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太原理工大学硕士研究生学位论文 自来水厂排泥水在低温低浊条件下的气浮浓缩研究 摘要 目前，我国绝大多数自来水厂的排泥水都不经处理直接外排入附近 地表水体，不仅造成水源的污染，同时也造成了巨大的水资源浪费。 在整个排泥水处理工艺中，排泥水的浓缩是关键。我国北方部分自 来水厂在冬季低温低浊条件下，重力浓缩效果差，出泥含固率低，极大 地限制了排泥水处理系统的运行。本课题以太原市呼延水厂为例，将压 力溶气气浮工艺( d a f ) 引入了自来水厂排泥水处理系统。 本论文在试验中以太原市呼延水厂1 4 回收泥池排泥水为处理对象， 试验研究了在低温低浊条件下气浮工艺对自来水厂排泥水的浓缩处理效 果，并将其与传统的重力浓缩工艺进行了比较；试验研究了絮凝剂聚丙 烯酰胺( p a m ) 对气浮浓缩效果和污泥脱水性能的影响；试验研究了表 面活性剂对气浮浓缩效果和污泥脱水性能的影响。研究得到了以下结论： ( 1 ) 压力溶气气浮工艺在冬季低温低浊条件下浓缩自来水厂排泥 水，可以使污泥含固率达到3 左右，基本满足呼延水厂后续脱水工艺的 要求，但是出水浊度一般，维持在2 0 5 0 n t u 之间，污泥脱水性能没有 本质改善，仍属于难脱水污泥。 ( 2 ) 在低温低浊条件下，压力溶气气浮工艺设计中固体负荷和水力 负荷不宜过大，固体负荷应控制不大于5 0 k g m 2 d ，水力负荷应控制不大 于1 5 m 3 m 2 d ；溶气压力应控制在0 4 - - 0 5 m p a 范围内；气固比一般应取 到o 0 1 5 以上，当气固比达到0 0 3 时，气浮浓缩效果较好。 ( 3 ) 与重力浓缩工艺相比，气浮浓缩工艺对于季节变化的适应性强， 太原理工大学硕士研究生学位论文 气浮浓缩效果较稳定，出泥含固率受低温低浊条件的影响较小。 ( 4 ) 通过a h 9 1 2 非离子型p a m 的投加，可使污泥含固率稳定达到 3 以上，同时可以显著改善溢流液出水浊度，使其稳定满足回用水水质 要求，并从根本上可以改善污泥的脱水性能，使污泥基本接近或已达到 易脱水污泥水平。 ( 5 ) 从呼延水厂板框压滤机对含固率的实际要求考虑，工艺中 a h 9 1 2 的投加量为1 0 1 2 k g t d s 即可满足要求，较为经济。 ( 6 ) 适量投加表面活性剂1 2 2 7 有利于改善排泥水的气浮浓缩效果， 进一步提高污泥含固率，最高含固率可达到3 5 左右。 关键词：低温低浊，自来水厂排泥水，气浮浓缩，含固率，污泥脱水性 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h es t u d yo nt h i c k e n i n go fs l u d g e r a t e rf r o m e r w o r k sw i t hl o wt e 【p e r a t u r ea n d t u r b i d i t yb yd a f a b s t r a c t a tt h ep r e s e n tt i m e t h ev a s tm a j o r i t yo f s l u d g ew a t e rf r o mw a t e r w o r k si s d i s c h a r g e di n t ot h en e a r b ys u r f a c ew a t e rw i t h o u tt r e a t m e n t ，w h i c hn o to n l y b r i n g st h ew a t e rp o l l u t i o n ，b u ta l s oc a u s e sh u g ew a s t eo fw a t e rr e s o u r c e s i nt h ee n t i r es l u d g ew a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s ，t h et h i c k e n i n gi st h ek e y i n t h en o r t ho fo u rc o u n t r y , b e c a u s eo ft h ep o o rt h i c k e n i n ge f f e c to fg r a v i t y t h i c k e n i n gt a n ki n s o m ew a t e r w o r k sw i t hl o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yi n w i n t e r , i tw a st o ol o wt h a tt h es o l i dc o n c e n t r a t i o no f t h i c k e n i n gs l u d g e ，w h i c h l i m i t st h ew h o l et r e a t m e n ts y s t e mo p e r a t i o ng r e a t l y s ot h i sr e s e a r c ht a k e s