金海水厂排泥水处理系统运行优化

朱力平

(上海浦东威立雅自来水有限公司，上海　200127)

上海浦东威立雅自来水有限公司金海水厂位于浦东曹路地区，目前供水规模为40万m3/d。金海水厂是浦东的内陆水厂，生产排放水排入周边的小河道——盛家浜，水厂又是ISO14001环境体系的认证单位，生产废水的合格排放是对社会环境保护的一份责任和承诺。

根据《上海市污水综合排放标准》(DB 31/199—2009)，水厂排放水的主要污染指标SS应小于50 mg/L。浦东环保部门又对金海水厂排放水的总量作了限定，规定每日的排放水总量不得超过1 000 m3。

水厂排泥水中的污泥主要由原水中的泥沙、腐殖质、藻类等悬浮杂质和水厂投加的絮凝剂、助凝剂组成[1]。金海水厂排泥水处理系统自2011年投入运行后，斜板浓缩池运行遇到过很多问题，特别是冬季温度较低、藻类含量较高的时候，澄清池排泥水浓度约在1%～2%，无法满足沉降需求，浓缩池上清液无法保持稳定，有时甚至出现翻泥现象，严重影响排放水水质。不合格的排放水直接排入水体，将导致河道、湖泊淤积，可能使河床或湖底抬高，影响防洪和航运，并对水体造成污染[2]。为确保金海水厂排放水水质，水厂排泥水处理系统运行优化工作亟待开展。

金海水厂排泥水处理系统主要由预浓缩池、排泥水调节池、斜板浓缩池、污泥平衡池及脱水机房几个部分组成，如图1所示。

图1　金海水厂工艺流程图

水厂排泥水处理设施主要处理Multiflo高密度澄清池排泥水和TGV砂滤池反冲洗废水。原设计考虑到两种废水的性质差别较大而采用不同工艺，其中澄清池排泥水浓度较高(1%～2%)，经排泥水调节池提升至浓缩池浓缩后可将泥水浓缩至3%左右，以满足离心脱水的进料要求；而TGV滤池反冲洗废水浓度较低，需进行预浓缩减量，其预浓缩后的泥水与澄清池排泥水一并在排泥水调节池混合，并提升至浓缩池进行二次浓缩。预浓缩上清液回用至澄清池配水井处。浓缩池上清液达标排放至盛家浜。

2013年1月起，公司运营部和生产技术部配合金海水厂对污泥系统的运行进行调研，开展了各项试验，其中包括：(a)污泥烧杯试验和沉降试验，包括投加混凝剂PAC和PAM，降低污泥浓度；(b)不同处理方式及不同水源的排泥水沉降试验；(c)生产性试验，包括投加PAM、污泥混合反冲洗废水、减少浓缩池水力负荷、调整排泥方式和时间。

1　污泥烧杯试验和沉降试验

1.1　排泥水烧杯试验

试验器材：ZR4-6混凝试验搅拌机。

参数设定：快速混合2 min，慢速混合20 min，沉淀10 min。排泥水加PAC和PAM的烧杯试验结果分别如表1和表2所示。

表1　排泥水中加PAC的烧杯试验

由表1可知，排泥水中加入PAC(碱铝)后，初始沉淀效果不明显，且PAC对排泥水的浓缩效果有限，加大投量后反而引起上清液浊度的升高。

由表2可知，投加PAM可改善污泥初始沉淀效果及上清液浊度，排泥水经浓缩池上清液或滤池反冲洗废水稀释后，沉降效果更加佳，上清液浊度更好。从现场可操作性来看，如有条件，用大量浓度较低的预浓缩池排泥水稀释澄清池排泥水，后加PAM进浓缩池进行污泥浓缩，效果更好。

表2　排泥水直接加PAM和排泥水稀释后加PAM的烧杯试验

1.2　排泥水沉降试验

为了进一步确认金海水厂排泥水的特性，2013年2月公司运营部和生产技术部在金海水厂的配合下进行了排泥水沉降试验。试验器材：1 L量筒，试验结果如图2所示。

图2　排泥水稀释后投加不同剂量PAM的效果比较

由图2可知，泥水界面清晰，泥水分离清况良好。PAM投加有助于污泥初始沉降：前3 min，PAM投加剂量分别为2、4、6 mg/L的三个量筒的泥水分离速度是PAM投加剂量为0.5 mg/L和1 mg/L的两个量筒的3倍，投加剂量为2 mg/L时效果最佳；但经过长时间沉降后，未投加PAM的污泥沉降效果反而略好于投加PAM的污泥。

