e 19 5 k g ( m 2 d ) v s 4 9 k g ( m 2 - d ) ，i fc a l c u l a t e dw i t ho rw i t h o u tc o n s i d e r i n gt h e i n f l u e n c eo ft h ed i s c h a r g ev e l o c i t yr e s p e c t i v e l y c o n s i d e r a t i o no ft h ep r a c t i c a l o p e r a t i o no ft h i c k e n e r si nw t p i g n o r i n gt h ed i s c h a r g ev e l o c i t yw a ss u g g e s t e da s m o r es a f ew a yf o rt h et h i c k e n e r sd e s i g n t h ev a l u ef o r t h et a r g e tc o n c e n t r a t i o no ft h e t h i c k e n e rs h o u l d b ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to ft h ed e w a t e r i n g m a c h i n ew h e na p p l y i n gt h ec o e - c l e v e n g e rt h e o r y i na l io ft h et e s t e dp h y s i c a lc o n d i t i o n i n g s f r e e z i n g t h a ww a st h em o s te f f e c t i v e o n e f r e e z e t h a w e ds l u d g ec o u l df i l t e ro u ta ta t m o s p h e r i cp r e s s u r e ；a n di t sf i l t e r e d s o l i dc o n t e n ti n c r e a s e dw i t ht h ed e c r e a s eo ft h ef r e e z i n gt e m p e r a t u r e ，s l u d g ea m o u n t a n dt h ee x t e n s i o no ff r e e z i n gt i m e t h ei n f l u e n t i a ld e g r e e so ft h ef a c t o r sw e r e s u c c e s s i v e l yr a n g e da s - f r e e z i n gt i m e f r e e z i n gt e m p e r a t u r e s l u d g e a m o u n t m i c r o w a r er a d i a t i o na n dh e a t i n g ，r e s s u r i z a t i o nw e r er a n k e da st h es e c o n dm o s t e f f e c t i v ep h y s i c a lc o n d i t i o n i n gm e t h o d s m i c r o w a v ec a l ld e s t r o yt h es t r u c t u r eo f s l u d g ea n de n h a n c et h ed e w a t e r a b i l i t yt h r o u g hr e d u c i n gs l u d g e ss p e c i f i cr e s i s t a n c et o f i l t r a t i o n ( s r f ) b y4 6 a f t e r5m i n u t e sr a d i a t i o n 。c o m p a r i n gt ot h er e s u l t sw i t h o u t p r e s s u r i z a t i o n ，t h ep r e s s u r i z a t i o nh e a t i n gd e c r e a s e dt h es r fb y3 3 w h e nt h es l u d g e h e a t e df o r5 m i na t0 1 4 m p aa n d1 2 0 i n i t i a lu l t r a s o n i cc o n d i t i o n i n gh a dn e g a t i v e e f f e c to ns l u d g e sd e w a t e r i n gb yi n c r e a s i n gs r f i tn e e d e df u r t h e rr e s e a r c h e so ni t s p r a c t i c a b i l i t y ，o p t i m a lo p e r a t i o na n dc o m b i n a t i o nw i t ho t h e rc o n d i t i o n i n gm e t h o d s c h e m i c a lc o n d i t i o n i n g si nt h es t u d yi n