（市政工程专业论文）长江水源水厂排泥水处理处置研究.pdf

摘要 摘要 在当前水环境污染日益严重的情况下，自来水厂排泥水处理工程已逐步纳 入了自来水厂的工艺流程体系，以实现生产废水零排放。在进行排泥水处理工 程设计前，需要根据具体情况对排泥水进行具体分析研究。由于目前尚缺少长 江水源下游段水厂排泥水的课题研究，应常州通用自来水公司的委托，对某长 江水源水厂排泥水的沉降浓缩性能等方面做了科学研究。 论文阐明了自来水厂排泥水处理研究的意义，概述了国内外的发展近况， 介绍了排泥水的基本性质和一般处理方法，并通过一系列试验数据分析总结了 长江水源水厂排泥水的沉降浓缩性能。 经过夏秋冬三季的间歇性小试，测定长江水源水悬浮固体含量以及其相应 的浊度，以此总结出原水悬浮固体含量与浊度的比例关系。利用比例关系式估 算了该自来水厂的干泥日产量，并根据实地观测，估算了水厂的排泥水总量。 接着，通过排泥水自然沉淀和混凝沉淀试验，确定了排泥水沉降极限固体通量， 比较了排泥水投加聚丙烯酰胺前后的沉降效果。然后，利用小型斜板浓缩池进 一步分析掌握了排泥水的沉降浓缩性能，确定了斜板浓缩池运行优化条件。最 后，测定了排泥水的颗粒粒径分布、固体成分组成和污泥比阻。另外，通过文 献阅读、资料收集、实地调研等工作，总结了污泥机械脱水和泥饼处置方法。 研究表明长江水源水厂的排泥水具有良好的浓缩沉降性能，有利于排泥水 的处理，缩短了排泥水在浓缩池中的停留时间，能有效减少浓缩池的占地面积。 同时，本试验研究为今后科学设计长江水源水厂排泥水处理工程提供了可靠依 据。 关键词：排泥水处理，浓缩，长江 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ew a t e rp o l l u t i o nb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s ，w a t e r w o r k ss l u d g e t r e a t m e n tp r o j e c th a sb e e na d d e du pt od r i n k i n gw a t e rt r e a t m e n ts y s t e mi no r d e rt o a c h i e v et h ez e r od i s c h a r g eo fw a s t ew a t e r b e f o r ed e s i g n i n gt h ep r o j e c t , d e t a i l c o n d i t i o n sr e l a t e dt ot h es l u d g ew a t e rs h o u l db er e s e a r c h e ds e r i o u s l y s i n c et h e r ei s l i t t l es t u d yo ns l u d g et r e a t m e n to fl o w e rr e a c h e so fy a n g t z er i v e r , w es t u d yt h e t h i c k e n i n ga n do t h e rq u a l i t i e so fs l u d g ef r o mac e r t a i nw a t e r w o r k su s i n gy a n g t z e r i v e ra sr a ww a t e ru n d e rt h ec o m m i s s i o nb yc h a n g z h o ug e n e r a lw a t e rs u p p l y c o m p a n y t h i st h e s i si l l u s t r a t e dt h em e a n i n go fs t u d yo ns l u d g et r e a t m e n to fw a t e r w o r k s ， r e v i e w e dt h ed e v e l o p m e n to nt h i ss u b j e c th o m ea n da b r o a d ，i n t r o d u c e dt h ec h a r a c t e r a n dg e n e r a lt r e a t i n gm e t h o do fs l u d g ew a t e r , m e a n w h i l ec o n c l u d e dt h et h i c k e n i n g q u a l i t i e so fs l u d g ef r o mw a t e r w o r k su s i n gy a n g t z er i v e ra sr a ww