自來(lái)水廠排泥水處理污泥量的確定方法

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

簡(jiǎn)介： 實(shí)施自來(lái)水廠排泥水處理，首先需要確定自來(lái)水廠的污泥量，就此將污泥量分為排泥水量和干污泥量。排泥水量可根據(jù)沉淀池排泥運(yùn)行方式和濾池反沖洗運(yùn)行方式來(lái)確定。對(duì)于干污泥量的確定介紹了計(jì)算法和物料平衡分析法，物料平衡分析法可作為計(jì)算法的補(bǔ)充，對(duì)計(jì)算法的結(jié)果進(jìn)行校核。
關(guān)鍵字：自來(lái)水廠 排泥水 污泥量 污泥處理

0　概述

　　自來(lái)水廠排泥水含有大量來(lái)自原水的污染物，排泥水直接排放，會(huì)對(duì)地表水體造成污染。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，我國(guó)自來(lái)水廠排泥水處理已經(jīng)提上議事日程。

　　實(shí)施排泥水處理，首先必須確定合理的污泥量，因?yàn)槲勰嗔康拇_定直接影響整個(gè)排泥水處理工程的設(shè)計(jì)規(guī)模，從而影響到設(shè)備配置和投資規(guī)模。自來(lái)水廠的污泥量受多種因素影響，包括原水水質(zhì)、水處理藥劑投加量、采用的凈水工藝和排泥的方式等。污泥量確定包括兩方面內(nèi)容：一是排泥水總量，它決定濃縮池規(guī)模；二是總干泥量，確定污泥脫水設(shè)備的規(guī)模。

　　污泥量確定一般需要較長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，因此即使目前沒(méi)有建設(shè)排泥水處理工程計(jì)劃的自來(lái)水廠，著手進(jìn)行有關(guān)水廠污泥產(chǎn)量資料的收集工作仍然是明智之舉。

1　排泥水總量確定

　　排泥水總量可分為沉淀池(或澄清池，下同)排泥水量和濾池反沖洗廢水量?jī)刹糠帧?

　　通常可以認(rèn)為自來(lái)水廠一泵房取水量和二泵房出水量之間的差值即為自來(lái)水廠排泥水的總量。但它不能分別確定出沉淀池排泥水量和濾池反沖洗廢水量，且這一估算方法不夠準(zhǔn)確。

　　已投產(chǎn)的自來(lái)水廠，根據(jù)水廠的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)可以較準(zhǔn)確地計(jì)算出沉淀池排泥水量和濾池反沖洗廢水量。水廠沉淀池采用人工定時(shí)排泥，只需根據(jù)每天排泥次數(shù)、每次排泥歷時(shí)和排泥流量以及沉淀池格數(shù)，就可以計(jì)算出沉淀池的排泥水量。同樣道理，也可以根據(jù)濾池每天沖洗次數(shù)、每次沖洗歷時(shí)、沖洗強(qiáng)度及單格濾池面積和格數(shù)，計(jì)算出濾池反沖洗廢水量。如果沉淀池排泥和濾池反沖洗實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，則需要對(duì)水廠沉淀池排泥和濾池反沖洗進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，了解沉淀池排泥和濾池反沖洗流量、每次歷時(shí)和統(tǒng)計(jì)每天排泥或沖洗的次數(shù)，然后進(jìn)行計(jì)算。

　　尚未建成或仍處在設(shè)計(jì)階段的自來(lái)水廠，沉淀池排泥水量和濾池反沖洗廢水量可根據(jù)沉淀池排泥和濾池反沖洗的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估算，也可以參照已建成投產(chǎn)的、條件相近的自來(lái)水廠實(shí)際運(yùn)行資料進(jìn)行估算。

　　排泥水總量的確定，最好能繪制出排泥水量在一天內(nèi)的變化曲線。由于水廠沉淀池排泥和濾池反沖洗都是在較短的時(shí)間內(nèi)完成，瞬間流量很大，繪出變化曲線，對(duì)確定排泥水截留池和濃縮池設(shè)計(jì)規(guī)模有很大幫助。