t a i y u a nh u y a nw a t e r w o r k sf o re x a m p l e ，i n t r o d u c e dt h ed a ft e c h n o l o g yi n t o t h et h i c k e n i n go fs l u d g ew a t e rt r e a t m e n ts y s t e m b yt a k i n gt h es l u d g ew a t e ri nn o 1r e c y c l e s l u d g ep o n do ft a i y u a n h u y a nw a t e r w o r k sa st h eo b j e c t ，t h i sp a p e rs t u d i e dt h ee f f e c tt h a tt h ed a f t e c h n o l o g yi sa p p l i e dt ot h i c k e n i n gt h es l u d g ew a t e rf r o mw a t e r w o r k sw i t h l o w t e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t y , a n dc o n t r a s t e dt h ed a ft h i c k e n i n ge f f e c tw i t h c o n v e n t i o n a lg r a v i t yt h i c k e n i n ge f f e c t t h i sp a p e rs t u d i e dt h ei n f l u e n c eo f a d d i n gp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) o nd a ft h i c k e n i n ge f f e c t a n ds l u d g e d e w a t e r a b i l i t y t h i sp a p e rs t u d i e dt h ei n f l u e n c eo fa d d i n gs u r f a c m n to nd a f t h i c k e n i n ge f f e c ta n ds l u d g ed e w a t e r a b i l i t yt o o t h er e s u l t sa l ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a p p l y i n g t h ed a f t e c h n o l o g yt h i c k e n i n gt h es l u d g ew a t e r , t h es o l i d c o n c e n t r a t i o no f t h i c k e n i n gs l u d g ec a na p p r o a c ht o3 i nt h ec o n d i t i o no f l o w t e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yi nw i n t e r , w h i c hc a nm e e tt h ed e m a n do fh u y a n i n 奎堕望三盔堂堡圭堡塞竺兰鱼堕苎 w a t e r w o r k sd e w a t e r i n ge q u i p m e n t b u tt h et u r b i d i t yo fe f f l u e n to n l yr e a c h e s 2 0 5 0 n t u ，a n dt h es l u d g ed e w a t e r a b i l i t y i sn o ti m p r o v e df u n d a m e n t a l l y s l u d g ed e w a t e r i n gi ss t i l ld i f f i c u l t ( 2 ) u n d e rt h ec o n d i t i o no fl o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yi nw i n t e r , t h e s o l i dl o a d i n ga n dh y d r a u l i cl o a d i n go fd a fs h o u l dn o tb et o oh i g h t h es o l i d l o a d i n gs h o u l d n te x c e e d5 0 k g m 2 d ，a n d t h eh y d r a u l i cl o a d i n gs h o u l d n t e x c e e d15 m 3 m 2 d t h ed i s s o l v e d - a i rp r e s s u r es h o u l db ec o n t r