a t e rb ya n a l y z i n ga s e r i o u so ft e s t i n gd a t e t h r o u g hi n t e r m i t t e n te x p e r i m e n t ，w h i c hw a sm a d ei ns u m m e r , a u t u m na n d w i n t e rt h e s et h r e es e a s o n s ，w eh a v em e a s u r e dt h ec o n t e n to fs u s p e n ds o l i di nr a w w a t e ra n di t sr e l e v a n tt u r b i d i t y , a n dc o n c l u d e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et w o t h e a m o u n to fs o l i dd r ys l u d g ef r o mt h ew a t e r w o r k sh a sb e e ne s t i m a t e dr o u g h l y a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i p ，a n da l s ot h ea m o u n to fl i q u i ds l u d g ew a t e rh a sa l s o b e e ne s t i m a t e da c c o r d i n gt ot h es p o to b s e r v a t i o n n e x t ，t h em i n i m u ms o l i d s h a n d l i n g c a p a c i t yh a sb e e n a s c e r t a i n e db yd o i n gn a t u r a ls e d i m e n t a t i o na n dc o a g u l a t e s e d i m e n t a t i o ne x p e r i m e n t so fs l u d g ew a t e r t h es e d i m e n t a t i o ne f f e c tb e f o r ea n da f t e r a d d i n gp a n lh a sa l s ob e e nc o m p a r e d t h e n , w eo b t a i n e dt h et h i c k e n i n gq u a l i t i e so f s l u d g ew a t e rt h r o u g hu s i n gi n c l i n e dp l a n et h i c k e n e ra n dd e t e r m i n e dt h eo p t i m u m r u n n i n gp a r a m e t e ro ft h i c k e n e r a tl a s t , t h eg r a n u l a rs i z ed i s t r i b u t i o n ，c o m p o n e n ta n d s p e c i f i cr e s i s t a n c eo fs l u d g eh a v eb e e nt e s t e d a d d i t i o n a l l y , m e t h o d sf o rm e c h a n i c a l d e w a t e r i n gp r o c e s sa n dd i s p o s a lo fs l u d g ec a k eh a v eb e e nc o n c l u d e dt h r o u g hr e a d i n g l i t e r a t u r e ，c o l l e c t i n gi n f o r m a t i o n ，i n v e s t i g a t i n gs p o ta n do t h e rw o r k s n t h es t u d yi n d i c a t e st h a tt h es l u d g e ，w h i c hi sf r o mw a t e r w o r k su s i n gy a n g t z e r i v e r 勰r a ww a t e r , h a sg o o dp e r f o r m a n c eo ft h i c k e n i n gw h i c hf a v o r st h et r e a t m e