2　干污泥產(chǎn)量確定

2.1　計(jì)算法

　　根據(jù)投加混凝劑在混凝過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)、原水中懸浮固體對(duì)污泥量的貢獻(xiàn)及其它污泥成份的來(lái)源，可以近似地計(jì)算出干污泥的產(chǎn)量。當(dāng)硫酸鋁用作混凝劑時(shí)，化學(xué)反應(yīng)可簡(jiǎn)化為：

Al₂(SO₄)₃·14H₂O+6HCO₃^-=

2Al(OH)₃+6CO₂+14H₂O+3SO₄^2-(1)

　　由式(1)可知，氫氧化鋁是形成污泥的主要產(chǎn)物。根據(jù)方程式的計(jì)量關(guān)系，投加1 mg/L的Al₂(SO₄)₃·14H₂O大約會(huì)產(chǎn)生0.26 mg/L的氫氧化鋁沉淀物。原水中的懸浮物因?yàn)樵诨炷^(guò)程中不發(fā)生化學(xué)變化，它將產(chǎn)生相同重量的干污泥。其它水處理中的添加物，如高分子絮凝劑或粉末活性炭，也可認(rèn)為以1∶1的比例產(chǎn)生污泥。

　　根據(jù)以上分析，可以建立干污泥量的計(jì)算公式。同樣的分析也適用于鐵鹽作混凝劑的凈水工藝。

　　日本水道協(xié)會(huì)［1］推薦采用(2)式計(jì)算干污泥量：

S=Q(TE₁+CE₂)×10^-6(2)

　　式中S--干污泥量，t/d；

Q--自來(lái)水廠凈水量，m³/d；

T--原水濁度，NTU；

E₁--原水濁度與SS的換算率；

C--鋁鹽混凝劑投加率(以Al₂O₃計(jì))，mg/L；

E₂--鋁鹽混凝劑(以Al₂O₃計(jì))換算成干污泥量的系數(shù)，取1.53。

　　英國(guó)水研究中心［2］推薦用(3)式計(jì)算干污泥量：

　　S=2T+0.2C+1.53A+1.9F　　　　(3)

　　式中S--干污泥量,mg/L；

　　　　T--去除的原水濁度，NTU；

　　　　C--去除的原水色度，H；

A--鋁鹽混凝劑投加率(以Al₂O₃計(jì))，mg/L；

F--鐵鹽混凝劑投加率(以Fe計(jì))，mg/L。

　　美國(guó)Cornwell［3］推薦用(4)式和(5)式分別計(jì)算用鋁鹽和鐵鹽作混凝劑時(shí)的污泥產(chǎn)量：

　　 S= 8.34Q(0.26Al+SS+A)　　　　(4)

　　　　S= 8.34Q(1.9Fe+SS+A)　　　　(5)

　　式中S--干污泥量，lb/d(1 lb/d=0.453 6 kg/d)；

　　　　Q--自來(lái)水廠凈水量，mgd(1 mgd=3.785×10³ m³/d)；

　　　　Al--鋁鹽混凝劑投加率(以Al₂(SO₄)₃·14H₂O計(jì))，mg/L；

　　　　Fe--鐵鹽混凝劑投加率(以Fe計(jì)),mg/L；

　　　　SS--原水總懸浮固體，mg/L；

　　　　A--水處理中其它添加劑，mg/L。

　　同時(shí)Cornwell推薦(6)式為原水濁度T與SS關(guān)系式：

　　SS=bT　　(6)

　　式中b--SS與濁度T的相關(guān)系數(shù)；

　　　 T--原水濁度，NTU。

　　Cornwell認(rèn)為，在原水色度不高的情況下，b在0.7～2.2之間變化。綜合以上3種計(jì)算公式，可知它們均出于同一思路，具有相似的形式，都要求測(cè)定原水濁度與SS的相關(guān)關(guān)系，這主要是因?yàn)镾S的測(cè)定比較煩瑣，自來(lái)水廠一般不對(duì)原水的SS做常規(guī)分析，而對(duì)原水濁度則有每天的記錄。