c l u d e da d d i n gp o l y m e r sf l o c c u l a n t s ， s u r f a e t a n t s ，l i m e ，a n da c i d b a s e i tw a sf o u n dt h a tn o n o r g a n i cr e a g e n t sh a dl i t t l e e f f e c t so n i m p r o v i n gt h es l u d g e sd e w a t e r a b i l i t y w h i l eo r g a n i cm a c r o m o l e e u l e p o l y m e r sc a ne n h a n c et h es l u d g e sd e w a t e r i n g ，i m p l y i n gm o l e c u l a rw e i g h tm i g h tb e a ni m p o r t a n tf a c t o rd e t e r m i n i n gt h ec o n d i t i o n i n ge f f e c t t h ec h a n g eo fz e t ap o t e n t i a l w a ss l i g h ta f t e rt h er e a g e n t sw e r ea d d e d ，s u g g e s t i n gt h a tt h ef l o c c u l a t i o nd e w a t e r i n g m e c h a n i s mo ft h ep o l y m e r si sm a i n l ya b s o r b i n g b r i d g i n ga n dw e b b i n g s w e e p i n g ，n o t e l e c t r o n i cn e u t r a l i z a t i o n t h ei n f l u e n e eo fs u r f a c t a n t so fc a t i o n i cc t a ca n da n i o n i cs d se i t h e ra c ta l o n e o rw i t hp a m t o g e t h e ro ns l u d g e sd e w a t e r a b i l i t yw a st e s t e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t a tt h ed o s a g eo f5 0 2 0 0 m g l ，n om a t t e ra c ta l o n eo rt o g e t h e rw i t hp a m ，t h ec t a c s h o w e dap o s i t i v ee f f e c tb yd e c r e a s e dt i l es r fw h i l es d si m p o s e da nn e g a t i v e e f f e e t s l i m ec o n d i t i o n i n gc o u l di m p r o v et h ed e w a t e r a b i l i t yo fs l u d g ea td o s a g ea b o v e 1 0 0 0 m g l ，o r4 0 5 0 o fd r ys l u d g e h o w e v e r ，t h er e s u l t i n gi n c r e a s eo fs l u d g e sd r y w e i g h ta n dp hi ne f f l u e n ta tt h ed o s a g el i m i t si t sa p p l i c a t i o n ， i na c i d b a s ec o n d i t i o n i n g ，w i t ht h ed e c r e a s eo fp h ，z e t ap o t e n t i a la n ds r f d e c r e a s e d i ti sp o s s i b l et h a th + c h a n g e dt h es l u d g ep a r t i c l e se l e c t r o n i cn a t u r e ，t h u s e n h a n c i n gt h ei t sc o a g u l a t i o na n da l s od e c r e a s i n gi t sa f f a b i l i t yt ow a t e r a sar e s u l t ， a d d i n ga c i dw a sb e n e f i tt od e w a t e r i n gw h i l ea d d i n gb a s eh a dn e g a t i v ee f f e c t f i v ec o n d i t i o n i n go p e r a t i o n si n c l u d i n gn a t u r a la n dm a n - m a d ef r e e z i n g t h a w ， m i c r o w a v er a d i a t i o n ，a d d i n gp a ma n da d d i n gp a mw i t ha c