金海水廠排泥水處理系統(tǒng)運行優(yōu)化

朱力平

(上海浦東威立雅自來水有限公司，上?！?00127)

上海浦東威立雅自來水有限公司金海水廠位于浦東曹路地區(qū)，目前供水規(guī)模為40萬m3/d。金海水廠是浦東的內(nèi)陸水廠，生產(chǎn)排放水排入周邊的小河道——盛家浜，水廠又是ISO14001環(huán)境體系的認(rèn)證單位，生產(chǎn)廢水的合格排放是對社會環(huán)境保護(hù)的一份責(zé)任和承諾。

根據(jù)《上海市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/199—2009)，水廠排放水的主要污染指標(biāo)SS應(yīng)小于50 mg/L。浦東環(huán)保部門又對金海水廠排放水的總量作了限定，規(guī)定每日的排放水總量不得超過1 000 m3。

水廠排泥水中的污泥主要由原水中的泥沙、腐殖質(zhì)、藻類等懸浮雜質(zhì)和水廠投加的絮凝劑、助凝劑組成[1]。金海水廠排泥水處理系統(tǒng)自2011年投入運行后，斜板濃縮池運行遇到過很多問題，特別是冬季溫度較低、藻類含量較高的時候，澄清池排泥水濃度約在1%～2%，無法滿足沉降需求，濃縮池上清液無法保持穩(wěn)定，有時甚至出現(xiàn)翻泥現(xiàn)象，嚴(yán)重影響排放水水質(zhì)。不合格的排放水直接排入水體，將導(dǎo)致河道、湖泊淤積，可能使河床或湖底抬高，影響防洪和航運，并對水體造成污染[2]。為確保金海水廠排放水水質(zhì)，水廠排泥水處理系統(tǒng)運行優(yōu)化工作亟待開展。

金海水廠排泥水處理系統(tǒng)主要由預(yù)濃縮池、排泥水調(diào)節(jié)池、斜板濃縮池、污泥平衡池及脫水機房幾個部分組成，如圖1所示。

圖1　金海水廠工藝流程圖

水廠排泥水處理設(shè)施主要處理Multiflo高密度澄清池排泥水和TGV砂濾池反沖洗廢水。原設(shè)計考慮到兩種廢水的性質(zhì)差別較大而采用不同工藝，其中澄清池排泥水濃度較高(1%～2%)，經(jīng)排泥水調(diào)節(jié)池提升至濃縮池濃縮后可將泥水濃縮至3%左右，以滿足離心脫水的進(jìn)料要求；而TGV濾池反沖洗廢水濃度較低，需進(jìn)行預(yù)濃縮減量，其預(yù)濃縮后的泥水與澄清池排泥水一并在排泥水調(diào)節(jié)池混合，并提升至濃縮池進(jìn)行二次濃縮。預(yù)濃縮上清液回用至澄清池配水井處。濃縮池上清液達(dá)標(biāo)排放至盛家浜。

2013年1月起，公司運營部和生產(chǎn)技術(shù)部配合金海水廠對污泥系統(tǒng)的運行進(jìn)行調(diào)研，開展了各項試驗，其中包括：(a)污泥燒杯試驗和沉降試驗，包括投加混凝劑PAC和PAM，降低污泥濃度；(b)不同處理方式及不同水源的排泥水沉降試驗；(c)生產(chǎn)性試驗，包括投加PAM、污泥混合反沖洗廢水、減少濃縮池水力負(fù)荷、調(diào)整排泥方式和時間。

1　污泥燒杯試驗和沉降試驗

1.1　排泥水燒杯試驗

試驗器材：ZR4-6混凝試驗攪拌機。

參數(shù)設(shè)定：快速混合2 min，慢速混合20 min，沉淀10 min。排泥水加PAC和PAM的燒杯試驗結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1　排泥水中加PAC的燒杯試驗

由表1可知，排泥水中加入PAC(堿鋁)后，初始沉淀效果不明顯，且PAC對排泥水的濃縮效果有限，加大投量后反而引起上清液濁度的升高。

由表2可知，投加PAM可改善污泥初始沉淀效果及上清液濁度，排泥水經(jīng)濃縮池上清液或濾池反沖洗廢水稀釋后，沉降效果更加佳，上清液濁度更好。從現(xiàn)場可操作性來看，如有條件，用大量濃度較低的預(yù)濃縮池排泥水稀釋澄清池排泥水，后加PAM進(jìn)濃縮池進(jìn)行污泥濃縮，效果更好。

表2　排泥水直接加PAM和排泥水稀釋后加PAM的燒杯試驗

1.2　排泥水沉降試驗

為了進(jìn)一步確認(rèn)金海水廠排泥水的特性，2013年2月公司運營部和生產(chǎn)技術(shù)部在金海水廠的配合下進(jìn)行了排泥水沉降試驗。試驗器材：1 L量筒，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2　排泥水稀釋后投加不同劑量PAM的效果比較