n t , r e d u c e st h er e s i d e n c et i m eo fs l u d g ew a t e ra n dt h ea r e ao ft h et h i c k e n e r m e a n w h i l e ， i tp r o v i d e st h es c i e n t i f i cr e f e r e n c ef o rp l a n n i n gt h e s l u d g et r e a t m e n tp r o j e c to f w a t e r w o r k su s i n gy a n g t z er i v e r 嬲r a ww a t e ri nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：s l u d g et r e a t m e n t ，t h i n c k e n i n g ，y a n g t z er i v e r i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务：学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名：瓤 弘刁年2 月$ 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在2 年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 硼年月矽日 学位论文作者签名：j 瓷瓦 砷年2 月8 e t 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 整毯：魂瓦 砷年z 月8 e l j 第1 章引言 第1 章引言 自来水厂大都以江河、湖泊或水库等地表水体作为水源，通过混凝、沉淀、 过滤及消毒等常规水处理工艺去除原水中的泥沙、胶体颗粒、细菌和藻类等无 机杂质和有机杂质，从而生产出符合饮用水卫生标准的自来水。在生产自来水 的同时将产生一定量废水，以下统称排泥水。这些排泥水主要由反应沉淀池排 泥水和滤池反冲洗废水组成，排泥水中除了含有原水中被去除的悬浮杂质、色 度物质铁或锰外，还包含在净水过程中所投加的混凝剂( 如硫酸铝、聚合硫酸 铁) 形成的氢氧化物沉淀，以及其他添加物( 如助凝剂、粉末活性炭、硅藻土) 等。 一 国内曾有研究者分别对水厂排泥水在不同季节的化学好氧量进行过测定， 排泥水中c o d 在4 7 0 2 5 0 0 m g l ，不符合国家污水综合排放标准。也有研究者 2 1 曾对不同水源产生的排泥水进行成分分析，发现大部分排泥水有机成分含量占 总固体的1 0 以上，有些甚至高达2 7 4 。可见自来水厂排泥水中含有机成分， 未经处理的排泥水中悬浮物含量、耗氧量、细菌等水质参数都严重超标，它们 主要来自原水。原水经常规处理后污染物被浓缩，不少水质指标已是原来的几 十倍甚至几百倍，往往达不到国家污水综合排放标准。如果将排泥水直接排入 地表水体，将瞬间增加受纳水体的冲击负荷，水体内有机物、重金属离子等污 染物质浓度骤然升高，并且这些污染物质会影响水体生态平衡；同时经富集后 的泥水易在河床上沉积，将河床抬高，对河道的过水断面及航运造成影响。可 见，自来水厂排泥水需要经过处理达标后才可排放。 1 1 自来水厂排泥水性质 自来水厂排泥水由沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水组成，排泥水中的杂质 主要由混凝剂形成的金属氢氧化合物和原水中悬浮固体组成。 在元素组成上，排泥水中除了含有混凝剂中的金属元素，还含有原水所流 经的地表层所有的元素和化合物，其中不乏微量重金属元素，如z n 、c u 、p b 等。 有研究表明【3 1 自来水厂排泥水中重金属低于国内外排放标准中规定的最高允许 第1 章引言 含量，为脱水泥饼的综合利用提供了一定的可能性。 排泥水中所含水分大致分为四类【4 】：颗粒间的空隙水，约占总水分的7 0 ； 毛细水，颗粒间毛细管内的水，约占2 0 ；污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约 占1 0 。一般通过浓缩法降低空隙水；通过自然干化法或机械脱水法脱除毛细 水；通过干燥或焚烧法脱除吸附水和内部水。 排泥水沉降性能由于混凝剂种类不同而存在差异，铁盐混凝形成的污泥相 比于铝盐混凝形成的污泥更易于浓缩【5 j ；在上世纪7 0 年代k a r r 9p h i l i pr 等人通 过抗剪强度的测试，得出结论，污泥脱水性能的改变与p h 、生物降解、混合等 有关，受到固体粒径分布的影响，这些因素会发生改变，以致影响污泥脱水性 能【6 l 。但颗粒粒径分布对污泥脱水的影响程度目前尚无确切的理论。 