i dw e r ec o m p a r e dw i t h v b o t ht e c h n i c a la n de c o n o m i ca s p e c t s t h ec a p i t a lc o s to ft h ea b o v e5o p e r a t i o n si s a b o u t10 0 0 2 0 0 0r m b y u a n m 3w t p s n a t u r a lf r e e z i n g t h a wc o n d i t i o n i n gi so n l y f i tt ot h ec o l dr e g i o nw i t ha b u n d a n tl a n dr e s o u r c e m a n - m a d ef r e e z i n g t h a wi st h e m o s te x p e n s i v eo n ea m o n gt h e5o p e r a t i o n s ，f o ri t sh u g ee x p e n s eo nc o n s t r u c t i o n ， e q u i p m e n ta n de l e c t r i c i t yc o n s u m e d h o w e v e r ，w i t hc o n s i d e r i n gt h ea d v a n t a g eo f e n v i r o n m e n t a lf r i e n d l y ，m a n m a d ef r e e z i n g - t h a wc o u l db ea p p l i e di nt h ea r e aw i t h a b u n d a n tc h e a pe l e c t r i c i t yr e s o u r c e m i c r o w a v ec o n d i t i o n i n gi sap r o m i s et e c h n o l o g y d e s e r v i n gr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n ，n o to n l yf o ri t so p e r a t i o nf a r ei sa sl o wa so 01 r m b y u a n m 。s l u d g eb u ta l s of o ri t sn o nr e a g e n ta d d i t i o na n dh a v i n gs t e r i l i z a t i o n f u n c t i o nw h i c hb e n e f i t st od i s p o s a lo fs l u d g ec a k ea n df i l t r a t e t h ec o n d i t i o n i n gb y a d d i n gp a ma n db ya d d i n gp a mw i t ha c i da r em a t u r ei nt e c h n i c a la n da l s op r a c t i c a l i ne c o n o m y h o w e v e rt h ep r o b l e mo fd i s p o s a lo fs l u d g ec a k ea n df i l t r a t er e s t r i c t s t h e i rf u r t h e rd e v e l o p m e n t i nt h i ss t u d y ，af o r m u l ai n c l u d i n gf r a c t a ld i m e n s i o ni sd e d u c e db ya p p l y i n gt h e i m a g et e c h n o l o g ya n df r a c t a lt h e o r y w i t ht h e h e l po ft h ef o r m u l aa n dt h eo b s e r v a t i o no fd i a m e t e ra n df r a c t a l d i m e n s i o nt h e s l u d g ep a r t i c l e s ，c o n d i t i o n i n g m e c h a n i s ma n d a p p r o a c h e s f o r e n h a n c i n gt h es l u d g e sd e w a t e r a b i l i t yw e r ed i s c u s s e d i ti m p l i e st h a tt h ea i mo f r e d u c i n gs r fc o u l db ea c h i e v e db yi n c r e a s i n gso r i g i n a lp o r o s i t y ，磊e q u i v a l e n t d i a m e t e ro ft h e s l u d g ep a r t i c l e s ，珥f r a c t a ld i m e n s i o n ，o rb yd e c r e a s i n g s c o m p r e s s i b i l i t yc o e f f i c i e n t b e s i d e s ，c