o l l e da t0 4 0 5 m p a t h ea i r - s o l i dr a t i os h o u l db ea b o v e0 015i ng e n e r a l w h e na i r - s o l i d r a t i or e a c h e so 0 3 t h ee f f e c to f d a ft h i c k e n i n gi sb e t t e r ( 3 ) c o m p a r e dw i t hg r a v i t yt h i c k e n i n g ，t h ed a ft e c h n o l o g y i sf a r s u p e r i o ro nt h ea d a p t a b i l i t yf o rs e a s o nc h a n g e t h et h i c k e n i n ge f f e c tb yd a f t e c h n o l o g yi s s t a b l ea n dt h el o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t yc o n d i t i o no n l y i m p a c t st ot h es o l i dc o n c e n t r a t i o no f t h i c k e n i n gs l u d g ei na l i m i t e de x t e n t ( 4 ) t h r o u g ha d d i n gt h en p a ma h 9 1 2 ，t h es o l i dc o n c e n t r a t i o n o f t h i c k e n i n gs l u d g ec a r lr e a c ha b o v e3 s t a b l l yo rm o r et h i c k m e a n w h i l et h e t u r b i d i t yo fe f f l u e n tc a nb ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y , m a k ei ts t a b l et om e e t t h e r e c y c l e - w a t e rq u a l i t yr e q u i r e m e n t s i t a l s oc a n i m p r o v e t h e s l u d g e d e w a t e r a b i l i t yf u n d a m e n t a l l y , a n dm a k ei tc l o s et oo rr e a c ht h el e v e lo fe a s y d e w a t e r i n gs l u d g e ( 5 ) c o n s i d e r i n gt h er e q u i r e m e n t s o ff r a m ef i l t e ro nt h es o l i d c o n c e n t r a t i o no ft h i c k e n i n gs l u d g ei nh u y a nw a t e r w o r k s ，t h eo p t i m a ln p a m d o s a g eo f a h 9 1 2a d o p t s1 0 1 2 k g t d s i ti se c o n o m i c a l ( 6 ) a d d i n ga p p r o p r i a t ed o s a g es u r f a c t a n t12 2 7 c a r li m p r o v et h ee f f e c t 靠t h i c k e n i n gb yd a f , a n df u r t h e re n h a n c e t h es o l i dc o n c e n t r a t i o no f t h i c k e n i n gs l u d g e t h em a x i m u m c a l lr e a c ha b o u t3 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 k e yw o r d s ：l o wt e m p e r a t u r ea n dt u r b i d i t y ，s l u d g ew a t e rf r o m w a t e r w o r k s ，t h i c k e n i n gb yd i s s o l v e da i r f l o t a t i o n ，s o l i dc o n c e n t r a t i o no f t h i c k e n i n gs l u d g e ，s l u d g ed e w a t e r a b i l i t y v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。