南方地區水廠沉淀池排泥水回用的可行性分析

何嘉莉， 陳麗珠， 何孫胃， 彭進湖

(東莞市東江水務有限公司， 廣東 東莞 523112)

水廠每天會產生大量廢水，包括沉淀池排泥水、濾池反沖洗水、清潔用水、綠化用水和日常用水等。其中沉淀池排泥水和濾池反沖洗水統稱為生產廢水，約占水廠日排放廢水量的90%以上。生產廢水中含有脫穩顆粒、聚合膠體以及未反應的混凝劑[1]，以適當的回用比回流該部分廢水，能提高混凝效果，減少混凝劑的投加量[2]，同時有利于水廠節能減耗和環境保護。目前，研究大多集中在排泥水回用以提高低溫低濁水的處理效果[2-4]，以及濾池反沖洗水的回用[5-7]，針對南方地區沉淀池排泥水回用的研究相對較少。

試驗中沉淀排泥水取自南方某水廠，該水廠設計規模為50×104m3/d，沉淀池排泥水量約為5 000 m3/d，約占廠區廢水總量的50%。筆者通過混凝攪拌試驗，研究了沉淀池排泥水在不同回用方式和回用比下對水廠水質的影響，旨在探明南方地區水廠沉淀池排泥水回用的水質風險，考察其回用的可行性，為水廠提標改造和節能減排提供技術參考。

1 試驗部分

1.1 試驗方法

為考察回用水質最差時的沉淀池排泥水對出水水質的影響，取沉淀池前端的排泥水并按照一定比例與原水混合，進行混凝攪拌試驗。考慮到水廠原水取水量在一天內的變化，為了研究回用比較大時的水質風險，設置沉淀池排泥水與原水的比例分別為1︰5和1︰10。回用方式分為兩種：直接回用排泥水混濁液，以及將沉淀池排泥水靜置30 min后回用上清液。

1.2 檢測項目與方法

濁度：HACH 2100N濁度儀；DOC：水樣經0.45 μm玻璃纖維膜過濾后，采用Shimadzu TOC-V CPH 總有機碳分析儀測定；CODMn：高錳酸鉀法；UV254：水樣經0.45 μm濾膜過濾后，采用紫外可見分光光度計測定；三維熒光圖譜：水樣經過0.45 μm濾膜過濾后，采用Hitachi F-7000熒光分光光度計測定；鋁：鉻天青S分光光度法；鐵：二氮雜菲分光光度法；其他金屬：Thermo Scientific Xseries Ⅱ ICP-MS。

2 結果與討論

2.1 對濁度的去除效果

沉淀池前端的排泥水中含有大量雜質，濁度在1 000 NTU以上，遠高于水廠原水的濁度。從圖1可知，回用沉淀池排泥水上清液基本不會提高混合后水樣的濁度，而回用沉淀池排泥水混濁液會使混合后水樣的濁度大幅度上升。

向原水和混合水樣中投加1.5 mg/L PAC(以有效鋁計)進行混凝攪拌試驗，取各水樣上清液測定其濁度。從圖1可知，回用沉淀池排泥水上清液或混濁液均能實現較好的助凝效果，混凝沉淀后出水濁度均低于未回用時。回用混濁液且回用比較大時，其助凝效果更顯著。分析認為這是因為沉淀池排泥水中殘留了混凝劑水解產生的金屬氫氧化物脫穩膠體顆粒，其在回用的過程中被再次利用，降低了混凝后絮體表面的Zeta電位絕對值，發揮了靜電吸附與電性中和的作用。此外，沉淀池排泥水混濁液中含有的大量粗顆粒物質，顯著提高了水中顆粒的碰撞頻率，并且可以作為絮凝核為絮凝創造更有利的條件。

2.2 對有機物的去除效果

混凝沉淀前后，原水和4個含有回用沉淀池排泥水的混合水樣中有機物的變化如圖2至圖4所示。可以看出，不同的回用方式和回用比下，混凝沉淀前各個試驗水樣的DOC與UV254均相差不大。回用上清液并未提高混凝沉淀前CODMn升高的風險；而回用混濁液的水樣，隨著回用比的增大，混凝沉淀前的CODMn大幅度上升。

