水廠排泥水斜管混凝沉降濃縮生產性試驗研究

魏月華， 肖 峰， 徐中惠， 崔廣宏

(天津市自來水集團限公司 凌莊水廠， 天津 300000)

引灤水為典型的低溫低濁高藻水庫水，有機質較高。基于引灤水源水質而設計建成投產的某水廠污泥處理系統采用了兩級污泥濃縮工藝(斜管濃縮池和成套氣浮濃縮池)，以提高污泥濃縮效果，該水廠原水改為南水北調引江水后原有污泥處理工藝的處理效果不理想。

氣浮濃縮法一般用于高有機質活性污泥以及密度低的親水性無機污泥，并需投加一定的高分子聚合物，但濃縮后泥渣濃度較低，對脫水機械的要求較高。另外，氣浮濃縮法耗能較多，日常運行維護費用較高，也失去了濃縮池池容對污泥泥量變化的調節作用，對短時高濁度沖擊負荷的適應能力較差。該水廠凈水工藝中采用斜管(斜板)沉淀池，凈水混凝劑以鐵鹽為主，其排泥水的斜管濃縮效果較好，但后續的氣浮濃縮效果一般且能耗較高。

在排泥水濃縮脫水處理生產實踐中發現，一年中部分時間水廠凈水工藝為應對原水水質變化而加投聚合氯化鋁，其沉淀池排泥水較輕且不易沉降，出現斜管沉降濃縮池排泥上返、出水濁度升高、出泥濃度較低現象。不經氣浮的再次濃縮便無法通過離心機直接處理，同時氣浮池的再次濃縮操作，不僅工藝重疊，而且導致較多藥劑、電力、人力等消耗。

在斜管沉淀池進泥管道上進行加藥混凝處理，一方面能夠降低上清液出水濁度，提高斜管出泥濃度；另一方面有助于簡化污泥處理流程，省去氣浮池的處理工藝，使離心機能直接處理斜管的出泥，進而達到節省電耗、藥耗的目的。筆者以該水廠排泥水濃縮處理工藝作為研究對象，通過對排泥水進行混凝劑篩選實驗，確定混凝藥劑種類、投加量和投加方式，并依據所獲得的參數進行水廠排泥水斜管混凝沉降濃縮生產性試驗研究。

1 試驗設備與裝置

采用HANNA HI93703-11便攜式濁度計測定濁度，測量范圍包括(0～50.00) 和(50 ～1 000)NTU，自動量程識別，測量精度為±0.5 NTU或讀數的±5%；采用BBS-200C便攜式污泥濃度計檢測污泥濃度，量程為9 999 mg/L或30 g/L，分辨率為5 mg/L或0.01 g/L，精度為1% FS。

混凝實驗在MY3000-6D六聯混凝試驗攪拌器上進行。斜管混凝沉降濃縮生產性試驗新建1間加藥間，增設的混凝劑投加系統包括計量泵3臺、儲藥罐1個、流量計1臺、雷達液位計1臺。水廠斜管沉淀池共2座，單池尺寸為20.2 m×8.2 m，澄清區面積為2 012.96 m2。

2 混凝實驗

2.1 靜態混凝實驗

實驗選擇水廠正在使用的三氯化鐵、聚合氯化鋁、鐵鋁混合液進行排泥水混凝沉降靜態實驗，污泥初始濃度為1.86 g/L，未加藥沉淀后上清液濁度為19.7 NTU，沉淀后上清液濁度為10.5 NTU，投加不同混凝劑后對應的上清液濁度見表1。

表1 靜態混凝實驗結果Tab.1 Static experiment results of coagulation

三氯化鐵投加量大于0.1 g/L時，出水上清液濁度小于10 NTU。三氯化鐵對濁度的去除效果最好，投加量最少。根據混凝絮體大小、絮體緊密程度、絮體沉降速度、沉降比、上清液濁度、藥劑成本、藥劑投加方便程度，綜合判斷三氯化鐵為最佳混凝劑。

2.2 動態斜管沉淀試驗

開展動態斜管沉淀池混凝劑投加試驗，其中進泥量為350，400和500 m3/h時，自然沉降條件下上清液出水濁度分別為21.5，17.1和7.29 NTU，對應的三氯化鐵投加量分別取0.2，0.2和0.1 g/L。不同斜管沉淀池進泥量下斜管沉淀池放泥時間均控制在90 s/h，反應不同時間后上清液濁度和斜管沉淀池出泥濃度見表2，其中進泥量為500 m3/h時因加藥后上清液濁度較小，實驗只進行了4 h。

表2 不同進泥量斜管沉淀池混凝試驗結果Tab.2 Coagulation experimental results of inclined tube sedimentation tank with different mud intake

動態試驗表明，斜管沉淀池三氯化鐵混凝投加量為0.1～0.2 g/L時，斜管混凝沉降效果最好，出水濁度較低，濁度去除率達到70%以上，出泥濃度可達7～9 g/L。

2.3 投加方式

原則上藥劑溶液投加到待處理水中需要適當的設備，投藥設備需要按原水中應投的藥劑劑量準確控制藥液流量，并根據原水水量和水質的變化隨時調節。藥液的投配要求計量準確，調節靈活，設備簡單，操作方便。

混凝劑常見的投加方式有重力投加、壓力投加、虹吸投加，見表3。

表3 投加方式分析比較Tab.3 Analysis and comparison of dosing type

技術比較表明，計量泵不受加藥點位置高低及管道壓力限制，可確保加藥量并實現加藥量的自動控制，是首選的混凝劑投加方式。

3 生產性試驗

3.1 斜管混凝劑加藥間設計

依據靜態、動態混凝沉淀實驗結果，設計采用三氯化鐵為混凝劑，投加量取0.1～0.2 g/L，進泥量按300 m3/h，進泥濃度按1.0～1.5 g/L計，斜管沉淀池混凝劑投加點見圖1。