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。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 遑一亲虹 日期：加丁占2 p 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名：墨盈杰日期： 砌s 簧 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 1 自来水厂排泥水的产生及其处理意义 1 i 1 自来水厂排泥水的产生 自来水厂排泥水主要是指反应沉淀池或澄清池排出的含泥污水和滤池反冲洗水。 自来水厂( 特别是以地表水为水源的自来水厂) 在常规絮凝、沉淀( 澄清) 、过滤和 消毒的净水工艺中，原水的大量泥沙、腐殖质、藻类、细菌和胶体颗粒等有机和无机 杂质在加入混凝剂后形成了絮凝颗粒，絮凝颗粒在沉淀池和滤池中被截留、排出，形 成了大量排泥水。 自二十世纪七十年代以来，在面对日益严重的水质污染和水资源的短缺问题，我 国的给水工作者积极开源节流，不惜投入大量的建设资金，从污染较少的水源地远距 离引水，从而在我国大多数的城市都建设了以江河、湖泊和水库等地表水为水源的自 来水厂，然而以地表水为水源的自来水厂在生产大量饮用水的同时不可避免的产生了 大量的排泥水。随着我国给水事业的巨大发展，自来水厂排出的排泥水和污泥也产生 了一些变化：一方面，随着自来水厂的数量不断增加，供水能力与r 俱增，自来水厂 排出的排泥水和污泥数量越来越多；另一方面，原水水质闩益下降，原水中有机物和 有毒物质的种类和含量也明显增加，自来水厂排出的排泥水和污泥质量越来越差；此 外，人口高度集中，城市不断膨胀，单座自来水厂的规模日趋增大，排泥水和污泥的 集中排放量也越来越大【i l 。 1 1 2自来水厂排泥水处理的意义 由于经济和认识等原因，目前我国绝大多数自来水厂的排泥水都不经处理直接外 排入附近地表水体 2 1 。也许有些人会认为自来水厂排泥水中的杂质，除水处理过程中 加入的混凝剂和其它可能的药剂外，其余的杂质均来自于原水，将排泥水直接排入水 体不会产生污染的问题，不需要处理。国外就曾有过类似的报道【引。但实际上，自来 水排泥水中的污染物虽主要来自原水，但它们经处理后被显著浓缩，不少指标已是原 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 来的几十甚至上百倍，排泥水的直接排放对环境的影响是肯定的【2 】。随着经济的发展 和人们环保意识的提高，排泥水未经处理直接排放所带来的严重危害性以及实施排泥 水处理和回用在环境效益、经济效益和社会效益等方面的重要意义币逐渐被自来水行 业人士和坏保部门所认识。 10 1 2 1 自来水厂排泥水处理的环境效益 自来水厂的排泥水中含有较多的污染物，如余铝、有机物、重金属离子、氟、硝 酸根、总固体和放射性物质等。如果排泥水不经处理长期外排入附近地表水体，这些 污染物势必将会在水体中富集，造成受纳水体的污染，形成大面积的污染带，进而危 及水体生物，破坏水体的生态平衡。 目前，我国很多自来水厂采用铝盐混凝剂处理原水，其排泥水中含有大量铝盐。 此类排泥水不经处理进入环境，一方面铝盐会对水体中藻类的生长造成影响，造成水 体中某些鱼类食物的短缺和死亡，影响了鱼卵的成活率等。l a m b 和b a i l e y 就曾对铝 盐混凝污泥对底栖生物的影响进行了研究，发现底栖生物的死亡率随氢氧化铝浓度上 升而升高1 4 j 。另一方面，铝盐还会吸附土壤中的磷，减少土壤中作物可利用的磷量， 对于一些植物，如蚕豆、豌豆、葱、小麦、大麦等，土壤中的铝含量的增加还会导致 植物出现铝害，严重干扰植物代谢的正常进行，抑制其生长并使根茎受到危害睁】。 此外，对于那些流速较慢的受排水体，排泥水中大量的悬浮物还可能会在水体底 部沉积，形成一层污泥层。该污泥层使水体底部产生厌氧环境，使污泥中和土壤中的 金属离子溶解出来，并使水域底层水体的p h 值降低，甚至释放出臭味f 2 】。 1 1 2 2自来水厂排泥水处理的经济效益 在过去的一段时期内，随着工业的发展，大量未经处理的工业废水直接排入附近 的水体，远远超过了受纳水体的自净能力，致使受纳水体水质受到严重污染，更加剧 了水源资源的缺乏。在这种局面下，许多地区为了解决水资源缺乏问题，取得较好的 原水，不借投入大量的建设资金，实施远距离引水工程。但自来水厂在生产大量饮用 水的同时不可避免的产生了大量的排泥水。由于排泥水含水率很高，如果排泥水不经 处理直接排放必然会造成大量的水资源流失，特别是对于那些远距离取水以及高扬程 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 取水的地区，还会造成更大的能源的浪费。 有资料显示：自来水厂排泥水一般占水厂生产水量的3 - - - 7 【6 】，以一个5 0 万 吨的中型水厂为例，自用水量按7 进行估算，每天有3 4 万吨排泥水直接排入水 体，这相当于一个小城镇的同供水量【5 】，实施排泥水处理在改善水环境的同时还可回 收利用占给水厂供水量2 - - - 4 的水量【7 1 。 因此，从节约水资源和节约长距离引水的投资及日常输水电耗等方而考虑，自来 水厂排泥水同样弥足珍贵，是不容任意外排，放任流弃的水资源。