由图3可知，低浓度排泥水的自然沉降速度比高浓度排泥水快。

图3　澄清池排泥水和稀释后的混合排泥水的自然沉降效果对比

浓度为1.06%的Multiflo澄清池排泥水自然沉降2 h后泥水界面在970 mL处；澄清池排泥水经稀释后的混合泥水(浓度为0.37%)自然沉降2 h后泥水界面在750 mL处。

由图4可知，投加PAM有助于提高初始沉降速度，但经过长时间浓缩后，其结果与未投加PAM的情况相近。初始沉降速度的快慢决定了泥水分离的效果，从某种意义上也决定了上清液的排放水质。

图4　不同浓度的排泥水投加不同剂量PAM后的沉降效果比较

1.3　PAM对污泥浓缩的影响试验

为确认PAM对污泥浓缩的影响，PAM供货商于2013年2月6日至金海水厂进行不同型号(阴离子、阳离子)及不同投加量的PAM烧杯试验，部分试验结果如表3所示。

表3　不同型号PAM的烧杯试验(污泥浓度为0.28%)

注：絮团大小和沉降速度从大到小依次为“+++”>“++-”>“++”>“+-”>“+”

由表3可知，阴离子产品AN910SEP和阳离子产品FO4190SH在不同的投加量下效果差异不大，FO4190SH的效果略好于AN910SEP。投加量对沉降效果的影响要远远大于絮凝剂种类的影响，适当提高投加量会带来更好的絮凝效果、更大的絮团、更快的初始沉降速度。

考虑到水流冲击可能会破碎已经形成絮团，因此加入破碎试验，以200 r/min的转速破碎30 s，发现高投加量下形成的絮团的耐破碎性更好。

2　不同污泥处理方式及不同水源下的污泥沉降性能试验

金海水厂和临江水厂均采用青草沙原水，但是污泥处理方式不同，金海水厂采用澄清池排泥水与反冲洗废水分别处理，临江水厂采用沉淀池排泥水和反冲洗废水混合处理。临江水厂浓缩池进泥浓度非常低，浓缩池运行良好，上清液浊度低于10 NTU，浓缩污泥浓度大于3%。

考察了闵行水厂的污泥处理系统。闵行水厂采用黄浦江原水，同样采用沉淀池排泥水与反冲洗水分别处理的工艺，发现闵行水厂沉淀池排泥水的沉降性能远远好于金海水厂澄清池排泥水，可能是由黄浦江原水的泥沙型特性决定的。

由实验室对金海水厂污泥系统的水质检测结果可知，金海水厂澄清池排泥水主要含有大量金属离子(混凝剂)。同时在2013年3月14日的藻类检测中发现，澄清池排泥水中含有大量的硅藻，并且通过烧杯试验发现，由于藻类上浮的特性，排泥水很难沉降。

3　金海水厂污泥系统生产运行调整

根据排泥水烧杯试验和排泥水沉降试验的结果，金海水厂对排泥水处理系统的运行作了针对性的调整。

3.1　投加适量PAM，稀释澄清池排泥水，降低浓缩池运行负荷

(1)根据现场实际情况，将浓度较低的预浓缩池排泥水连续排入排泥水调节池以稀释澄清池排泥水的浓度，并混入离心脱水机分离液，稀释后的排泥水在浓缩池得到快速且充分的沉降分离，浓缩池排泥浓度>3%，满足进离心机脱水的要求。

(2)浓缩池投加4～5 mg/L的PAM，虽然PAM的投加量较高，但是经公司水质中心检测，上清液中丙烯酰胺单体的浓度均在0.15 μg/L以下，不会对盛家浜水体造成安全影响。

(3)浓缩池改变原有的排泥方式(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，可提高污泥浓度并防止堵塞，运行下来效果良好。