圖1 斜管沉淀池混凝劑投加點Fig.1 Coagulant dosing point of inclined tube sedimentation tank

新建的斜管混凝沉淀加藥間見圖2，設計采用隔膜計量泵為投加設備，依據藥劑投加流量設計選用計量泵3臺(互為備用，最多使用2臺)，沖程手動調節，參數如下：Q=85 L/h，P=7 bar，N=0.37 kW(使用2臺)；Q=50 L/h，P=7 bar，N=0.37 kW(使用1臺)。

儲藥設備采用1個HDPE材質儲藥罐，Ф=1 600 mm，H=2.55 m，有效容積為4.0 m3。選用1臺卸藥泵，Q=30 m3/h，H=10 m，N=1.5 kW。

圖2 加藥間Fig.2 Dosing room

3.2 排泥水處理改造工藝流程

改造前污泥處理由排水池、調節池、斜管沉淀池、均衡池、絮凝裝置、氣浮裝置、脫氣池、加藥裝置、離心脫水機等組成。生產性試驗技術改造中，在斜管沉淀池前增加了三氯化鐵混凝劑投加系統，并在均衡池與脫氣池之間加裝了一根超越管道(圖3)，使排泥水在斜管沉淀池混凝濃縮處理后，不經氣浮加藥濃縮直接進離心機進行脫水處理。圖4所示為改造前后排泥水處理工藝流程。

3.3 生產性試驗

當進泥量為350 m3/h，進泥濃度為1.78 g/L，藥劑投加量取0.2 g/L，斜管沉淀池放泥時間控制在90 s/h，進行斜管混凝沉降濃縮生產性試驗。從圖5可以看出，斜管沉淀池出水濁度均小于10 NTU，排泥濃度大都高于7 g/L，排泥水斜管混凝沉降濃縮效果良好。

圖3 均衡池與脫氣池之間的連通管Fig.3 Connecting pipe between equalization tank and degassing tank

圖4 排泥水處理改造前后工藝流程Fig.4 Process flow before and after sludge water treatment

圖5 斜管混凝沉降濃縮生產性試驗結果Fig.5 Production test results of inclined tube coagulation sedimentation and concentration

由表4、表5可知，三氯化鐵混凝處理后，斜管濃縮池出泥濃度達9 g/L以上(濕泥采樣體積為100 mL)，脫水污泥(泥場采樣)含固率達19%以上，斜管混凝濃縮出泥可直接經離心機脫水處理，脫水污泥含固率可滿足工藝要求。

表4 均衡池污泥檢測結果Tab.5 Sludge test results of equalization tank

表5 脫水污泥檢測結果Tab.5 Test results of dewatered sludge

4 經濟分析

4.1 自然沉降斜管濃縮能耗藥耗計算

污泥車間氣浮池共計3臺，每臺能耗為8.25 kW；PAM加藥泵共計4臺，能耗約為0.37 kW。按照每天關停氣浮池2臺，關停PAM加藥泵2臺，關停時間為10 h計算，每天共計節電172.4 kW·h，通過氣浮池過橋，還能節約大量藥劑和水。加藥泵按照700 L/h投加、每天開啟10 h計算，每天節約藥劑(PAM)約21 kg，節水14 m3/h。改造前后藥耗和電耗統計對比見表6，改造完成后藥耗平均減少了48.95%，電耗平均下降了21.35%。

表6 改造前后藥耗和電耗對比Tab.6 Comparison of drug and energy consumption before and after renovation

4.2 混凝沉降斜管濃縮能耗藥耗計算

排泥水斜管混凝沉降處理后，增加的能耗和藥耗費用主要為加藥計量泵電費和三氯化鐵費用，每天開啟10 h，每年時長約為120 d。

加藥泵功率為0.37 kW/h，電價為0.75元/(kW·h)，計算得到每年增加電費約333元；進泥量取300 m3/h，三氯化鐵價格為950元/t，計算得到最小加藥量(40 g/L)、平均加藥量(100 g/L)和最大加藥量(200 g/L)下，每天的總加藥量分別為120,300和600 kg，每年所增加的藥耗總費用分別為13 680，34 200和68 400元。

4.3 能效計算

小試和實際生產均表明，投加三氯化鐵后省掉了氣浮池的濃縮過程，出泥濃度達到離心機直接處理的要求，出水上清液濁度最高可降低83%，斜管沉淀池出泥濃度提高54%。

經濟效益方面，省去氣浮池濃縮處理后，不僅水質達到了要求，而且全年因停開氣浮池節省藥劑費13.5萬元，節約電費8萬元，節約維修費用和更新設備費用5萬元及其他人力成本等費用合計26.5萬元。因斜管混凝沉降濃縮增加的藥劑費約3.42萬元(以平均加藥量計)，增加的電費約為0.0333萬元，兩項合計增加的費用約為3.45萬元。

技術改造后每年節省各種費用約為23.05萬元。

5 結語

對斜管混凝沉淀適宜的混凝劑種類、投加量和投加方式進行了中試和生產性試驗，通過在斜管沉淀池進泥管道上進行加藥混凝處理，獲得了關鍵技術數據，斜管上清液出水濁度降低，斜管出泥濃度提高，省去氣浮池污泥濃縮處理過程，斜管沉淀池出泥直接進離心機脫水處理，達到了節省電耗、藥耗的目的。