表征排泥水性质的主要指标有：含水率和含固率、挥发性固体和污泥比阻 等，这些性质将直接反映出排泥水沉降性能及脱水性能。 排泥水含水率和含固率分别指其中水和固体的重量百分比。含水率的高低， 决定了排泥水的状态( 流态、塑态、固态) 。含固率的测定 】是将一定体积的排 泥水倒入蒸发皿中，经水浴蒸干后放入1 0 3 1 0 5 烘箱中烘干，并冷却称重。通 常沉淀池排泥水含固率在o 1 1 之间，滤池反冲洗废水含固率在0 0 1 0 0 5 之 间。通过浓缩工艺可以有效降低含水率，大大减少排泥水所占的体积，并且将 排泥水含固率提高到脱水机要求的范围。含水率和含固率是体现排泥水处理系 统效果好坏的最直观参数。 挥发性固体通常用于表示排泥水中有机物含量，可用重量百分比或m g l 表 示。挥发性固体有时也称灼烧减量或烧失量，是指排泥水在1 1 0 恒温下烘干后 在6 0 0 。c 下灼烧，以气体逸出的那部分固体。烧失量越小，排泥水中有机物含量 愈低，愈易沉降。自来水厂排泥水中有机成分含量远低于污水处理厂的污泥， 所以具有较好的沉降性能。 污泥比阻( 或称比阻抗) 是用于表征排泥水脱水性能的综合性指标，是指 单位过滤面积上，单位干重滤饼所具有的阻力。通常是用布氏漏斗试验，通过 测定污泥滤液滤过的速度快慢来确定污泥比阻的大小。污泥比阻抗值越大，越 难过滤，其脱水性能也越差。一般认为，比阻抗在1 0 1 2 1 0 1 3 c m g 为难过滤污泥， 在( 0 5 o 9 ) 1 0 1 2 c n a j g 为中等易过滤污泥，小于0 4 x1 0 1 2 c m g 为易过滤污泥。 如果排泥水中无机成分含量高、固体颗粒大、比阻小，排泥水就容易浓缩 脱水。 2 第1 章引言 1 2 自来水厂排泥水处理方法 自来水厂排泥水直接排入水厂附近水体；或者通过雨污水管道进入污水处 理厂进行处理；或者在水厂内经处理后，固液分离，上清液回用，泥饼外运处 置。目前国内自来水厂排泥水大部分不经处理直接排入附近水体，但随着环保 政策的逐渐完善，以及建设环境友好型社会的迫切需要，排泥水直排入水体将 会受到限制。国外曾经尝试将排泥水通过雨污水管道排入污水处理厂，对污水 处理没有明显不利影响，但是对泥饼的最终处置有一定影响，而且长期如此， 可能引起管道堵塞。当自来水厂远离城市，不可能将排泥水送到污水处理厂， 而在厂内进行处理，这也是自来水厂排泥水最合理的处理方法。 排泥水处理的流程一般包括以下几部分：排泥水收集、预沉，排泥水浓缩， 污泥调质和污泥脱水。 排泥水收集调节、预沉是指收集沉淀池的排泥水和滤池反冲洗废水，经预 沉后，上清液回用或排放，预沉池下部排泥水排入浓缩池。 排泥水浓缩是通过重力或机械的作用使固液分离从而降低排泥水体积的重 要手段。浓缩法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等，其中运用最广泛、操作 最简单的是重力浓缩法。常用的重力浓缩池有圆形辐流式浓缩池、上向流斜板 或斜管浓缩池等，浓缩池基本构造【8 】如图1 1 和图1 2 。 o o o u ， o o 口 5 0 0 图1 1 辐流式浓缩池 第1 章引言 c7 n 徽寻 5 5 0 、 、5 ；3 0 堰：、 3 厶5 z ：宣 玉7刊弓广1 一j hi _ 嗣一一一m 。- ，x 板 f 雩 工彳0 5 殂 黝黝黝黝黝褫锨缈 匡 么 工 叭2 ，uu 连1 3 护3 1 8 一 纛 2 8 5 7 孓 出水7 i2 3 0 挡板 0 0 0 斜板 萍弋7 一 2 2 0、 夕 寸 0 。7 0 乃q 佩7 18 m 3 h 排污泵一台 扬程芝8 m ，流量1 8 m 3 h 转子流量计一台 ( 2 ) 操作方法 第3 章研究实施方案 试验装置设置在排泥池附近，首先潜污泵将排泥水从排泥池内抽入调节 池，经搅拌均匀后通过排污泵提升到斜板浓缩池内进行固液分离，浓缩池上 清液经收集后排放，浓缩后的泥水排入排泥池，循环利用。 斜板浓缩池基本构造如图3 2 ，排泥水首先由浓缩池进水渠底部小孔向 池内均匀配水，泥水在池内分离，上清液通过浓缩池顶部的集水槽两侧小孔 进入槽内然后流出，底泥沉积后通过浓缩池底部的排泥管排出。 3 5 其他 图3 2 浓缩池构造图 洳 丑 j 止 辐 * 蜒 o t _ r 3 z q 1 ) 排泥水物理性质测定 排泥水成分、颗粒粒径及其分布直接影响到浓缩和脱水性能。由于客观条 件限制，特委托中国科学研究院上海硅酸盐研究所和上海交通大学分析测试中 心对采集的样品进行测定。 2 ) 浓缩污泥比阻测定 污泥比阻是反应脱水性能好坏的表征参数。采用小型真空泵、布氏漏斗和 定性滤纸等试验仪器测定浓缩污泥的比阻。 2 l 第3 章研究实施方案 3 ) 浓缩池上清液常规指标测定 参照地表水环境质量标准，测定浓缩池上清液的常规指标，以此分析上清 液回用的可行性。