水厂沉淀池改造前后排泥水含固率研究

黄桦涛

（佛山市禅城区供水有限公司，广东佛山 528000）

沙口水厂坐落于广东省佛山市禅城区，二流程沉淀池建于1993 年，其排泥设备运行时间已超过设备的使用年限，工艺落后且部分设备运行经常出现问题，不仅影响水厂的正常生产，且存在较大的安全隐患，故需要对二流程排泥车间进行升级改造。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，提高沉淀池排泥水处理效果，可以起到降低能耗的效果。该流程共有3 座独立沉淀池（2 号、3 号、4 号），目前2 号沉淀池尚未进行改造，而3 号沉淀池、4 号沉淀池分别于2019 年10月21 日、12 月11 日改造完毕，完工后两池均进入试运行阶段。为验证二流程沉淀池改造成效，需设计对比实验针对各沉淀池排泥水含固率进行检测分析，对比改造前后沉淀池排泥水含固率变化。

水源来自北江支流东平河流域，水源水质介于地表水Ⅱ～Ⅲ类标准之间。水厂沉淀池排泥水成分包括水、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。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》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]制定实验方案，结合水厂实际运行的水量、投矾量、原水浊度、排泥周期等参数，在相同条件下对2 号、3 号、4 号沉淀池各位置的排泥水进行同步取样检测，计算各位置的平均含固率，对各位置平均含固率取平均值，得出各沉淀池总平均含固率作为实验结果进行对比分析，从而得出结论。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 人员配置

为确保实验有效性，各个沉淀池需进行同步采样，故需要取样及测样人员4 名，当班人员1 名，共5 名。

1.1.2 材料仪器配置

对讲机2 台；250 mL 取样瓶48 个；标签若干；笔3 支；秒表3 个；100 mL 蒸发皿48 个；100 mL小烧杯若干；XMTD-8222 恒温水浴锅2 台、DHG-916A 恒温烘箱1 台，上海精宏；BSA124S-CW 电子分析天平，感量0.1 mg，Sartorius。

1.2 试验方法

1.2.1 试验参数

试运行一段时间，改造沉淀池各项参数稳定后，2020 年4 月开始进行试验。此时东平河处于枯水期末端，根据水厂日常监测数据，水源水浊度在15.3～30.7 NTU 波动，波动范围不大，可认为原水浊度较为稳定；查阅资料并结合水厂过往枯水期实际运行情况[3]，该季排泥水污泥中会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[4]。据此可知，沙口水厂枯水期排泥水可能含有部分有机物和少量泥沙[5]。为保证实验的严谨性及考虑实际情况，在取样期间，排泥周期均设为24 h，运行水量约为2 000 m3/h；综合实际情况，所需投矾量控制在15.3 mg/L 左右[6]。

1.2.2 试验步骤

在排泥运行周期（24 h）后进行检验，刮泥机刮到排泥槽附近，触动行程开关，开启排泥阀开始排泥，排泥阀开启时间为60 s。排泥槽从沉淀池出水端（靠近集水槽）开始编号（编号见图1）。于排泥阀出口处取泥样，同一条排泥槽单边排泥阀处取样即可，取样瓶为250 mL。

排泥阀开启5 s 后开始取样，1#、2#、3#排泥槽连续取3 个250 mL 的样，在每个取样点进行排泥的1 min 内分别在15 s、25 s、35 s 各取一个样；4#、5#、6#排泥槽连续取5 个250 mL 的样，在每个取样点进行排泥的1 min 内分别在5 s、15 s、25 s、35 s、45 s 和55 s 各取一个样。取样后取样瓶存放在水厂化验室以进行后续测样。

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》中溶解性总固体的测定称量法和《水和废水监测分析方法》第四版的残渣测量方法，结合排泥水的性质进行烘干。从取样瓶中取100 mL 水样于已预处理的蒸发皿中，置于水浴锅上蒸干后移入烘箱，1 h 后取出在干燥器内冷却30 min，称量直至恒重。根据烘干前后称量的数据由公式（1）得出含固率。

图1 水厂沉淀池排泥水采样点示意图

2 结果与分析

2.1 排泥水初次实验

在投矾量约为15 mg/L、原水浊度大于20 NTU 的情况下，对2 号、3 号、4 号沉淀池进行排泥水含固率实验，各沉淀池各取样点平均含固率见图2。沉淀池从进水端至出水端含固率呈逐渐降低趋势，2 号沉淀池、3 号沉淀池、4 号沉淀池总平均含固率分别为3.13%、6.96%、11.56%。结果表明，3 号沉淀池、4 号沉淀池总平均含固率远高于2 号沉淀池，但4 号沉淀池比3 号沉淀池的总平均含固率要高，差异主要在于4#、5#、6#排泥槽位置的含固率，且差别较大。根据多次试验结果，原水浊度越高，两者差异越大。

2.2 排泥水二次实验

图2 原水浊度大于20 NTU 时3 个沉淀池各取样点平均含固率

在投矾量约为15 mg/L、原水浊度小于20 NTU 的情况下，对2 号、3 号、4 号沉淀池进行排泥水含固率实验，各沉淀池各取样点平均含固率见图3。3 号、4 号沉淀池整体含固率从进水端至出水端呈逐渐降低趋势，2 号沉淀池、3 号沉淀池、4 号沉淀池总平均含固率分别为0.72%、2.42%、3.69%。3 号沉淀池和4 号沉淀池总平均含固率高于2 号沉淀池，但提升幅度不大，但3 号沉淀池各点位置排泥水的含固率仍普遍低于4 号沉淀池，判断3 号、4 号沉淀池存在改造工艺差别。

图3 原水浊度小于20NTU 时3 个沉淀池各取样点平均含固率

2.3 3 号沉淀池再次改造后对比实验

经分析，在两池其他实验条件一致的情况下，由于沉淀池靠近进水端的底泥较多，同时发现3 号沉淀池靠近进水端的3 条排泥管孔径为2.5 cm，而4 号同位置的排泥管孔径扩大至3.5 cm。因此，初步判断扩孔是4号沉淀池含固率高于3号沉淀池的原因。因此，将3 号沉淀池靠近进水端的3 条排泥管孔径扩大至3.5 cm 后，在相同条件下，对3 号、4 号沉淀池重新取样进行含固率实验，各取样点平均含固率见图4。

结果表明，3 号、4 号沉淀池从进水端至出水端含固率呈逐渐降低趋势，3 号沉淀池、4 号沉淀池总平均含固率分别为10.36%、10.20%，两池结果相差较小，且如图所示两池各点趋势基本一致，各点含固率相差不大。因此，判定扩孔是4 号沉淀池含固率高于3 号沉淀池的原因，且同时证明3.5 cm 的排泥管孔径比2.5 cm 的排泥管孔径更有利于沉淀池的排泥。

图4 3 号沉淀池再次改造后与4 号沉淀池各点平均含固率比较

3 结论

改造后的3 号和4 号沉淀池总平均含固率远高于未改造的2号沉淀池，且改造后排泥效率提升明显。3.5 cm 的排泥管孔径比2.5 cm 的排泥管孔径更有利于沙口水厂沉淀池的排泥。水厂在其他流程沉淀池的改造中可参考二流程沉淀池的改造，对排泥管孔径进行适当扩孔。