脈沖澄清池排泥運行參數研究

陳洪鵬，王連弟，苗慧茹，齊丹丹

(天津市自來水集團凌莊水廠，天津 300381)

沉淀是水處理過程中一個重要工藝環節，常規沉淀池類型主要有平流沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池和輻流沉淀池。脈沖澄清池是在利用常規沉淀池運行原理并優化其特點的基礎上發明出的集混合、反應、沉淀為一體的凈水構筑物。脈沖澄清池具有占地面積小、處理效果好、節省藥耗、可均勻布水等特點[1]，采用脈沖布水方式，使原水脈沖式穿越懸浮泥層，增加原水顆粒物與懸浮泥層的碰撞接觸機會，提高處理效果。對PULSAZUR?上向流炭吸附脈沖澄清池的原理和運行過程分析發現，脈沖澄清池懸浮泥層在凈水過程中起到至關重要的作用，因此池體排泥不當會直接影響澄清池的運行效果。

1 工程概況

天津市某自來水廠采用混凝、沉淀、過濾工藝對長江水原水進行處理，規模為30×104m3/d，工藝流程見圖1。該工藝所選擇的脈沖澄清池和UF膜均具有占地面積小、處理效果好的特點，工藝出水水質較好，濁度≤0.02 NTU。

圖1 水廠工藝流程Fig.1 Process flow of the waterworks

2 脈沖澄清池設計參數與污泥量影響因素

2.1 脈沖澄清池設計參數

脈沖澄清池主要由真空室、澄清水區間、污泥層區間和污泥濃縮單元四部分組成。其中，污泥層區間在脈沖澄清池運行過程中發揮著至關重要的作用，懸浮泥層的狀態和泥量直接影響脈沖澄清池的運行效果。

該廠現有6座規模完全一致的脈沖澄清池，單池處理水量為2 292 m3/h，單池污泥層面積為442.2 m2(11 m×8.8 m×2)，懸浮污泥區水力負荷為5.2 m/h，

水面高度為4.55 m，單個澄清池面積為540.1 m2。

2.2 脈沖澄清池污泥量影響因素

混凝實驗產泥過程與脈沖澄清池產泥過程幾乎一致，因此進行燒杯混凝實驗是模擬脈沖澄清池運行的有效手段。原水SS總量、水量和混凝劑投加量均對澄清池污泥量有不同程度的影響[2]。當原水SS總量較高，一定條件下混凝實驗產生泥量較高；處理水量越大，污泥量也會相應增加；同時，實驗過程中混凝劑投加量對礬花形成狀態存在一定程度的影響，直接影響了混凝實驗的產泥量。由于目標水源為長江水，原水水質變化較小，因此處理水量和混凝劑投加量成為影響該水廠脈沖澄清池運行污泥量的主要因素。

3 脈沖澄清池排泥不當時存在的問題

脈沖澄清池在運行過程中隨著處理水量的增加，產泥量不斷增多，為保證脈沖澄清池正常運行，需定時排泥。其排泥應遵循“泥量守恒”原則，即進入的泥量等于排出的泥量，當排泥閥出現故障或排泥參數設置不合理導致排泥不當時，可能存在以下問題。

① 排泥頻繁或排泥時間過長將導致脈沖澄清池排放量過多，排放過程中部分干凈水被排出，降低了澄清池的回收率，違背了節能減排的目的。

卞遷與齊薇(卞遷,齊薇等，2009)指出目前最常用的眼動記錄方法是無創的視頻記錄法。利用眼動儀進行研究時測試參數一般包括：注視點軌跡圖、熱點圖、關注區域、注視點個數、首個注視點的注視時長、首次進入AOI的時間、每次訪問的平均時間等。一項研究應根據研究內容和研究目標選擇2-3個測試參數。

② 排泥時間過短或排泥氣動閥出現故障會導致脈沖澄清池排泥不徹底，出現澄清池出水濁度高、泥斗泥體惡化、斜管懸浮物附著等問題。

因此，只有合理設置脈沖澄清池排泥參數才能保證其運行效果，同時可為運行人員進行參數調整提供借鑒。

4 水廠脈沖澄清池運行情況

4.1 各池體排泥量

在6個脈沖澄清池均正常運行的情況下，通過僅開啟單個池體排泥閥，檢測3個排泥周期內污泥儲池進泥量。排泥時間為30 s，排泥間隔為600 s，各池體的排泥量見表1。

表1 脈沖澄清池的排泥量Tab.1 Sludge discharge quantity of pulse clarifier

4.2 不同投藥量條件下懸浮物濃度實驗

4.2.1投加聚合氯化鋁

在原水pH=8.27、濁度為0.64 NTU、水溫為16℃的條件下，不同濃度聚合氯化鋁(PAC)投加量下的懸浮物濃度見表2。可以看出，懸浮物濃度隨PAC投加量的增加而增大。