试验需要测定上清液的温度、色度、浊度( 浊度仪测定) 、p h ( 玻璃电极法) 、总硬度( 乙二胺四乙酸二钠滴定法) 、铁( 二氮杂菲分光光度 法) 、c o d m n ( 酸性高锰酸钾滴定法) 、氨氮( 纳氏分光光度法) 。 4 ) 机械脱水设备选择 常用的自来水厂排泥水机械脱水设备有板框压滤、带式压滤和离心脱水几 种。在调查研究的基础上，根据上述试验研究数据，进行全面分析比较，提出 机械脱水设备的选用建议。 5 ) 泥饼处置方法选择 根据国内现有自来水厂污泥处置方法，参考国外经验，合理提出脱水后泥饼 的处置方法，如有可能尽量考虑综合利用。 第4 章试验数据分析及结论 第4 章试验数据分析及结论 4 1 水厂干泥量和排泥水总量的确定 4 1 1 原水s s 与浊度的相关关系 在试验期间，对魏村水厂原水进行s s 和浊度的测定，时间跨度长达八个月， 经历了春、秋、冬三季，确立了长江下游原水的s s 含量与浊度之间的比例关系 式。现分别按季节、浊度的不同区间分析如下。 ( 1 ) 所有样品试验数据集中处理，确定原水s s 与浊度之间的关系： 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 j 兽4 0 0 r a 93 0 0 2 0 0 1 0 0 o 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 浊度( n 1 1 j ) 图4 1 集合所有样品确定s s 与浊度的比例关系 由上图可知，将不同时期的5 6 个水样测定结果集中分析处理，可得原水s s 与浊度之间的关系式： s s ( m g l ) = 1 3 2 t( 4 1 ) 式中t - 一原水浊度，( n t u ) 。 ( 2 ) 分别以原水浊度2 0 0 n t u 和1 0 0 n t u 为分界点，确定原水s s 与浊度之间的 关系： 第4 章试验数据分析及结论 o 5 0 1 0 01 5 02 0 0 2 5 0 3 0 03 5 04 0 04 5 05 0 0 浊度( n l l j ) 图4 2以2 0 0 n t u 为分界点确定s s 与浊度的比例关系 8 0 0 7 0 0 ，、6 0 0 一 曹5 0 0 踢4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 o5 01 0 0 1 5 02 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 浊度( g r u ) 图4 3以1 0 0 n t u 为分界点确定s s 与浊度的比例关系 由图4 2 和图4 3 可知，以不同的浊度值为分界点所确定的原水s s 与浊度 的关系式不同。r 平方值反映了趋势线的精确度，图4 2 中浊度大于2 0 0 n t u 的 数据点的趋势线精确度明显偏低，所得的比例关系式不可取，以1 0 0 n t u 为分 界点所确定的原水s s 与浊度的关系式更准确合理。浊度大于1 0 0 n t u 的水样s s 与n t u 的比值为1 3 4 ；浊度小于1 0 0 n t u 的水样s s 与n t u 的比值为1 1 2 。可 见，原水s s 与n t u 的比值受季节影响较大，但总体而言比值变化不大。 以1 0 0 n t u 为分界点确定的原水s s 与浊度比例关系表示如下： 0 8 7 6 5 4 3 2 1 第4 章试验数据分析及结论 当浊度 1 0 0 n t u 时， s s ( m g l ) = 1 3 4 t 当浊度1 0 0 n t u 时， s s ( m g l ) = i 1 i t ( 3 ) 按不同季节确定原水s s 与浊度之间的关系： 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 管4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 o 0l o o2 0 03 0 04 0 05 0 0 浊度( n t u ) 图4 4 秋季( 2 0 0 5 年9 月1 1 月) 原水s s 与浊度的比例关系 01 53 04 56 07 5 9 0 浊度( n t l i ) 图4 5 冬季( 2 0 0 5 年1 2 月娟年2 月) 原水s s 与浊度的比例关系 1 0 0 8 0 毫6 0 目 4 0 2 0 o 02 04 06 0 8 0 1 0 0 浊度( n t u ) 图4 6 春季( 2 0 0 6 年3 月 4 月) 原水s s 与浊度的比例关系 ( 4 2 ) ( 4 3 ) 惦菩：循诣垢o j目v 第4 章试验数据分析及结论 由以上三图可知，春、冬季原水s s 与浊度的比例分别为1 0 9 、1 0 8 ，非常 接近，而秋季原水s s 与浊度的比例为1 3 3 ，明显高于春冬季。长江下游段浊度 随季节变化显著，随之s s 与浊度的比例关系也变化较大。 