h a n g i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs l u d g ep a r t i c l e s ， r e d u c i n g t h ev i s c o s i t yo ff i l t r a t i o ni sa n o t h e re f f e c t i v em e t h o dt od e c r e a s es r f k e y w o r d s ：s l u d g e ；t r e a t m e n t ；s e t t l i n g ；c o n d i t i o n i n g ；m e c h a n i s m ；f r a c t a l ；m o r p h o l o g y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 谢敏 日期：2 0 0 7 年4 月2 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期：2 0 0 7 年4 月2 7 日 日期：2 0 0 7 年4 月2 7 日 博士学位论文 第1 章绪论 1 1 净水厂排泥水处理的意义 造成水源污染的主要原因是大量污水、废弃物未经处理或仅经部分处理就直 接排入地表水体。与此同时，深受水源污染之害的自来水行业，却也向河流排放 大量生产废水【l 】。目前，国家正全力实施环境保护工程，力图改善环境污染的现 状。净水厂排泥水的处理问题已经提上议程。 净水厂生产废水一般约占水厂净水能力的4 7 1 2 】，主要来自沉淀池排泥水 和滤池反冲洗排水。滤泄反冲洗排水含固率比沉淀池排泥水低得多，主要由悬浮 盐类、粘土、有机物及化学药剂残余物组成。排泥水的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。排泥水 经浓缩后含固率增大，这种浓缩的排泥水常被称为净水厂污泥。 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。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，排泥水如直接排入水体会造成淤塞河道，抬高河床，影响通航及 行洪，污染水源，影响环境卫生和破坏生态平衡等后果。实施排泥水处理，回收 利用这部分水资源，不但可以控制水源污染，有效缓解水资源日益紧缺的矛盾， 同时还具有节约引水工程的基建投资和日常运行费用的重要意义。 1 2 净水厂排泥水处理的国内外发展概况 二十世纪六十年代以前，在欧美、日本等国就已经建造了净水厂排泥水处理 的设施。但最初建造的一些净水厂排泥水处理设施，很大程度上是沿用污水厂的 污水和污泥处理方法进行设计和应用，没能结合净水厂排泥水的特点来合理考虑。 直到六十年代开始，人们开始研究净水厂排泥水处理和污泥处置工作。研究 人员调查了净水厂排泥水处理与净水工艺之间的关系，探讨了净水厂排泥水处理 与污水厂污泥处理之间的共同点和不同点，总结了已建成的净水厂排泥水处理设 旌的运行经验和教训。在此基础上，根据净水厂排泥水的特点，总结提出了许多 净水厂排泥水处理和污泥处置的较有效的工艺、方法和设备。 本世纪七十年代以来，特别是在一些发达国家，城市净水厂都设置了较为完 善的污水污泥处理、处置系统。在欧洲的大部分国家，经过脱水处理的污泥占全 部污泥量的7 0 【3 , 4 1 ( 表1 1 ) 。欧洲一些国家由于自来水原水浊度很低，水厂排 泥水含泥量很少，大部分水厂将排泥水排入城市污水管，由污水处理厂统一处置。 净水厂排泥水浓缩脱水特性及调质形态学研究 在土地资源比较丰富的国家，则将净水厂排泥水排放在天然干化场中，待污泥自 然干化后再对其进行处置。 表1 1 欧洲一些国家的净水厂污泥脱水情况 注：4 原西德的数据；贮存；+ 灭菌和干化。 日本1 9 7 6 年就颁布法律，供水能力在1 万m 3 ，d 以上的净水厂必须对水厂排泥水 进行处理，禁止直接排放河流，且必须对污泥饼进行无公害化处置。日本近年来 经脱水处理的污泥占了总污泥量的8 0 以上。日本横滨市西谷水厂的排泥水处理 是将排泥水收集在污水池，然后用泵送入排泥水浓缩池。经自然沉降和浓缩后， 底部污泥含水率达9 8 9 6 ，再用泵送入加压脱水机( 或不加压长时间脱水) 。 从脱水机分离的泥饼含水率达6 5 。泥饼经干燥后，由破碎机加工成适当粒度， 保存在储存槽里作为园艺栽培泥土出售。横滨小雀水厂的排泥水从污水池送到浓 缩槽，经硫酸处理后再送回浓缩槽( 回收含上清液里的硫酸铝重新作混凝剂使用) ， 浓缩污泥加入熟石灰混合，送至脱水机脱水。经脱水机分离后的泥饼含水率约 5 0 。泥饼经破碎后再加入砂子，可用作管道铺设施工的覆盖土。 目前，国外排泥水处理工艺已形成一个较完善的系统。欧美、日本等许多国 家较大规模的水厂均配置较完善的自动化程度较高的排泥水处理和污泥处置设 施。有关部门出版了不少有关净水厂排泥水处理的专著和参考手册，详细介绍了 有关法规、污泥的性质、处理处置方法和工程实例等内容。在技术完善的同时， 排泥水的处理率也迅速提高。据资料【3 ，4 】介绍，欧美国家的排泥水处理量己占 2 博十学位论文 总量的7 0 以上，日本达到8 0 以上。各国对净水厂排泥水处理的研究，已由工 艺流程、设备应用及污泥调节药剂选择等方面逐渐延伸到微观理论和脱水泥饼的 处置和综合利用上。总之，西方国家净水厂排泥水处理经历了几十年的发展历程， 现在己形成较完善的处理工艺系统。 国内由于经济、技术原因，水厂排泥水处理污泥处置研究和应用的起步较晚， 研究和实施始于2 0 世纪8 0 年代。