(4)经常测定浓缩池污泥位，防止泥位过高而影响上清液水质。

(5)降低浓缩池运行负荷，调整浓缩池的进水流量由原来的130 m3/h降到90 m3/h，浓缩池的上升流速由0.180 mm/s降低到0.128 mm/s，污泥负荷由4.49 kg/(m2·h)降至3.11 kg/(m2·h)，使泥水得到更好的分离。

(6)由长期的运行经验得出：澄清池排泥水(浓度为1%～2%)经预浓缩池排泥水稀释后，SS达到4 500～5 500 mg/L时再经浓缩池浓缩，能达到较好的泥水分离效果。所以水厂在排泥水调节池内安装了SS仪，可以在线监测排泥水调节池的SS。根据SS的数值反馈控制预浓缩池排放阀门的自动启停，使排泥水调节池的SS一直保持在4 500～5 500 mg/L，确保浓缩池的泥水分离效果。为保证在线SS仪监测数据的正确性，水厂定期安排维护人员对SS仪进行校准，并对仪器探头进行冲洗保养。

(7)运行结果：浓缩池上清液浊度较低，泥水分离效果较好，浓缩池集水槽无翻泥现象，SS<50 mg/L，达到排放标准，浓缩池浓缩污泥浓度近3%～5%，满足离心脱水的条件。

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年来最强的寒潮，气温达到了-7～-8 ℃，原水水温也下降到了罕见的3 ℃左右，水处理线混凝沉淀的效果较差，沉后水浊度上升，滤池去除率也下降，直接影响了出厂水的水质，再加上寒潮期间管网爆管事件很多，水量需求特别大，水厂基本达到满负荷的运行状态。面对这种恶劣情况，水厂只有增大混凝剂和PAM的投加量，才能确保出厂水水质。为此，PAM投加剂量由原来的0.2 mg/L增大到0.38 mg/L，造成澄清池排泥水浓度上升至3%～5%，需要用大量的预浓缩池排泥水稀释，才能使SS达到4 500～5 500 mg/L，从而满足浓缩池泥水沉降的条件。这样既浪费了大量的回用水量，又增加了浓缩池上清液的排放量，使排水量很有可能超过环保部门规定的日排放总量(1 000 m3/d)。

针对此问题，水厂技术人员及公司技术部认为澄清池排泥水浓度已达到3%～5%，满足直接进离心机脱水的条件，可以通过一根澄清池至平衡池的超越管直接进离心脱水。2016年6月临时超越管铺设完成并顺利运行。当澄清池排泥水浓度过高时，可随时切换至超越管运行。切换至超越管后，澄清池排泥水不进浓缩池而是进平衡池，从而直接进

离心机脱水，之前用来稀释澄清池排泥水的预浓缩排泥水的大量水量则不需要了。水厂排放水量减少，回用水量增加，排放水达标排放。

4　结论

根据金海水厂排泥水试验和排泥水处理系统生产运行试验的结果，可得出以下初步结论。

(1)与黄浦江水源相比，以青草沙水源为原水的浓度为1%～2%的排泥水不容易沉降，特别是在低温和藻类暴发期间，排泥水更不容易沉降。

(2)与相同原水的临江水厂相比，低浓度的排泥水更有利于污泥处理系统运行，浓缩池上清液也可以达标排放。

(3)投加PAM可提高初始泥水分离速度，不同型号的PAM对污泥沉降效果的影响不大，投加量对沉降效果的影响要远远大于絮凝剂种类的影响。

(4)利用预浓缩池排泥水稀释澄清池排泥水可以得到理想的分离效果，可使浓缩池上清液达标排放，浓缩污泥满足进离心机的条件。

(5)提高澄清池排泥水的浓度至3%～5%，通过澄清池排泥水超越管进平衡池，从而直接进离心机脱水，可以减少排放水量，增加回用水量，且污泥进离心机也能满足浓度要求。

[1]王勤华,贺俊兰.净水厂产泥量的确定和相关参数的选择[J].中国给水排水,2002,18(8):64-66.

[2]许建华.自来水厂排泥水处理技术的若干问题[J].中国给水排水,2001,17(12):25-27.