春冬季确定的原水s s 与浊度比例关系可表示如下： s s ( m g l ) = i 0 s t( 4 4 ) 秋季确定的原水s s 与浊度比例关系可表示如下： s s ( m g l ) = i 3 3 t( 4 5 ) 4 1 2 水厂干泥量的估算 如前所述，自来水厂干泥量的确定与处理水量、原水浊度、色度、混凝剂 投加量都有很大关系。一般采用计算法来确定干泥量，目前国内普遍采用英国 推荐的计算公式。 首先，魏村水厂原水取自长江下游段，不同的季节原水浊度存在一定差异。 在设计中为安全考虑，原水s s 与浊度的相关关系可采用s s ( m g l ) = i 5 t 。 然后，选取合适的浊度作为设计值，浊度值选用恰当与否，将涉及到处理 系统的设计规模和今后运行的安全，应通过适度的概率分析来确定浊度设计值。 现对2 0 0 4 年2 0 0 6 年原水浊度进行统计分析。 表4 1 原水浊度百分率统计分析表 浊度( n t u ) 水样( 只)百分率( )统计百分率( ) 小于5 0 1 9 33 0 5 0 8 02 1 33 4 8 9 8 0 1 0 07 61 2 1 0 肛1 5 07 71 2 1 5 m 之o o 2 74 2 0 0 3 0 03 55 1 1 3 0 0 - 4 0 0 6l 大于4 0 0 7l 以上对6 3 4 个水样进行统计后发现，原水浊度最高时可达7 5 9 n t u ，出现在 夏季；浊度最低时可达1 6 n t u ，出现在冬季。一般说来，夏季原水浊度明显高 于冬季原水浊度。浊度平均值为8 7 n t u ，8 9 的水样浊度小于1 5 0 n t u ，9 9 的 第4 章试验数据分析及结论 水样浊度小于4 0 0 n t u 。为经济和安全考虑，可选取1 5 0 n t u 作为浊度设计值。 接下来需要选取合适的色度设计值和混凝剂设计值，可分别参考水厂日常 生产记录进行统计分析。魏村水厂于2 0 0 4 年7 月将色度纳入化验室常规测试指 标，对2 0 0 5 年, - - 2 0 0 6 年的原水色度2 7 6 个水样进行统计分析得出，原水色度可 高达2 9 度，低至4 度，平均值为9 度，7 7 的水样色度不大于9 度，色度基本 全部去除，因此，可选取9 度作为色度设计值。混凝剂投加量在1 0 m g l 到4 0 m g l ( 以聚合硫酸铁计) 之间，混凝剂聚合硫酸铁的全铁含量在1 1 6 5 左右，可选 取3 m g l ( 以f e 计) 为混凝剂设计值。原水浊度和色度经水处理后几乎完全去 除。 干污泥产量为：s o = 1 5 x 1 5 0 + 0 2 x 9 + 1 9 x 3 = 2 3 2 5 m g l 总干泥量为：s - - q x s o = 2 3 2 5m g lx3 0 0 0 0 0 m 3 d 7 0 t d ( 按水厂一期规模 计算) 当原水浊度为4 0 0 n t u ，色度为2 9 度，混凝剂投加量为4 0m g l ( 以聚硫酸 铁计) 时，干污泥产量为6 1 4 7 m g l ，约为2 3 2 5 m g l 的2 6 倍。 当原水浊度为7 5 9 n t u ，色度为2 9 度，混凝剂投加量为4 0m g l ( 以聚硫酸 铁计) 时，干污泥产量为1 1 5 3 m g l ，约为2 3 2 5 m g l 的5 倍。 若以2 3 2 5 m g l 干污泥产量设计脱水设备，每天运行一班( 8 h ) ，则再增加两 班使脱水设备2 4 h 运行，就可以达到原水浊度为4 0 0 n t u 时的处理要求。可见， 以原水浊度1 5 0 n t u 设计的脱水设备可以基本满足9 9 情况下的处理要求。 当出现原水浊度高于4 0 0 n t u ，导致脱水设备即使2 4 h 连续运转都无法完成 处理量，可以考虑通过排泥水处理工艺系统的平衡调节池来贮存过量的污泥。 如果污泥产量长时间居高不下，以上措施还不能满足要求，可以考虑短时间、 部分地将沉淀池排泥水超越排泥水处理系统，临时排入下水道或地表水体。 由于长江水源浊度随季节变化相当大，最高可达7 5 9 n t u ，最低可至1 6 n t u 。 若要使脱水设备满足所有原水浊度下产生的干泥量处理要求，必须在原水浊度 1 5 0 n t u 的设计规模基础上扩大一倍，而原水浊度高于4 0 0 n t u 的情况出现概率 仅为1 。既要保证排泥水处理工程系统的安全性又要考虑其经济效益，所以采 用原水浊度1 5 0 n t u 、色度9 度、混凝剂投加量3 m g l ( 以f e 计) 作为设计值所得 的干泥量是合理的，符合室外给水设计规范g b 5 0 0 1 3 - - 2 0 0 6 第l o 1 3 条“净 水排泥水处理系统的规模应按满足全年7 5 0 , , - 9 5 日数的完全处理要求确定。 的要求【z o 。 