由圖2可知，泥水界面清晰，泥水分離清況良好。PAM投加有助于污泥初始沉降：前3 min，PAM投加劑量分別為2、4、6 mg/L的三個量筒的泥水分離速度是PAM投加劑量為0.5 mg/L和1 mg/L的兩個量筒的3倍，投加劑量為2 mg/L時效果最佳；但經(jīng)過長時間沉降后，未投加PAM的污泥沉降效果反而略好于投加PAM的污泥。

由圖3可知，低濃度排泥水的自然沉降速度比高濃度排泥水快。

圖3　澄清池排泥水和稀釋后的混合排泥水的自然沉降效果對比

濃度為1.06%的Multiflo澄清池排泥水自然沉降2 h后泥水界面在970 mL處；澄清池排泥水經(jīng)稀釋后的混合泥水(濃度為0.37%)自然沉降2 h后泥水界面在750 mL處。

由圖4可知，投加PAM有助于提高初始沉降速度，但經(jīng)過長時間濃縮后，其結(jié)果與未投加PAM的情況相近。初始沉降速度的快慢決定了泥水分離的效果，從某種意義上也決定了上清液的排放水質(zhì)。

圖4　不同濃度的排泥水投加不同劑量PAM后的沉降效果比較

1.3　PAM對污泥濃縮的影響試驗

為確認(rèn)PAM對污泥濃縮的影響，PAM供貨商于2013年2月6日至金海水廠進(jìn)行不同型號(陰離子、陽離子)及不同投加量的PAM燒杯試驗，部分試驗結(jié)果如表3所示。

表3　不同型號PAM的燒杯試驗(污泥濃度為0.28%)

注：絮團(tuán)大小和沉降速度從大到小依次為“+++”>“++-”>“++”>“+-”>“+”

由表3可知，陰離子產(chǎn)品AN910SEP和陽離子產(chǎn)品FO4190SH在不同的投加量下效果差異不大，F(xiàn)O4190SH的效果略好于AN910SEP。投加量對沉降效果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絮凝劑種類的影響，適當(dāng)提高投加量會帶來更好的絮凝效果、更大的絮團(tuán)、更快的初始沉降速度。

考慮到水流沖擊可能會破碎已經(jīng)形成絮團(tuán)，因此加入破碎試驗，以200 r/min的轉(zhuǎn)速破碎30 s，發(fā)現(xiàn)高投加量下形成的絮團(tuán)的耐破碎性更好。

2　不同污泥處理方式及不同水源下的污泥沉降性能試驗

金海水廠和臨江水廠均采用青草沙原水，但是污泥處理方式不同，金海水廠采用澄清池排泥水與反沖洗廢水分別處理，臨江水廠采用沉淀池排泥水和反沖洗廢水混合處理。臨江水廠濃縮池進(jìn)泥濃度非常低，濃縮池運行良好，上清液濁度低于10 NTU，濃縮污泥濃度大于3%。

考察了閔行水廠的污泥處理系統(tǒng)。閔行水廠采用黃浦江原水，同樣采用沉淀池排泥水與反沖洗水分別處理的工藝，發(fā)現(xiàn)閔行水廠沉淀池排泥水的沉降性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于金海水廠澄清池排泥水，可能是由黃浦江原水的泥沙型特性決定的。

由實驗室對金海水廠污泥系統(tǒng)的水質(zhì)檢測結(jié)果可知，金海水廠澄清池排泥水主要含有大量金屬離子(混凝劑)。同時在2013年3月14日的藻類檢測中發(fā)現(xiàn)，澄清池排泥水中含有大量的硅藻，并且通過燒杯試驗發(fā)現(xiàn)，由于藻類上浮的特性，排泥水很難沉降。

3　金海水廠污泥系統(tǒng)生產(chǎn)運行調(diào)整

根據(jù)排泥水燒杯試驗和排泥水沉降試驗的結(jié)果，金海水廠對排泥水處理系統(tǒng)的運行作了針對性的調(diào)整。

3.1　投加適量PAM，稀釋澄清池排泥水，降低濃縮池運行負(fù)荷

(1)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將濃度較低的預(yù)濃縮池排泥水連續(xù)排入排泥水調(diào)節(jié)池以稀釋澄清池排泥水的濃度，并混入離心脫水機分離液，稀釋后的排泥水在濃縮池得到快速且充分的沉降分離，濃縮池排泥濃度>3%，滿足進(jìn)離心機脫水的要求。

(2)濃縮池投加4～5 mg/L的PAM，雖然PAM的投加量較高，但是經(jīng)公司水質(zhì)中心檢測，上清液中丙烯酰胺單體的濃度均在0.15 μg/L以下，不會對盛家浜水體造成安全影響。

(3)濃縮池改變原有的排泥方式(每天排泥1～2次，每次1～2 h)，采用每2 h排泥2 min的少量多次方式，可提高污泥濃度并防止堵塞，運行下來效果良好。

(4)經(jīng)常測定濃縮池污泥位，防止泥位過高而影響上清液水質(zhì)。

(5)降低濃縮池運行負(fù)荷，調(diào)整濃縮池的進(jìn)水流量由原來的130 m3/h降到90 m3/h，濃縮池的上升流速由0.180 mm/s降低到0.128 mm/s，污泥負(fù)荷由4.49 kg/(m2·h)降至3.11 kg/(m2·h)，使泥水得到更好的分離。