2.2　混凝劑物料平衡分析法

　　該方法是根據(jù)自來(lái)水處理系統(tǒng)中混凝劑成份的物料平衡進(jìn)行分析的。無(wú)論在凈水過(guò)程中加入什么樣的混凝劑，它在水處理系統(tǒng)中的物料進(jìn)入和排出應(yīng)該是平衡的。該法第一步，分析所用混凝劑中的鋁(或鐵)的實(shí)際含量，然后計(jì)算出凈水過(guò)程中向原水加入鋁(或鐵)的投加率；第二步，獲取自來(lái)水廠原水、沉淀池排泥水、濾池反沖洗廢水和出廠水樣品，并對(duì)這些樣品進(jìn)行鋁(或鐵)含量的分析；第三步，對(duì)排泥水平行樣品進(jìn)行總懸浮固體的分析。經(jīng)過(guò)以上的分析，干污泥產(chǎn)量就可以計(jì)算出來(lái)。

　　例如，假設(shè)一個(gè)10萬(wàn)m³/d的自來(lái)水廠，由混凝劑投入原水的鋁為5 mg/L，沉淀池排泥水分析測(cè)得總懸浮固體濃度為1.0%，其中鋁的含量測(cè)得為400 mg/L。這里忽略原水、濾池反沖洗廢水和出廠水中微量鋁的影響，則每天加入凈水系統(tǒng)的鋁為： 10×10⁴×10³×5=5.0×10⁸mg/d。

　　因?yàn)榕拍嗨泻?00 mg/L的鋁，則總排泥水量為1.25×10⁶ L/d(5.0×10⁸/400)或1250 m³/d，則干污泥量為1.25×10⁴ kg/d(12.5 t/d)。

　　由于任何一種方法都難以準(zhǔn)確地確定自來(lái)水廠的干污泥量，因此建議以兩種方法所得到的結(jié)果進(jìn)行相互校核。

3　原水濁度與SS相關(guān)性分析

　　計(jì)算法是應(yīng)用較多的干污泥量確定方法，該方法需要確定原水濁度T與SS之間的相關(guān)關(guān)系。不同地域、不同水源及不同季節(jié)這個(gè)相關(guān)關(guān)系可能存在較大差異，因此建議每個(gè)自來(lái)水廠都對(duì)原水進(jìn)行濁度T與SS相關(guān)關(guān)系的測(cè)定，測(cè)定的時(shí)間應(yīng)盡可能長(zhǎng)些，有一年以上的時(shí)間跨度。測(cè)定結(jié)果可以進(jìn)行分月、分季度原水濁度T與SS相關(guān)關(guān)系分析。

　　Cornwell［4］列舉了一個(gè)濁度T與SS相關(guān)關(guān)系的例子(見(jiàn)圖1)。由圖1可知，該測(cè)定結(jié)果有較強(qiáng)的相關(guān)性。

圖1　Cornwell的原水濁度T與SS相關(guān)關(guān)系

　　圖2和圖3分別是作者對(duì)上海市A水廠和B水廠原水濁度T與SS相關(guān)性分析的結(jié)果，從圖中可以看出，自來(lái)水廠原水濁度T和SS有較好的相關(guān)性。

　　圖2　上海市A水廠原水濁度T與SS相關(guān)關(guān)系

圖3　上海市B水廠原水濁度T與SS相關(guān)關(guān)系

　　從以上圖中可以看出，不同水源水的相關(guān)關(guān)系存在較大差別。實(shí)際上，即使在同一水源，不同季節(jié)測(cè)定的相關(guān)關(guān)系也可能會(huì)有變化。

　　在測(cè)定濁度T與SS相關(guān)關(guān)系時(shí)，原水SS的測(cè)定必須認(rèn)真仔細(xì)。因?yàn)椴糠譃V紙能濾過(guò)的顆粒在混凝時(shí)則能夠從水中去除，因此有條件的地方應(yīng)采用0.45 μm的濾膜代替濾紙進(jìn)行過(guò)濾，以提高測(cè)定的準(zhǔn)確性。有很多水廠的原水濁度T和SS都很低(如湖泊、水庫(kù)水)，為了提高測(cè)定的準(zhǔn)確性，SS測(cè)定時(shí)需要采集1 L甚至幾L水樣進(jìn)行過(guò)濾。各自來(lái)水廠可以通過(guò)摸索后確定實(shí)際測(cè)定的水樣量。