2 7 第4 章试验数据分析及结论 4 1 3 水厂排泥水总量的估算 排泥水总量由沉淀池( 或澄清池) 排泥水量和滤池反冲洗废水量两部分组 成，它的确定相对于干泥量的确定要容易些。 通常以自来水厂一泵房取水量和二泵房出水量之间的差值作为自来水厂排 泥水总量，但这样所得数据不够准确，而且它不能体现沉淀池排泥水和滤池反 冲洗废水各自的水量。我国早期建成的自来水厂的沉淀池大都采用人工定时排 泥的方法排泥，可根据每天排泥次数、每次排泥历时和排泥流量以及沉淀池的 格数，计算出沉淀池的排泥水量。同样，可以根据滤池每天冲洗次数、每次冲 洗历时和冲洗水量及滤池格数计算出滤池反冲洗废水量。但近几年国内新建的 自来水厂大部分已实现全自动化，这就需要对水厂沉淀池排泥和滤池反冲洗进 行实地考察，了解沉淀池排泥和滤池反冲洗的流量、每次历时和每天排泥或冲 洗的次数，然后进行计算。 魏村水厂自动化程度较高，沉淀池排泥和滤池反冲洗都是由自动控制系统 来完成，需要对水厂进行实地考察观测才能计算排泥水总量。 沉淀池底部积泥由虹吸式吸泥机排出。一般吸泥机每4 h 走一次半程，耗时 l h ：每三天吸泥机走一次全程，耗时2 5 h 。有时也会因清水池水位太低或水质恶 化对吸泥机的运行作一定调整。在试验期间对沉淀池吸泥机运行的一般情况做 了调查，测定了排泥时排泥槽末端接近堰口处的排泥水深h ，以及排泥槽的宽度 b ，根据堰流计算公式： q = m b 止- g h 3 7 2 ( 4 6 ) 式中m 流量系数，可取0 4 2 ； b - 卅 泥槽宽度，b = l m ； h _ 排泥水面至槽底的深度，h - - 0 0 8 m ； 由此可得单个排泥槽的排泥水流量为： q = o 4 2 1 夏而o 0 8 3 彪= o 0 4 m 3 s 按每4 h 运行一次半程计算，即每天运行6 次，每次运行1 h ，且沉淀池上两 台吸泥机同时运行，故可得沉淀池排泥水量为： 鳊= 0 0 4 x 3 6 0 0 x 6 x 2 = 1 7 2 8 m 3 d - o u l 魏村水厂采用v 型滤池，反冲洗方式为气水反冲洗加表面扫洗。整个反冲 洗历时约1 6 m i n 。先将水排空历时2 r a i n ；建立气垫层气冲历时2 m i n ；接着气水 第4 章试验数据分析及结论 反冲伴随扫洗水流历时6 m i n ；最后用水漂洗历时6 m i n 。扫洗水量约为8 2 1 m 3 h ， 由一台冲洗水泵提供：水冲洗流量约为8 2 1 m 3 h ，由一台冲洗水泵提供；漂洗流 量约为1 6 4 1 m 3 h ，由两台冲洗水泵提供。故一格反冲洗产生的废水量为： q ：8 2 1 x 竺竺+ 1 6 4 1 6 ：3 2 8 m 3 6 06 0 据调查，魏村水厂每天2 4 h 分早班晚班，每班冲洗滤池3 格左右。则滤池 反冲洗产生的废水量为： q 滤= 3 2 8 3 2 = 1 9 6 8 掰3 d 通过上述调查计算可得，魏村水厂排泥水总量为： 线= a m + q 滤= 1 7 2 8 + 1 9 6 8 = 3 6 9 6 m 3 i d 调查期间水厂日产水量为1 5 万m 3 d ，可见排泥水总量约占日产水量的2 5 。 4 2 沉淀池排泥水自然沉降试验 4 2 1 排泥水自然沉降曲线分析 根据静态沉降试验，得出一系列沉降时间与沉降高度的试验数据，从而可 作出不同浓度排泥水的静态沉降曲线，如图4 7 和图4 8 。 高度( m ) 2 6 0 0 2 4 0 0 2 2 0 0 2 0 0 0 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 01 0 0 2 0 03 0 04 0 05 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 09 0 0 时间( m i n ) 图4 7 排泥水静态沉降曲线( 较高浓度) 第4 章试验数据分析及结论 高度( m ) 2 6 0 0 2 。4 0 0 2 。2 0 0 2 。0 0 0 1 。8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 02 0 0 3 0 04 0 05 0 06 0 07 0 0 时间( m i n ) 图4 8 排泥水静态沉降曲线( 较低浓度) 当排泥水初始浓度低于8 k g m 3 时，不能迅速形成清晰的泥水界面，只有当 接近压密阶段时才形成界面。当浓度高于8 k g m 3 时，在几秒中内即可看到清晰 的泥水界面。从以上两图可以看出，当排泥水初始浓度为2 1 k g m 3 时，在3 0 m i n 内就已经进入压密阶段，有非常明显的压密点。当污泥浓度高于2 7 k g m 3 时，界 面沉速明显下降，在8 h 内都看不到明显压密点。 