水厂沉淀池排泥水含固率检测方法探究

张韵瑜，梁翡珏，肖丹，林显增

（佛山市禅城区供水有限公司，广东佛山 528000）

沙口水厂的沉淀池由于设备老旧、工艺落后等原因，需要进行升级改造。通过对沉淀池内的排泥设备、配水墙、导流墙及集水槽进行改造，优化沉淀池工艺参数，提高沉淀池排泥水（简称排泥水）处理效果，从而降低能耗。沉淀池改造效果的主要验收标准为排泥水的含固率。

沙口水厂位于广东省佛山市，水源水取自北江支流东平河，水源水质处于地表水Ⅱ～Ⅲ类标准内。排泥水成分包括水、水源水经过混凝沉淀后形成的沉淀物、泥沙、悬浮物、胶体物质、有机物、微生物及残余的混凝剂等。由于排泥水成分复杂，根据GB/T 5750.4-2006《生活饮用水标准检验方法：感官性状和物理指标》（简称《生活饮用水标准》）中溶解性总固体的测定称量法[1]和《水和废水监测分析方法》第四版的残渣测量方法[2]，对排泥水含固率检测方法及取样数量进行探究。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

100 mL蒸发皿；100 mL小烧杯；水浴锅上海精宏XMTD-8222；中速定量滤纸及配套滤器；电恒温烘箱上海精宏DHG-916A；玻璃干燥器；电子分析天平sartorius BSA124S-CW（感量 0.1 mg）。

1.2 排泥水现状

实验期间，东平河处于枯水期，水体浊度主要由有机物和水中悬浮物所致。如图1所示，水源水浊度最高值达到27.8 NTU，最低值为10.2 NTU，平均浊度在 15.8 NTU 左右。

目前，水厂使用虹吸式排泥车进行排泥。排泥车行走速度快，容易带起底部矾花，同时造成矾花破体，大量破体矾花浮于水面，导致排泥水平均含固率仅为1%左右。根据资料所得[3-4]，南方一给水厂排泥水污泥中含有大量的藻类以及有机物，污泥中有机物质量分数在30%左右。据此可知，沙口水厂枯水期排泥水可能也含有部分有机物和少量泥沙。以下针对此排泥水进行试验。

图1 2019年第四季度水源水浊度

1.3 检测方法的优化

根据《生活饮用水标准》中溶解性总固体的测定称量法，结合排泥水的性质，设定了3种检测方法，见表1。

《生活饮用水标准》和《水和废水监测分析方法》提供的2种温度分别是（105±3）℃和（180±2）℃。有机物在（180±2）℃下进行烘干会挥发逸失，而排泥水含部分有机物，此温度下进行烘干会影响检测数据的准确性。因此，实验选择（105±3）℃作为烘干温度。

排泥水中的有机物含有破体矾花和藻类。水样静置后，密度小于水的破体矾花和藻类会悬浮于水面。为避免将悬浮物过滤除去，从而影响实验结果，方法1和方法2均采用不过滤水样上清液的操作。

从减少工作量的角度出发，方法2减少样品量，并采取直接烘干的操作。排泥水的含水率高，方法3先使用直接过滤的操作，过滤掉样品中大部分的水分，后烘干滤后固体。

1.3.1 检测容器

通过对3种方法中的容器进行空白烘干对比实验，选择出适合排泥水含固率检测的实验容器。（1）将烧杯、蒸发皿和滤纸分别放入电恒温烘箱中，在（105±3）℃条件下进行烘干处理；（2）烘干至设定的温度后将烧杯、蒸发皿和滤纸分别放入干燥器冷却，冷却后称重，记为m1；（3）第2次烘干30 min，冷却后称量，记为m2，如此类推，第三、四、五次分别记为m3、m4、m5。

1.3.2 方法精密度

方法1与方法2均使用称重法，根据资料显示[5]，重量分析法的相对误差较少，准确度高，但是其灵敏度较低。对方法1与方法2进行精密度对比实验，进而选择出排泥水含固率检测的最优方法。分别取同一水样于5个蒸发皿中和5个100 mL烧杯中进行平行测试（n=5）。

1.4 取样数量的确定

排泥水含固率作为沉淀池改造效果的主要验收标准，了解排泥水含固率的变化情况有助于了解沉淀池的改造效果。如图2所示，水厂沉淀池目前共设置6个排泥水取样点，排泥车在各取样点的排泥时间均为1 min。根据实际生产情况，设定2种取样方法。（1）三点取样法：在各个取样点排泥过程中，前、中、后 3 段（10 s、30 s和 50 s）各取一个水样，每个水样取500 mL；（2）六点取样法：在各个取样点排泥过程中，每隔 5 s（5 s、15 s、25 s、35 s、45 s和 55 s）取一个水样，每个水样取500 mL，共取6个样。

表1 排泥水含固率检测方法

图2 水厂沉淀池排泥水取样点

2 结果与分析

2.1 容器的空白烘干对比实验

从表2可以看到，烧杯和蒸发皿在第3、第4次冷却后的重量差值（m3-m4）已小于 0.000 4 g；而滤纸5次称重结果变化较大，且m4与m5之间的恒重允差值为0.004 5 g。烧杯和蒸发皿均符合《生活饮用水标准》对容器的要求，而滤纸吸湿性好，经干燥的滤纸在称量期间会吸收空气中的水分，导致重量变化较大，会影响排泥水含固率检测的结果。分析认为应选择性质稳定、耐热性好的容器进行排泥水含固率检测，故宜选用方法1的烧杯和方法2的蒸发皿。

表2 容器的空白烘干对比实验

2.2 精密度对比实验

精密度分析结果如表3所示。方法1与方法2检测出的水样平均含固率值接近，但对比两者标准偏差与精密度，方法1得出的数据误差更小，精密度更好，更适用于排泥水含固率的检测。因此，采用方法1作为排泥水含固率的最终检测方法。

表3 精密度分析

2.3 取样点数量对比实验

如图3所示，两种方法呈现该段排泥水含固率变化情况的差别较大。三点取样法得出的曲线说明该段排泥水的含固率逐步下降；而六点取样法得出的曲线说明该段排泥含固率先下降后回升。排泥水水样为非均匀溶质混合液体，水样的含固率存在波动是正常现象。

三点取样法的优点在于取样的工作量小，后续的验收工作量也小，不容易受到时间、人力、实验室条件等的限制；缺点在于取样数量较小，难以获得清晰的含固率变化情况。六点取样法的优点在于取样的数量较多，排泥水含固率的变化较清晰，更接近真实；缺点在于取样数量过高，会导致后续的验收工作量过大，需要投入较大的人力、物力，对于常规的水厂来说，实验条件也会有所限制，不适合作为通用的排泥水含固量检测取样方法进行推广。结合沙口水厂的实际生产情况和实验条件，排泥水含固率检测的取样方法采用六点取样法。

图3 不同取样方法下水样含固率变化对比图

4 结论

由试验可知，为了更精准地测出水厂沉淀池排泥水的含固率，应选用性质稳定的容器进行含固率检测的烘干操作，并选取精密度更好的实验方法。在此前提下，谨慎减少水样的数量，因为数量过小易增加实验数据的误差，降低数据的可信性。由于不同水厂的排泥水性质有所不同，应结合各水厂的原水情况、生产情况和实验条件综合对取样数量做出相应选择。