圖1 對濁度的去除效果Fig.1 Removal effect of turbidity

圖2 對DOC的去除效果Fig.2 Removal effect of DOC

分析圖2至圖4可知，沉淀池排泥水中的有機物主要為不溶性的有機物質，檢測DOC與UV254前必須用0.45 μm濾膜過濾。盡管沉淀排泥水中的不溶性有機物質很多，但這部分有機物質并不會對DOC與UV254產生影響。經過混凝沉淀后，4個含有回用沉淀池排泥水的混合水樣的有機物指標均與無回用的情況相當。因此，回用沉淀池排泥水并不會增加有機物超標的風險。

圖3 對UV254的去除效果Fig.3 Removal effect of UV254圖4 對CODMn的去除效果Fig.4 Removal effect of CODMn

2.3 熒光光譜分析

依據Chen等[8]的研究結果進行三維熒光計算，混凝沉淀后出水的熒光光譜如圖5所示。

5個水樣的三維熒光光譜均有3個明顯的熒光峰，分布在Ⅱ區、Ⅲ區和Ⅳ區，指示原水中含有BOD5的含苯環類蛋白物質、富里酸類物質以及微生物代謝蛋白物質等。由于三維熒光的檢測必須用0.45 μm濾膜對水樣進行過濾，因此，檢測結果受水中溶解性物質影響。

從圖5可以看出，原水與4個混合水樣的溶解性部分物質相同，這說明沉淀池排泥水的加入并未改變原水中溶解性物質的分類。結合圖6可知，回用沉淀池排泥水也不會影響各個熒光區域標準體積的含量。

圖5 混凝沉淀后的三維熒光圖譜Fig.5 Three-dimensional fluorescence spectra after coagulation and sedimentation

圖6 混凝沉淀后不同熒光區域標準體積的含量Fig.6 The standard volume of different fluorescence areas after coagulation and sedimentation

2.4 對金屬指標的影響

投加1.5 mg/L PAC(以有效鋁計)進行混凝沉淀后，出水中金屬指標情況見表1。當沉淀池排泥水混濁液 ∶原水=1 ∶5時，混凝沉淀后錳含量為0.141 mg/L，超出國標限值。因此，如果直接回用沉淀池排泥水，應根據實際情況降低回用比例。除錳以外，5個水樣中其他金屬的濃度均遠低于國標限值，不會造成回用后出水中這些金屬含量的升高。

表1 排泥水回用對金屬指標的影響Tab.1 Effect of reusing the sludge water on metals mg·L-1

3 結論

① 無論回用沉淀池排泥水上清液還是混濁液，回用比為1 ∶10和1 ∶5時均可實現較好的助凝效果；回用沉淀池排泥水混濁液且回用比較大時，助凝效果更顯著。

② 回用沉淀池排泥水不會提高原水混凝沉淀后出水的DOC、UV254和CODMn等有機物的含量。

③ 熒光光譜數據顯示，回用沉淀池排泥水不會改變原水中溶解性物質的分類，也不會影響各個熒光區域標準體積的含量。

④ 當沉淀池排泥水混濁液︰原水=1 ∶5時，混凝沉淀后的水樣存在錳超標風險；其他金屬的含量遠低于國標限值。

⑤ 只要控制好回用比，回用沉淀池排泥水基本不存在濁度、有機物和金屬等指標超標的風險。但沉淀池排泥水的含泥量較高，回用過程中沉淀在沉淀池底部的污泥再次回到沉淀池中，會提高沉淀池底泥的含量，進而加大排泥車的工作負荷。回用沉淀池排泥水的同時，應根據實際情況增加沉淀池排泥的次數，避免由于底泥過多導致排泥車無法正常運行。

⑥ 目前，大部分水廠都將沉淀池排泥時間集中在晚上，沉淀池排泥存在單次排泥水量大、含泥量高等特點。如果保留原有的排泥模式，無法實現直接回用，應考慮設置調蓄池。試驗發現，沉淀池污泥在非密封的情況下約4 d就會有異味釋放。因此，若設置調蓄池，要定時清淤并做好污泥處理。