南方地区水厂沉淀池排泥水回用的可行性分析

何嘉莉， 陈丽珠， 何孙胃， 彭进湖

(东莞市东江水务有限公司， 广东 东莞 523112)

水厂每天会产生大量废水，包括沉淀池排泥水、滤池反冲洗水、清洁用水、绿化用水和日常用水等。其中沉淀池排泥水和滤池反冲洗水统称为生产废水，约占水厂日排放废水量的90%以上。生产废水中含有脱稳颗粒、聚合胶体以及未反应的混凝剂[1]，以适当的回用比回流该部分废水，能提高混凝效果，减少混凝剂的投加量[2]，同时有利于水厂节能减耗和环境保护。目前，研究大多集中在排泥水回用以提高低温低浊水的处理效果[2-4]，以及滤池反冲洗水的回用[5-7]，针对南方地区沉淀池排泥水回用的研究相对较少。

试验中沉淀排泥水取自南方某水厂，该水厂设计规模为50×104m3/d，沉淀池排泥水量约为5 000 m3/d，约占厂区废水总量的50%。笔者通过混凝搅拌试验，研究了沉淀池排泥水在不同回用方式和回用比下对水厂水质的影响，旨在探明南方地区水厂沉淀池排泥水回用的水质风险，考察其回用的可行性，为水厂提标改造和节能减排提供技术参考。

1 试验部分

1.1 试验方法

为考察回用水质最差时的沉淀池排泥水对出水水质的影响，取沉淀池前端的排泥水并按照一定比例与原水混合，进行混凝搅拌试验。考虑到水厂原水取水量在一天内的变化，为了研究回用比较大时的水质风险，设置沉淀池排泥水与原水的比例分别为1︰5和1︰10。回用方式分为两种：直接回用排泥水混浊液，以及将沉淀池排泥水静置30 min后回用上清液。

1.2 检测项目与方法

浊度：HACH 2100N浊度仪；DOC：水样经0.45 μm玻璃纤维膜过滤后，采用Shimadzu TOC-V CPH 总有机碳分析仪测定；CODMn：高锰酸钾法；UV254：水样经0.45 μm滤膜过滤后，采用紫外可见分光光度计测定；三维荧光图谱：水样经过0.45 μm滤膜过滤后，采用Hitachi F-7000荧光分光光度计测定；铝：铬天青S分光光度法；铁：二氮杂菲分光光度法；其他金属：Thermo Scientific Xseries Ⅱ ICP-MS。

2 结果与讨论

2.1 对浊度的去除效果

沉淀池前端的排泥水中含有大量杂质，浊度在1 000 NTU以上，远高于水厂原水的浊度。从图1可知，回用沉淀池排泥水上清液基本不会提高混合后水样的浊度，而回用沉淀池排泥水混浊液会使混合后水样的浊度大幅度上升。

向原水和混合水样中投加1.5 mg/L PAC(以有效铝计)进行混凝搅拌试验，取各水样上清液测定其浊度。从图1可知，回用沉淀池排泥水上清液或混浊液均能实现较好的助凝效果，混凝沉淀后出水浊度均低于未回用时。回用混浊液且回用比较大时，其助凝效果更显著。分析认为这是因为沉淀池排泥水中残留了混凝剂水解产生的金属氢氧化物脱稳胶体颗粒，其在回用的过程中被再次利用，降低了混凝后絮体表面的Zeta电位绝对值，发挥了静电吸附与电性中和的作用。此外，沉淀池排泥水混浊液中含有的大量粗颗粒物质，显著提高了水中颗粒的碰撞频率，并且可以作为絮凝核为絮凝创造更有利的条件。

2.2 对有机物的去除效果

混凝沉淀前后，原水和4个含有回用沉淀池排泥水的混合水样中有机物的变化如图2至图4所示。可以看出，不同的回用方式和回用比下，混凝沉淀前各个试验水样的DOC与UV254均相差不大。回用上清液并未提高混凝沉淀前CODMn升高的风险；而回用混浊液的水样，随着回用比的增大，混凝沉淀前的CODMn大幅度上升。