　　如果原水的色度很高，對(duì)污泥產(chǎn)量會(huì)存在影響。因?yàn)榇蠖鄶?shù)原水的色度在濾紙過(guò)濾時(shí)不會(huì)被截留，而在水處理工藝中色度會(huì)被混凝、沉淀、過(guò)濾工藝去除，形成色度的物質(zhì)也會(huì)存在于污泥中。在這種情況下，計(jì)算干污泥量時(shí)應(yīng)考慮色度的影響。

4　自來(lái)水廠排泥水處理干污泥量設(shè)計(jì)值的選取

　　自來(lái)水廠干污泥產(chǎn)量隨原水濁度、處理水量、混凝劑投加率變化，因此水廠的干污泥產(chǎn)量是一個(gè)變量。那么，選擇怎樣的干污泥產(chǎn)量設(shè)計(jì)值才是經(jīng)濟(jì)合理的呢?

　　一般可以用兩種方法來(lái)確定自來(lái)水廠干污泥量設(shè)計(jì)值。一種方法是目前設(shè)計(jì)單位常采用的，就是通過(guò)試驗(yàn)分析原水濁度T和SS的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)資料分析確定原水濁度的設(shè)計(jì)值和混凝劑投加率設(shè)計(jì)值，再結(jié)合水廠規(guī)模，根據(jù)計(jì)算公式算出干污泥量設(shè)計(jì)值。用原水濁度最大值和混凝劑最大投加率對(duì)設(shè)計(jì)值進(jìn)行最不利情況校核。例如：試驗(yàn)得出B水廠原水濁度T與SS 的相關(guān)關(guān)系為：y=0.6x，考慮一定的安全系數(shù)，取濁度T和SS的比值為1∶1。該水廠原水濁度和混凝劑投加率分析分別見(jiàn)圖4和圖5。

　　圖4　B水廠原水濁度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

圖5　B水廠混凝劑投加率統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

　　從圖4可以看出，B水廠原水濁度主要分布在20～75 NTU之間，其中在40～45 NTU之間出現(xiàn)的概率最高。從累積概率曲線看，濁度65 NTU以下占近80%。因此取65 NTU作為濁度設(shè)計(jì)值。從圖5可以看出，該廠混凝劑投加率主要在12～14 mg/L之間，投加率16 mg/L以下的累積概率在75%左右，因此取16 mg/L作為混凝劑投加量設(shè)計(jì)值。由于該廠是以Al₂(SO₄)₃·18H₂O計(jì)量混凝劑投加率，它與Al(OH)₃的化學(xué)計(jì)量關(guān)系為0.234。另外，該廠去除色度約10 度，水處理規(guī)模為40萬(wàn)?m³/d，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算該廠干污泥量的設(shè)計(jì)值：

S =4.0×10 8×(0.234×16+65×1+10×0.2)÷1.0×10⁹

=28.3 t/d

　　該廠原水濁度最大值為109 NTU，混凝劑最大投加率為29.8 mg/L，則最大干污泥產(chǎn)量：

S_max =4.0×10 8×(0.234×29.8+109×1+10×0.2)÷1.0×10⁹

=47.2 t/d

　　　如果以28.3 t/d設(shè)計(jì)脫水設(shè)備，每天運(yùn)行1班，則增加1班就可滿足處理最大日污泥量的要求。

　　選取干污泥量設(shè)計(jì)值的另一種方法是根據(jù)水廠每天的處理水量、原水平均濁度及當(dāng)天的混凝劑投加率，計(jì)算出每天的干污泥產(chǎn)量。然后對(duì)一定時(shí)間內(nèi)日干污泥產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就可以得到：平均每天的干污泥產(chǎn)量；最高日的干污泥產(chǎn)量；出現(xiàn)概率最高的干污泥產(chǎn)量范圍。