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 o o o o5l o1 52 02 53 03 54 04 55 05 5 c ( k g m 3 ) 图4 9 固体浓度与界面沉速关系曲线 通过沉降曲线起点做切线，计算出该切线的斜率，即该初始浓度对应的泥 水界面沉速。以排泥水初始浓度为横坐标，界面沉速为纵坐标，作出反映泥水 界面沉速随初始浓度变化的曲线，见图4 9 。从中可以看出，界面沉速随浓度的 第4 章试验数据分析及结论 增加而降低，并由此可得数学关系式： v = 1 4 4 5 8 c - 1 2 0 8 6 式中v 一泥水界面沉速，( m h ) ； c 排泥水初始浓度，( k g m 3 ) 。 4 2 2 极限固体通量 ( 4 7 ) ( 1 ) 迪克( d i c k ) 理论 综合分析不同初始浓度的排泥水沉降曲线，得出其对应的泥水界面沉速v ， 根据式( 2 7 ) 可计算出各固体浓度的固体通量g 。依据迪克理论，取c 。- - 4 0k g m 3 ， 以点( 4 0 ，0 ) 为起点做g - c 曲线的切线，与纵坐标相交于点( 0 ，8 9 ) ，如图4 1 0 。 以此得出，如果要求浓缩池排泥浓度为4 0 k g m 3 ，则极限固体通量g 为 8 9 k g m 2 h 。 gm g 辞1 1 ) 1 5 1 0 5 o 图4 1 0 污泥固体浓度与固体通量的关系曲线 ( 2 ) 克一里文杰( c o e c l e v e n g e r ) 理论 根据式( 2 1 5 ) 可以推导出固体通量g i 与界面沉速v i 的数学关系式： q = 冉 ( 4 8 ) c ：g 假设要求达到的浓缩污泥固体浓度c 。- - - 4 0 k g m 3 ，根据上式可计算出不同固 体浓度对应的固体通量。做界面沉速v 与固体通量g 的关系曲线，如图4 1 1 。 在沉速v = 9 m h 时，g 有最小值9 3 k g m 2 h 。即如果要求浓缩池排泥浓度达到 4 0 k g m 3 ，则极限固体通量g 为9 3 k g m 2 h 。 第4 章试验数据分析及结论 图4 1 l 污泥界面沉速与固体通量的关系曲线 ( 3 ) 泰尔美吉和费区法 选取排泥水初始浓度为8 4 k g m 3 的沉降曲线，根据肯奇理论的推论t a l m a g e f i t c h 法来计算极限固体通量。假定浓缩池排泥浓度c u - - 4 0k g m 3 。 由肯奇公式c o h 0 。h u 可得： 饥= 警= 等- o 5 0 4 ( 所) 如图4 1 2 ，过点( 0 ，i - i u ) 作横坐标的平行线，然后通过作图法找到压密点， 经过该点作沉降曲线的切线，平行线与切线的交点对应的横坐标即为t i i ，由图可 知t u = 1 7 5 m i n 。 根据公式( 2 2 3 ) 可知： g - 警= 型1 7 5 6 0 - 6 9 ( 蜘2 h ) t v 即如果要求浓缩池排泥浓度为4 0 k g m 3 ，则极限固体通量g 为6 9 k g m 2 - h 。 3 2 弱 加 蝎 加 5 第4 章试验数据分析及结论 高度( m m ) 图4 1 2t a l m a g e - - f i t c h 法 时间( m i n ) 以上三种方法计算得出的极限固体通量各不相同，迪克理论和 c o e c l e v e n g e r 理论的结论较接近，t a l m a g e - - f i t c h 法的结论较小。哪个数据更 接近实际情况，必须由中试动态浓缩试验来校核。与黄浦江水源、钱塘江水源 的自来水厂浓缩试验研究结论相比较，魏村水厂的排泥水试验所得极限固体通 量明显高出许多。说明与其他水源的排泥水相比，长江水源的排泥水沉降性能 有显著优势，有助于降低排泥水处理工程成本。 4 3 沉淀池排泥水混凝沉降试验 在初始固体浓度均为8 6 k g m 3 的排泥水中分别投加不同剂量的阴离子 a n 9 1 0 s h 型聚丙烯酰胺p a m ，排泥水沉降曲线如图4 1 3 ，沉降性能的比较如图 4 1 4 和图4 1 5 。 由图4 1 4 可知，随着投加量的增加，沉降速度增加。p a m 投加量为0 0 5 k g t 干泥时，排泥水沉降速度是未投加p a m 时的2 倍：p a m 投加量为o 3 k g 厂r 干泥 时，排泥水沉降速度是未投加p a m 时的4 3 倍。 衡量排泥水混凝沉降效果的好坏，不仅需要了解排泥水沉降速度的增加幅 度，而且要保证上清液浊度达到排放标准以及底泥浓度达到脱水要求。由图4 1 5 3 3 第4 章试验数据分析及结论 可知，上清液浊度并不是随p a m 投加量的增加而降低的，底泥浓度也不是随之 增加的。投加过量p a m 并不能使排泥水达到降低上清液浊度并且成比例地提高 底泥浓度的效果。根据魏村水厂夏秋季节试验研究，当投加量为0 0 5 k g t 干泥 时，上清液浊度最低，底泥浓度最高。由此可见，对应于含泥量为8 6k g m