(6)由長期的運行經(jīng)驗得出：澄清池排泥水(濃度為1%～2%)經(jīng)預(yù)濃縮池排泥水稀釋后，SS達(dá)到4 500～5 500 mg/L時再經(jīng)濃縮池濃縮，能達(dá)到較好的泥水分離效果。所以水廠在排泥水調(diào)節(jié)池內(nèi)安裝了SS儀，可以在線監(jiān)測排泥水調(diào)節(jié)池的SS。根據(jù)SS的數(shù)值反饋控制預(yù)濃縮池排放閥門的自動啟停，使排泥水調(diào)節(jié)池的SS一直保持在4 500～5 500 mg/L，確保濃縮池的泥水分離效果。為保證在線SS儀監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性，水廠定期安排維護(hù)人員對SS儀進(jìn)行校準(zhǔn)，并對儀器探頭進(jìn)行沖洗保養(yǎng)。

(7)運行結(jié)果：濃縮池上清液濁度較低，泥水分離效果較好，濃縮池集水槽無翻泥現(xiàn)象，SS<50 mg/L，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，濃縮池濃縮污泥濃度近3%～5%，滿足離心脫水的條件。

3.2　澄清池排泥水超越管的使用

2016年1月下旬，上海遭遇了35年來最強的寒潮，氣溫達(dá)到了-7～-8 ℃，原水水溫也下降到了罕見的3 ℃左右，水處理線混凝沉淀的效果較差，沉后水濁度上升，濾池去除率也下降，直接影響了出廠水的水質(zhì)，再加上寒潮期間管網(wǎng)爆管事件很多，水量需求特別大，水廠基本達(dá)到滿負(fù)荷的運行狀態(tài)。面對這種惡劣情況，水廠只有增大混凝劑和PAM的投加量，才能確保出廠水水質(zhì)。為此，PAM投加劑量由原來的0.2 mg/L增大到0.38 mg/L，造成澄清池排泥水濃度上升至3%～5%，需要用大量的預(yù)濃縮池排泥水稀釋，才能使SS達(dá)到4 500～5 500 mg/L，從而滿足濃縮池泥水沉降的條件。這樣既浪費了大量的回用水量，又增加了濃縮池上清液的排放量，使排水量很有可能超過環(huán)保部門規(guī)定的日排放總量(1 000 m3/d)。

針對此問題，水廠技術(shù)人員及公司技術(shù)部認(rèn)為澄清池排泥水濃度已達(dá)到3%～5%，滿足直接進(jìn)離心機脫水的條件，可以通過一根澄清池至平衡池的超越管直接進(jìn)離心脫水。2016年6月臨時超越管鋪設(shè)完成并順利運行。當(dāng)澄清池排泥水濃度過高時，可隨時切換至超越管運行。切換至超越管后，澄清池排泥水不進(jìn)濃縮池而是進(jìn)平衡池，從而直接進(jìn)

離心機脫水，之前用來稀釋澄清池排泥水的預(yù)濃縮排泥水的大量水量則不需要了。水廠排放水量減少，回用水量增加，排放水達(dá)標(biāo)排放。

4　結(jié)論

根據(jù)金海水廠排泥水試驗和排泥水處理系統(tǒng)生產(chǎn)運行試驗的結(jié)果，可得出以下初步結(jié)論。

(1)與黃浦江水源相比，以青草沙水源為原水的濃度為1%～2%的排泥水不容易沉降，特別是在低溫和藻類暴發(fā)期間，排泥水更不容易沉降。

(2)與相同原水的臨江水廠相比，低濃度的排泥水更有利于污泥處理系統(tǒng)運行，濃縮池上清液也可以達(dá)標(biāo)排放。

(3)投加PAM可提高初始泥水分離速度，不同型號的PAM對污泥沉降效果的影響不大，投加量對沉降效果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絮凝劑種類的影響。

(4)利用預(yù)濃縮池排泥水稀釋澄清池排泥水可以得到理想的分離效果，可使?jié)饪s池上清液達(dá)標(biāo)排放，濃縮污泥滿足進(jìn)離心機的條件。

(5)提高澄清池排泥水的濃度至3%～5%，通過澄清池排泥水超越管進(jìn)平衡池，從而直接進(jìn)離心機脫水，可以減少排放水量，增加回用水量，且污泥進(jìn)離心機也能滿足濃度要求。

[1]王勤華,賀俊蘭.凈水廠產(chǎn)泥量的確定和相關(guān)參數(shù)的選擇[J].中國給水排水,2002,18(8):64-66.

[2]許建華.自來水廠排泥水處理技術(shù)的若干問題[J].中國給水排水,2001,17(12):25-27.