此外。自来水厂排 泥水经过浓缩脱水后的干化污泥，若能合理筹划研究，进行经济有效的综合利用，还 可能作为可贵的资源加以开发利用。 1 1 2 3 自来水厂排泥水处理的社会效益 一方面，我国是水资源紧缺的国家，在我国，人均水量仅为2 6 3 0 m 3 ，人均水资 源占有量仅为世界人均占有量的四分之一，而且在时空分布上极不均匀，许多地区水 资源短缺，约3 0 0 个城市缺水，其中1 0 8 个城市严重缺水【射，水资源已成为制约国民 经济和和谐社会可持续发展的重要物质条件。因此，由排泥水处理和回用所带来的在 节水方面的效益不仅体现在经济上，同样对于缓解我国水资源紧缺和社会可持续发展 的矛盾具有不可忽视的重要意义。 另一方面，排泥水不经处理直接外排会对人们的身体健康构成威胁。特别是排泥 水中的铝。正常人每r 从饮食中摄取铝的平均量为4 5 m g ，j 下常情况下，铝对肌体是 有益的，可以抵抗铅的某些毒害作用。但过量的摄入铝却会引发一系列疾病，英国医 学研究学会流行病分会的克里斯托费马蒂博士领导的研究人员查阅了英格兰和威尔 士8 8 个地区1 2 0 3 名患有老年痴呆症的病历，并化验了他们饮用水中铝的平均浓度， 结果发现铝的平均浓度超过0 1 l m g l 的地区所引发的老年痴呆症患者要超过铝的平 均浓度低于0 o l m g l 地区所引发起这类患者的5 0 。临床医学和环境医学证实铝的 化合物有一定的毒性。同时有研究结果表明：自来水厂中铝盐混凝剂处理原水后产生 的排泥水中铝的含量大大增加并且其中相当多的铝是易被人体吸收和结合的铝。自来 水厂排泥水中的铝比其它来源的铝对人体的危害程度更大【5 1 。大量的排泥水不经处理 直接外排入水环境，有些甚至是水源环境，为水质事故的发生埋下了隐患a 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 此外，在我国，以江、河为水源的水厂，原水中泥砂含量很大，其排泥水中污泥 也以泥砂为主；大量的排泥水直接排入河湖会造成泥沙淤积，可能使河床或湖底抬高， 并改变水体原有的水力条件，直接影响河道的航运和防洪排涝能力，形成潜在的危害 性。 综上所述，从环境效益、经济效益和社会效益方面综合考虑，实施自来水厂排泥 水处理也是保护和改善人类的生存环境，珍惜同益紧缺的水资源，走可持续发展的道 路的内在要求。排泥水直接排放的危害同益凸现，解决排泥水处理问题迫在眉睫，研 究、实施和优化自来水厂排泥水的处理，对于给水行业和水源环境保护等具有重要意 义。 1 2 课题的提出 本课题针对太原市黄河供水有限公司呼延水厂排泥水处理系统的实际问题而提 出。 太原市黄河供水有限公司呼延水厂是“引黄入并”工程的重点配套项目，也是全 国少有的大型地面水处理厂之一。水厂于2 0 0 2 年1 2 月竣工运行，工程总设计规模为 1 9 0 万m 3 d ，其中近期规模8 0 万m 3 d ，分两期建设，每期4 0 万m 3 d ，工程动态总 投资2 3 5 5 亿元，是目前国内较大的全封闭自流式节能型现代化水厂，其工艺流程如 图1 1 所示。由图可见，呼延水厂设计建设了排泥水处理系统，但水厂自运行以来， 由于辐流式重力浓缩池浓缩运行效果不好( 特别是冬季低温低浊情况) ，始终无法满 足进口板框压滤机设计进泥含固率要求，直接导致整个排泥水处理系统处于瘫痪状 态，无法调试运行，大量的排泥水直接外排入汾河。 目前水厂排泥水处理系统尽快投入运行是水厂需要亟待解决的问题，也是水厂适 应今后发展要求和国家有关环保政策所必须尽快解决的主要问题。为此，太原市黄河 供水有限公司积极寻求技术合作，并于2 0 0 6 年3 月与我太原理工大学环境科学与工 程学院院长达成合作共识，成立了“太原市黄河供水有限公司呼延水厂排泥水处理系 统研究”课题组，共同探索研究解决呼延水厂排泥水浓缩效果差的实际问题的技术方 法，其中冬季低温低浊条件下排泥水的浓缩就是课题组最主要的研究部分。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 图1 - 1 太原市呼延水厂工艺流程图【9 l f i g u r e l - 1 p r o c e s sf l o wo ft a i y u a nh u y a nw a t e r w o r k s 目前我国自来水厂排泥水处理还是水处理中的一个较新的领域，研究工作尚处于 起步阶段，由于原水水质情况、处理工艺、社会经济情况等差异性，现有处理工艺及 处理设施难以满足不同类型自来水厂的技术需求，适合不同类型自来水厂排泥水处理 的工艺有待进行探索、开拓和发展。 本课题从太原市呼延水厂排泥水处理系统的实际问题出发，创新性地将压力溶气 气浮浓缩工艺引入冬季低温低浊条件下自来水厂排泥水处理系统，初步探索气浮工艺 在自来水厂排泥水处理这一领域的应用效果，推动气浮工艺在排泥水处理方面的科研 和应用工作。根据资料显示：压力溶气气浮工艺在低温低浊原水的处理和污水厂低浓 度剩余活性污泥的浓缩方面已有研究开展，并取得了良好的效果【i 叫3 1 ，但在我国自 来水厂排泥水处理的应用研究中尚未见报道。 