表2 投加聚合氯化鋁后的懸浮物濃度Tab.2 Suspended solid after dosing PAC

4.2.2投加FeCl3

4.2.3復配混凝劑

在原水pH=8.22、濁度為0.76 NTU、水溫為16℃的條件下，按C(Fe)∶C(Al)=1 ∶2投加。從表4可以看出，懸浮物濃度隨三氯化鐵和PAC投加濃度的增加而增大，幾乎呈正相關，相關系數r為0.998。

表4 復合投加混凝劑后的懸浮物濃度(C(Fe)∶C(Al)=1 ∶2)Tab.4 Suspended solid after dosing composite coagulant

在原水pH=8.21、濁度為0.97 NTU、水溫為28℃條件下，按C(Fe)∶C(Al)=1 ∶1投加，懸浮物濃度見表5。

表5 復合投加混凝劑時的懸浮物濃度(C(Fe)∶C(Al)=1 ∶1)Tab.5 Suspended solid after dosing composite coagulant

通過觀察實驗數據得出，懸浮物濃度隨投加三氯化鐵、PAC投加量的升高而略有增大，但增長趨勢無明顯規律，可能由于鐵鋁投量不匹配，混凝效果不佳引起。

4.3 產泥量和小時排泥時間計算

根據脈沖澄清池進水量和加藥量計算產泥量，然后根據泥量守恒原則確定排泥時間與排泥間隔。

小時產泥量=Qs/c

(1)

小時排泥時間=小時產泥量/6q

(2)

式中Q為小時進水量，m3/h；s為燒杯實驗中不同加藥量條件下的懸浮物濃度，mg/L；c為常規運行狀態下污泥層污泥濃度，一般為400～600 mg/L；q為單池平均排泥量，m3/s。

5 排泥參數調整和運行驗證

5.1 運行排泥參數調整

日常脈沖澄清池小時進水量約為11 000 m3/h，投加6 mg/L FeCl3+12 mg/L PAC，查得懸浮物濃度為5.8 mg/L。以A池為例，單池平均排泥量為0.188 1 m3/s，計算得到小時排泥時間約94～141 s。

為保證脈沖澄清池能夠徹底排泥的同時盡可能提高回收率，生產上建議采用排泥時間設置偏小，通過增加或減少排泥頻率的方法來調整排泥參數。通常設置排泥時間為30 s時，根據小時排泥時間確定排泥間隔應在720～1 110 s之間調整，見表6。

表6 脈沖澄清池排泥參數設置Tab.6 Parameter setting of sludge discharge of pulse clarifier

為保證脈沖澄清池運行效果，在低溫低濁、常溫常濁和高溫高濁期，需分別根據小時進水量、加藥量及單池排泥量進行排泥參數調整。即進水量或加藥量較高時，需適當縮短排泥間隔；進水量或加藥量較低時，需適當延長排泥間隔。

5.2 運行情況驗證

A池在常溫常濁期的進水量為11 000 m3/h，投加6 mg/L FeCl3+12 mg/L PAC的條件下運行3 d，對其SV5、SV10、出水濁度和泥斗泥體狀態進行檢測。低溫低濁、常溫常濁和高溫高濁期，SV5分別為44%、40%和35%，SV10分別為36%、31%和29%，濁度為0.29～0.38 NTU，泥斗泥體呈棕黃色，無惡臭味及腥味。

通過分析發現，利用公式(1)、(2)及固定排泥時間并延長或縮短排泥間隔的分配方式對脈沖澄清池進行參數調整后，脈沖澄清池對濁度的去除率較高，污泥層泥體的均質性較好，且泥斗泥體無黑色惡臭及腥味現象。因此，此排泥參數調整的方法適用于該水廠脈沖澄清池的運行，取得了良好的運行效果。

6 結 論

脈沖澄清池屬于結構復雜的構筑物，對原水水質、水量變化適應性較差。因此，為保證其較好的運行效果，需綜合考慮原水濁度、水量、加藥量等因素，合理設置運行參數。通過實驗模擬及日常運行情況分析得出如下結論：

① 在水質、水量一定的條件下，脈沖澄清池產泥量隨加藥量的增加而增大。

② 根據脈沖澄清池運行水量和加藥量確定其排泥時間公式為：小時排泥時間=小時產泥量/6q。

③ 為保證脈沖澄清池徹底排泥的同時盡量提高回收率，采用固定排泥時間為30 s、根據小時排泥時間調整排泥頻率的方法，對不同水量、不同加藥量條件下各池排泥參數進行調整。同時，需結合不同水質期水質，當進水量或加藥量較高時，應縮短排泥間隔；進水量或加藥量較低時，應延長排泥間隔。