图1 对浊度的去除效果Fig.1 Removal effect of turbidity

图2 对DOC的去除效果Fig.2 Removal effect of DOC

分析图2至图4可知，沉淀池排泥水中的有机物主要为不溶性的有机物质，检测DOC与UV254前必须用0.45 μm滤膜过滤。尽管沉淀排泥水中的不溶性有机物质很多，但这部分有机物质并不会对DOC与UV254产生影响。经过混凝沉淀后，4个含有回用沉淀池排泥水的混合水样的有机物指标均与无回用的情况相当。因此，回用沉淀池排泥水并不会增加有机物超标的风险。

图3 对UV254的去除效果Fig.3 Removal effect of UV254图4 对CODMn的去除效果Fig.4 Removal effect of CODMn

2.3 荧光光谱分析

依据Chen等[8]的研究结果进行三维荧光计算，混凝沉淀后出水的荧光光谱如图5所示。

5个水样的三维荧光光谱均有3个明显的荧光峰，分布在Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，指示原水中含有BOD5的含苯环类蛋白物质、富里酸类物质以及微生物代谢蛋白物质等。由于三维荧光的检测必须用0.45 μm滤膜对水样进行过滤，因此，检测结果受水中溶解性物质影响。

从图5可以看出，原水与4个混合水样的溶解性部分物质相同，这说明沉淀池排泥水的加入并未改变原水中溶解性物质的分类。结合图6可知，回用沉淀池排泥水也不会影响各个荧光区域标准体积的含量。

图5 混凝沉淀后的三维荧光图谱Fig.5 Three-dimensional fluorescence spectra after coagulation and sedimentation

图6 混凝沉淀后不同荧光区域标准体积的含量Fig.6 The standard volume of different fluorescence areas after coagulation and sedimentation

2.4 对金属指标的影响

投加1.5 mg/L PAC(以有效铝计)进行混凝沉淀后，出水中金属指标情况见表1。当沉淀池排泥水混浊液 ∶原水=1 ∶5时，混凝沉淀后锰含量为0.141 mg/L，超出国标限值。因此，如果直接回用沉淀池排泥水，应根据实际情况降低回用比例。除锰以外，5个水样中其他金属的浓度均远低于国标限值，不会造成回用后出水中这些金属含量的升高。

表1 排泥水回用对金属指标的影响Tab.1 Effect of reusing the sludge water on metals mg·L-1

3 结论

① 无论回用沉淀池排泥水上清液还是混浊液，回用比为1 ∶10和1 ∶5时均可实现较好的助凝效果；回用沉淀池排泥水混浊液且回用比较大时，助凝效果更显著。

② 回用沉淀池排泥水不会提高原水混凝沉淀后出水的DOC、UV254和CODMn等有机物的含量。

③ 荧光光谱数据显示，回用沉淀池排泥水不会改变原水中溶解性物质的分类，也不会影响各个荧光区域标准体积的含量。

④ 当沉淀池排泥水混浊液︰原水=1 ∶5时，混凝沉淀后的水样存在锰超标风险；其他金属的含量远低于国标限值。

⑤ 只要控制好回用比，回用沉淀池排泥水基本不存在浊度、有机物和金属等指标超标的风险。但沉淀池排泥水的含泥量较高，回用过程中沉淀在沉淀池底部的污泥再次回到沉淀池中，会提高沉淀池底泥的含量，进而加大排泥车的工作负荷。回用沉淀池排泥水的同时，应根据实际情况增加沉淀池排泥的次数，避免由于底泥过多导致排泥车无法正常运行。

⑥ 目前，大部分水厂都将沉淀池排泥时间集中在晚上，沉淀池排泥存在单次排泥水量大、含泥量高等特点。如果保留原有的排泥模式，无法实现直接回用，应考虑设置调蓄池。试验发现，沉淀池污泥在非密封的情况下约4 d就会有异味释放。因此，若设置调蓄池，要定时清淤并做好污泥处理。