1 3 课题的来源与类型 1 3 1 课题的来源 本课题以解决太原市呼延水厂排泥水处理系统的实际问题( 特别是在冬季低温低 浊条件下的问题) 为目的，由太原市黄河供水有限公司提出并给与资助，由太原理工 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 大学环境科学与工程学院进行试验研究和技术支持，双方共同合作进行。 1 3 2 课题的类型 本课题属于应用研究型实际课题。 1 4 课题的研究内容和创新性 1 4 1 课题的研究内容 本课题以太原市呼延水厂冬季低温低浊条件下的排泥水为研究对象，主要研究内 容包括： ( 1 ) 自来水厂原水水质、净水工艺与排泥水性质分析； ( 2 ) 自来水厂排泥水压力溶气气浮浓缩技术试验研究； ( 3 ) 自来水厂排泥水调质压力溶气气浮浓缩技术试验研究； ( 4 ) 自来水厂排泥水中投加表面活性剂的压力溶气气浮浓缩模型试验研究。 1 4 2 课题的创新性 本课题的创新性主要集中在两个方面： ( 1 ) 对于我国北方城市的自来水厂来说，冬季低温低浊的不利条件极大的影响 着水厂水处理效果，同时也制约着排泥水处理系统的运行。但就目前我国国内排泥水 处理的研究情况来看，尚未见有报道对我国北方冬季排泥水处理运行状况作出明确论 述。 ( 2 ) 现在自来水厂排泥水处理最初就是由污水厂污泥处理改进发展的。自来水 厂排泥水处理的问题可以借鉴吸取污水厂污泥处理的经验和教训，经过专门的研究， 加以改进利用。考虑到压力溶气气浮工艺在低温低浊原水的处理和污水厂低浓度剩余 活性污泥的浓缩方面的良好效果，本课题将压力溶气气浮浓缩技术引入自来水厂排泥 水处理系统。但目前，压力溶气气浮浓缩技术在我国自来水厂排泥水处理的应用研究 尚未见报道。 1 5 课题的技术路线 本课题的研究技术路线如图1 - 2 所示。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 调研，收集相芙资料 i 试验方案的初步确定 l 试验殴备、药剂和测试仪器的购置与安装，分析方法的确定 l 夏、秋季节尝试性试验的初步进行和运行效果的判定 i 冬季低温低浊的前期准备试验 冬季低温低浊试验方案部分内容的修正和最终确定 l 低温低浊试验的进行平数据的测定 j 低温低浊试验数据的整理和分析 图1 - 2 研究的技术路线 f i g u r e l - 2 t h et e c h n i q u ec o u r s eo fr e s e a r c h 本课题组于2 0 0 6 年3 月开始，进行了为期一年的试验工作，按照课题研究的技 术路线，可大致划分两个阶段，课题前期准备阶段和冬季低温低浊试验阶段，课题前 期准备阶段除进行一般试验准备工作外同期进行了多次夏、秋季节尝试性试验以初步 对运行效果进行判定，为气浮浓缩工艺随季节的变化规律性提供必要的试验基础；而 低温低浊阶段于2 0 0 6 年9 月下旬开始，一直进行至2 0 0 7 年3 月，由于冬季低温低浊 条件时阃有限，在9 月下旬重力浓缩效果开始呈现变差趋势时，便丌始进行低温低浊 前期准备试验，期自j 根据试验结果对试验方案部分内容进行了反复修正，一直延续至 1 1 月初进入低温低条件一段时间，从而保证了本课题在有限时间条件下的顺利高效 迸行。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章文献综述 2 1自来水厂排泥水处理技术研究概况 2 1 1 国外自来水厂排泥水处理技术研究发展和现状 虽然污泥处理已有上百年的发展历史，但自来水厂排泥水和污泥的处理则只有几 十年的发展历史。在二十世纪六十年代以前，在欧美、同本等国虽已经建设了一些自 来水厂排泥水和污泥处理设施，但多是沿用污水处理厂的污水和污泥处理方法进行设 计和应用的，没能结合给水厂污水和污泥的特点来合理考虑。 国外最早对自来水厂排泥水处理的研究是在美国。1 9 4 6 年，美国给水工程协会 ( a w w a ) 对“水厂滤池反冲废水、沉淀池排泥水处理”展开了调查和研究。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f 2 j 。二十世纪6 0 年代中期，美国联邦政府颁布了水污染 控制法，要求各州制定标准，水厂污泥必须经处理再行排放；并且拟定了一个污泥 处理发展草案。其发展目标是：到7 0 年代末，应用可实行技术合理进行污泥处理， 并要求各类水厂排除污水的p h 值及总悬浮物达标。到8 0 年代初，必须考虑污泥处 理工艺的经济性，要求对污泥处理后的析出液或滤液回用；到八十年代中期，在全国 范围内消除污泥排放造成环境污染【1 4 l 。6 0 年代朱，美国给水工程协会研究基金会 ( a w w ar e s e a r c hf o u n d a t i o n ) 开展了一些小规模的研究，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【”。 随后，英国和日本也日益重视了排泥水直接排放所带外的环境问题，较早的开展 了一些排泥水的处理的研究。到二十世纪7 0 年代，英国已有1 7 家自来水厂采用了板 框压滤机进行机械脱水，且另有四家正在建设”l 。同本于1 9 7 5 年颁布了水质污浊 防止法，规定设有沉淀池和滤池的水厂，其排污水必须经处理达标方能排放，从而 在法律上规定了自来水厂必须进行排泥水处理和污泥处黄【1 6 1 。1 9 7 8 年未，日本有关 部门对世界各国自来水厂己设置的排泥水和污泥处理系统进行了调查整理。