　　如果脫水設(shè)備正常情況下每天運(yùn)行1班，則干污泥產(chǎn)量設(shè)計(jì)值可以依據(jù)以下原則選取：

　　(1)該設(shè)計(jì)值必須大于平均每天的干污泥產(chǎn)量；

　　(2)該設(shè)計(jì)值要大于最高日干污泥產(chǎn)量的1/3；

　　(3)該設(shè)計(jì)值應(yīng)不小于概率最高的干污泥日產(chǎn)量范圍。

　　依據(jù)這三條原則確定的干污泥量設(shè)計(jì)值，當(dāng)干污泥產(chǎn)量在最大概率的污泥日產(chǎn)量以下時(shí)，可以使污泥脫水在正常運(yùn)行模式下完成。當(dāng)干污泥產(chǎn)量超 過(guò)設(shè)計(jì)值時(shí)，可以通過(guò)以下途徑解決：

　　(1)增加污泥脫水設(shè)備運(yùn)行班次，直至每天24 h運(yùn)行；

　　(2)通過(guò)排泥水處理工藝系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)池貯存過(guò)量的污泥。

　　例如B水廠日干污泥產(chǎn)量分析見(jiàn)圖6，其平均干污泥產(chǎn)量為12.66 t/d，最大干污泥產(chǎn)量為30.94 ?t/d。　?

　　圖6　B水廠干污泥日產(chǎn)量分析結(jié)果

　　從圖6可以看出，該廠干污泥日產(chǎn)量出現(xiàn)概率最高為8～10 t/d，有90%的概率是在18 t/d以下，如果選取18 t/d作為干污泥日產(chǎn)量的設(shè)計(jì)值完全符合上述選取原則，也可以滿足處理要求。需要說(shuō)明的是，以上所舉兩例，前一種方法計(jì)算干污泥量時(shí)每天的處理水量是以40萬(wàn)m ³/d進(jìn)行計(jì)算的，后一種方法是以每天實(shí)際處理水量來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，由于實(shí)際處理水量不到40萬(wàn)m³/d，因此兩者所選取的值差別較大。比較以上兩種方法所得到的結(jié)果可知，前一種方法偏于安全。

　　上述方法確定的干污泥量設(shè)計(jì)值，既能保證排泥水處理的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又充分考慮了利用排泥水處理運(yùn)行模式可挖掘的潛力，是經(jīng)濟(jì)可行的選取方法。

5　結(jié)論

　　(1)實(shí)施自來(lái)水廠排泥水處理工程，確定經(jīng)濟(jì)合理的污泥產(chǎn)量十分重要。

　　(2)污泥量確定包括排泥水量和干污泥產(chǎn)量，排泥水量決定排泥水處理工程中濃縮池規(guī)模，干污泥量則決定脫水設(shè)備規(guī)模。

　　(3)排泥水量需根據(jù)自來(lái)水廠沉淀池排泥方式和濾池反沖洗方式確定，相對(duì)較容易。

　　(4)干污泥量可用計(jì)算法和物料平衡分析法進(jìn)行確定，其中計(jì)算法使用較多。建議用兩種方法所得到的結(jié)果進(jìn)行相互校核。

　　(5)計(jì)算法要求分析自來(lái)水廠原水濁度T與SS的相關(guān)性。研究表明，同一水源濁度T與SS均有一定的相關(guān)性，但不同水源間這一相關(guān)關(guān)系差別較大，因此每一水廠都應(yīng)進(jìn)行原水濁度T與SS相關(guān)性的分析。

　　(6)干污泥量設(shè)計(jì)值的選取有兩種方法，一種方法是先選取原水濁度的混凝劑投加率的值，然后進(jìn)行計(jì)算獲得；另一種方法是先計(jì)算出一定時(shí)間范圍內(nèi)水廠每天的干污泥產(chǎn)量，然后分析得出干污泥產(chǎn)量設(shè)計(jì)值。前一種方法偏安全。

　　參考文獻(xiàn)

1　日本水道協(xié)會(huì).水道設(shè)施設(shè)計(jì)指南·解說(shuō).1990
2　英國(guó)水研究中心.九十年代污泥處理手冊(cè).1992
3　Cornwell D A. Management of Water Treatment Plant Sludges.In:Sludge and Its Ultimate Disposal,Ann Arbor Science,1981