1 9 8 8 年，谢恚平【5 i 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。该书对净水厂污水和 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，对于刚起步的我国净水厂生产废水处理事业有较高的参考价值。 1 9 9 6 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 脱水处理等试验研究工作，取得了较有价值的成果 1 , 2 , 6 - 8 】。1 9 9 8 1 9 9 9 年，程曦1 1 】 通过模型干化柱和小型干化床试验，考察了污泥比阻、施泥厚度、施泥浓度与气 候条件对脱水和干化效果的影响。在此基础上，提出了基于现场实测数据的新的 干化床面积精确计算方法；考察了加药调质对污泥性质与污泥脱水性能的影响， 并提出了适合福州市西区净水厂条件、兼顾投资及运行费用的干化床设计运行方 法。1 9 9 9 2 0 0 1 年，黄廷林、张刚等【9 】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了试验研究。试验研究表明，与传统工艺相比，利 用造粒流化床工艺处理净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，该工艺在净水厂生产废水处理方面具有较强的优势。2 0 0 2 2 0 0 3 年许 建华等【6 ，7 1 分别对上海长江水源水厂、上海黄浦江水源水厂的排泥水的浓缩及其后 续工艺进行了研究。通过一系列监测，基本掌握了沉淀池排泥水和滤池反冲洗废 水排放浓度的变化规律：系统地研究了沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水在静态沉 降、慢速搅拌以及投j j i p a m 等不同情况下的沉淀性能。污泥沉降小试表明：长江 水源水厂排泥水的沉淀性能明显差于黄浦江水源水厂的沉淀池排泥水；并提出在 活化硅酸、聚合氯化铝铁和p a m = 种药剂中，建议将p a m 作为排泥水工程浓缩处 理的药剂。 1 9 9 6 2 0 0 6 年，随着人民对环境意识的增强以及环境保护法、水污染 防治法、水法和污水综合排放标准等一系列水资源保护的法律、法规 的颁布和实行，许多城市净水厂也开始重视对水厂排泥水进行处理和研究。很多 单位都在积极实施水厂排泥水处理工程并进行排泥水处理试验研究。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、广州市西洲水厂、天 津市新开水厂、大庆中引水厂、深圳朱坳水厂、厦门杏林水厂、上海长桥水厂、 临江水厂以及长沙市八水厂的排泥水处理工程先后建成并投产运行【1 0 5 1 。 净术j 排泥水浓缩脱水特性及调质形态学研究 1 3 本论文课题的提出与研究内容 1 3 1 课题的提出 我国净水厂排泥水普遍不经处理直接排放。国家环保局要求，到2 0 0 0 年，新 建或在建大型净水厂污泥水必须处理达标后再行排放。 由于净水厂生产废水的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。为此，在国内外都开展了净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，有的已成功运用到工程实践中。但总的 来说，净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 处理设施不够成熟和完善，在开拓这一领域的新的处理方法，探讨作用机理，完 善其工艺流程，降低处理成本等多个方面还有待于做进一步探索【1 6 1 。我国的净水 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。 目前对于净水厂排泥水浓缩特性的研究，已有相关报道【6 ，1 ，但如何根据排泥 水浓缩特性指导浓缩池的设计仍有待探讨。本课题通过排泥水静沉试验，结合固 体通量理论和净水厂浓缩池运行的特点来讨论排泥水浓缩池的设计，为工程设计 提供理论依据。 净水厂污泥脱水前的预处理( 即污泥调质) 方法有很多，大体可以分为两类： 物理调质和化学调质i l ”。物理调质有：冰冻一解冻、高温高压、微波和超声波等。 化学调质有投加高分子絮凝剂调质，表面活性剂，酸、碱和石灰等。但目前的研 究一般都是针对其中的一种或几种方法的讨论，并没有系统地对各种调质方法进 行试验和比较。有关微波调质的研究仅限于污水厂污泥和含油污泥的处理，而将 其应用于净水厂污泥的预处理还未见报道。另外，表面活性剂调质研究较多的是 针对憎水性难降解有机污染物的增溶作用等，也有用于脱水领域的研究，但对净 水厂污泥的作用效果和机理的研究鲜有报道。 国内外对于净水厂排泥水的作用效果和机理的研究大多是针对高分子絮凝剂 试验和最佳投药量的研究 1 8 , 1 9 1 。探讨高分子絮凝剂于污泥的作用机理与调质效果 基本上是沿用传统的絮凝作用机理，从宏观指标如污泥比阻、上清液余浊、浑液 面沉速等方面进行2 0 ，2 1 1 。对于排泥水的调质机理的讨论均停留在宏观指标的定性 分析与控制上，至于污泥调质的絮凝形态学的研究目前还没有涉及，也很少定量 研究污泥最佳絮凝状态下絮凝形态与脱水性能的关系1 9 以。其原因之一是由于混 凝过程纷繁复杂，许多连续发生的重要过程与现象中具有混沌性，必须具备相应 的探测分析手段才能定量描述，存在一定的难度。 絮凝形态学及其分形数学理论有助于从定量的角度来描述与解释影响絮凝体 脱水效率的形态学特征 2 2 以5 1 ，然而，絮凝形态学与分形数学理论用于水厂排泥水 4 博十