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 上世纪7 0 年代国外排泥水处理发展迅速，排泥水处理研究内容r 益广泛，排泥 水处理技术在工程上得到广泛应用。进入上世纪8 0 和9 0 年代，国外的自来水厂排泥 水的处理已经有了相关法律法规，排泥水处理工艺己经形成了一个较完善的系统。在 发达国家，绝大多数给水厂均已建设污泥处理系统。经过几十年的发展，随着科学技 术的发展，美、俄、同、英、法等发达国家的各大、中城市新建的给水厂中均设置了 较为完善、自动化程度高的排泥水和污泥的处理设施。离心脱水、板框脱水以及带式 压滤机脱水等机械脱水方法应用普遍。目前欧洲许多国家自来水厂经过浓缩和脱水处 理的排泥水量，占全部自来水厂排泥水量的7 0 ，日本的自来水厂排泥水处理量已经 占全部排泥水量的8 0 9 上【1 6 】。 2 1 2 国内自来水厂排泥水处理技术研究发展和现状 我国自来水厂排泥水处理的研究和实践起步较晚，随着中华人民共和国水法、 中华人民共和国水污染防治法等一系列水资源保护法律法规的颁布实行，在二十 世纪8 0 年代，我国自来水厂排泥水和污泥处理问题被提上议事同程。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【2 l 。 1 9 8 8 年，谢志平综合美国、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。该书对自来水厂排泥水和污泥的种类、数量和组成成分、 排泥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排 泥水处理事业有较高的参考价值。 随着我国对环境保护整治力度的不断加强，到九十年代未国家有关法规要求：到 2 0 0 0 年，新建水厂的污水、污泥必须处理，达到悬浮物浓度小于7 0 m g l 标准后再行 排放，己建水厂排泥水处理问题也须尽快落实。在1 9 9 6 年1 9 9 8 年，上海市自来水 公司、同济大学和上海市环境保护科学研究院合作，进行了一系列现场的排泥水浓缩 和脱水处理等试验研究工作并取得了较好的成果怕】，而后有关排泥水处理的探索也相 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 继在北京、深圳、杭州、广州、西安等城市的部分水厂展开，并取得了较快发展。自 1 9 9 6 年石家庄第八水厂率先建成污泥脱水车间以来，目i ；i ，我国在北京、上海、深 圳、杭州、西安、广州、保定等城市水厂排泥水的处理系统已建成并投入运行，标志 着我国水厂排泥水处理研究丌始了生产性研究阶段。此外，包括山西省太原市呼延水 厂在内的许多城市的自来水厂排泥水的处理设施的设计和施工也已基本完成，如：福 建、成都、武汉、长沙、大连等。 通过以上资料来看，我国自来水厂排泥水处理技术的研究和应用在短短的二十多 年晕发展迅速，取得了一定成绩。但总的来说，我国的自来水厂排泥水处理工作尚处 于起步阶段，同某些发达国家相比仍要落后几十年，同时我国幅员辽阔，气候多样， 不同的地域、不同气候条件、不同原水水质特点、不同的净水处理工艺等原因极大地 限制了我国排泥水处理技术研究成果的适用性，直接导致我国部分已建成的排泥水处 理系统存在着处理效果低、运行不稳定等实际问题。我国排泥水处理技术仍需要一段 时间在实践中不断总结完善，探索和研究适合我国国情的排泥水处理技术任重而道 远1 2 1 3 自来水厂排泥水处理技术与工艺 自来水厂排泥水处理最初是由污水厂污泥处理改进发展的，处理技术路线相对较 为简单，因此技术路线种类也较少。目前国内外自来水厂排泥水处理采用的主要是“调 节浓缩调质脱水泥饼处置”工艺，其中大多数国外水厂还附属有药 剂回收工艺。但从我国已建成运行的排泥水处理工程来看，排泥水处理在具体操作上 是有所不同，主要表现在：( 1 ) 滤池反沈水的处置：( 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。目前，国内部分排泥水处理工艺的应用情况见表2 - l 。 2 1 3 1 滤池反洗水的处置 按照滤池反洗水的不同处置方式，目前国内已有的自来水厂的排泥水和污泥处理 设计中，有将沉淀池排泥水和滤池冲洗废水集中处理和分质处理两种方式，而在分质 处理中又可分为两种设计操作方式；一种是将所有反冲洗水直接引至水厂的原水配水 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 井；另一种是将反冲洗水在回收水池中进行沉淀，上清液回流至水厂原配水井或排入 水体，其沉淀下来的污泥再送到污泥池，与沉淀池排泥水共同处理。三种处理工艺流 程参见图1 1 。 表2 - 1 国内部分水厂排泥水处理工艺的应用情况【1 7 2 2 1 上海闵行深圳梅林北京第九午i 家庄第八保定 项目 水厂 水厂水厂 水厂二水厂 净水规模 l0 4 m d 。o 76 01 5 03 02 6 水源江水水库水水库水水库水水库水 原水浊度 8 05 0 3 0 2 02 0 ，n u t 污泥规模 1 25 0 3 9 1 21 2 朐s d - 1 排泥水和滤池反 分质处理集中处理分质处理集中处理集中处理 洗水处理方式 浓缩前投 浓缩前和 浓缩前和脱 脱水前投加p a c ，脱水脱水前投 调质方法脱水前分别水前分别投加 加p a m 前投加p a m加p a m 投加p a m p m 和石灰 间歇式 浓缩1 j 艺 , a m e l i a浓缩池 s u p a f l o d e n s a d e g 浓缩池 脱水一 艺离心机板框压滤机板框压滤机带式压滤机离心机 ( a )沉淀池排泥水和滤池反冲洗水集中处理 1 l 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( b ) 滤池反冲洗水直接回用 ( e )游池反冲洗水沉淀后上清液回用 图2 - 1自来水厂排泥水和污泥处理工艺流程图 f i g u r e 2 1 p r o c e s sf l o wo f s l u d g ew a t e ra n ds l u d g et r e a t m e n ti nw a t e r w o r k s 由于滤池冲沈废水为冲击流量，水量明显多于沉淀池排泥水水量；同时沉淀池排 泥水中的悬浮杂质含固率一般均高于o 3 ，比滤池冲洗废水的含固率高2 0 3 0 倍以 上，因此，集中处理势必将增加浓缩处理困难，浓缩池也因处理水量加大，浓缩效果 差，增加了基建投资和占地，通过国内已建污水处理系统的给水厂的运行经验，分质 处理较好，具有一定的优势。 太原市呼延水厂排泥水处理工艺即采用分质处理，滤池反冲洗水直接回原水配水 井的工艺。 2 1 3 2 掉泥水的浓缩 排泥水浓缩的目的是为了提高污泥的含固率，减少污泥数量，缩小排泥水和污泥 的体积，从而减轻和适应后续脱水处理工作，满足后续脱水处理要求，使各种污泥脱 水机械的脱水效率能最大限度的发挥。 在整个排泥水处理工艺中，排泥水浓缩和脱水是关键，然而排泥水浓缩效果的好 太原理工大学硕士研究生学位论文 坏( 浓缩后含水率的高低) 又将直接影响排泥水脱水效果，限制排泥水处理系统的运 行，决定着排泥水处理，甚至整个自来水厂的运行成本。根据资料报道【2 驯：排泥水含 水率从9 9 降至9 6 ，排泥水体积可以减少3 4 ，含水率从9 7 5 降至9 5 ，体积可 减少1 2 ，这就为后续处理创造了良好的条件，节省设备投资，降低处理成本，可以 这样说，不管排泥水采用何种方式处理处置，特别是对于机械脱水，浓缩通常是污泥 脱水工艺必不可少的关键环节。太原市呼延水厂排泥水处理系统运行的问题充分证明 了这一点。水厂设计建造的辐流式重力浓缩池出泥含固率不能适应进口板框压滤机脱 水处理工作要求的问题极大的制约了板框压滤机的调试运行。因此，浓缩技术的革新 是排泥水工艺发展的标志，排泥水浓缩性能的改变和优化、高效浓缩技术的研究与丌 发、浓缩工艺的改进，是排泥水处理的重要研究方向。 目前，污泥浓缩最常用的方法有：重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩和水力旋流浓 缩等1 2 3 1 。由于重力浓缩工艺简单，成本低廉，水厂排泥水处理一般采用此种浓缩工艺。 近年来，关于浓缩技术，国内外进行了大量研究，并在传统重力浓缩池基础上研发成 功了适合于水厂排泥水处理特点的新型排泥水浓缩技术，当前比较流行的浓缩工艺有 l a m e l l a 浓缩池和s u p a f l o 高速浓缩池，两者均是对传统重力浓缩池的改造工艺， 分别在我国的上海阂行水厂和石家庄第八水厂有应用。太原市呼延水厂排泥水浓缩采 用的为一般辐流式重力浓缩池。 近年来，气浮浓缩技术在污水厂污泥浓缩方面研究应用较多，特别是针对活性污 泥难以沉降的特点，气浮浓缩技术正逐渐取代重力浓缩，成为污泥浓缩的主要手科“j 。 虽然气浮浓缩是污泥浓缩最常用的方法之一，但目前大多局限于污水厂剩余活性污 泥，在自来水厂排泥水浓缩方面的研究应用在国内尚未见有报道。 2 1 3 3 排泥水的调质 为了提高排泥水的浓缩脱水性能，往往在浓缩和脱水之前对排泥水进行预处理， 即调质。目前可供采用的调质方法有很多，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和冰冻冻解调质处理。排泥水各种调质方法的比较见表 2 2 。采用何种方法调质，主要取决于排泥水的性质、脱水方法、脱水机械的选择、 太原理工大学硕士研究生学位论文 泥饼最终的处置方法等，我国日i j i 部分自来水厂排泥水处理中的调质方法见表2 1 。 表2 - 2 排泥水各种调质方法的比较蚓 高分子 调质方法酸处理碱处理热处理冷冻处理 4 i 灰处理 絮凝剂 生i i 灰、 高分子 使州药品 硫酸氢氧化钠 消i i 灰絮凝剂 污泥脱水中( 污泥中 性质政善 较小较小有机物禽大人人 程度 餐较人时) 可使用的 离心脱水离心脱水 真空过滤 真空过滤真空过滤 离心脱水 脱水机种 机机 机、离心脱 机、离心脱机、压滤 水机、压滤机、压榨 机、造粒脱 类水机水机 机压滤机 脱水时分基本透明基本透明 浑浊透明 透明 透明，内有 残留的高分 离液性质p h 值较低 p h 值较高p h 值较高 子絮凝剂 对分离液再生硫酸 作碱剂使 作碱剂使 的处理方铝作为混 _ 【 j 或调整 放入排水作原水再 川或凋攀排入浓缩池 p h 值后排 池作浓缩利刚或排 法凝剂使川脱水处理入水体 p h 值后排 入水体入水