水厂排泥水斜管混凝沉降浓缩生产性试验研究

魏月华， 肖 峰， 徐中惠， 崔广宏

(天津市自来水集团限公司 凌庄水厂， 天津 300000)

引滦水为典型的低温低浊高藻水库水，有机质较高。基于引滦水源水质而设计建成投产的某水厂污泥处理系统采用了两级污泥浓缩工艺(斜管浓缩池和成套气浮浓缩池)，以提高污泥浓缩效果，该水厂原水改为南水北调引江水后原有污泥处理工艺的处理效果不理想。

气浮浓缩法一般用于高有机质活性污泥以及密度低的亲水性无机污泥，并需投加一定的高分子聚合物，但浓缩后泥渣浓度较低，对脱水机械的要求较高。另外，气浮浓缩法耗能较多，日常运行维护费用较高，也失去了浓缩池池容对污泥泥量变化的调节作用，对短时高浊度冲击负荷的适应能力较差。该水厂净水工艺中采用斜管(斜板)沉淀池，净水混凝剂以铁盐为主，其排泥水的斜管浓缩效果较好，但后续的气浮浓缩效果一般且能耗较高。

在排泥水浓缩脱水处理生产实践中发现，一年中部分时间水厂净水工艺为应对原水水质变化而加投聚合氯化铝，其沉淀池排泥水较轻且不易沉降，出现斜管沉降浓缩池排泥上返、出水浊度升高、出泥浓度较低现象。不经气浮的再次浓缩便无法通过离心机直接处理，同时气浮池的再次浓缩操作，不仅工艺重叠，而且导致较多药剂、电力、人力等消耗。

在斜管沉淀池进泥管道上进行加药混凝处理，一方面能够降低上清液出水浊度，提高斜管出泥浓度；另一方面有助于简化污泥处理流程，省去气浮池的处理工艺，使离心机能直接处理斜管的出泥，进而达到节省电耗、药耗的目的。笔者以该水厂排泥水浓缩处理工艺作为研究对象，通过对排泥水进行混凝剂筛选实验，确定混凝药剂种类、投加量和投加方式，并依据所获得的参数进行水厂排泥水斜管混凝沉降浓缩生产性试验研究。

1 试验设备与装置

采用HANNA HI93703-11便携式浊度计测定浊度，测量范围包括(0～50.00) 和(50 ～1 000)NTU，自动量程识别，测量精度为±0.5 NTU或读数的±5%；采用BBS-200C便携式污泥浓度计检测污泥浓度，量程为9 999 mg/L或30 g/L，分辨率为5 mg/L或0.01 g/L，精度为1% FS。

混凝实验在MY3000-6D六联混凝试验搅拌器上进行。斜管混凝沉降浓缩生产性试验新建1间加药间，增设的混凝剂投加系统包括计量泵3台、储药罐1个、流量计1台、雷达液位计1台。水厂斜管沉淀池共2座，单池尺寸为20.2 m×8.2 m，澄清区面积为2 012.96 m2。

2 混凝实验

2.1 静态混凝实验

实验选择水厂正在使用的三氯化铁、聚合氯化铝、铁铝混合液进行排泥水混凝沉降静态实验，污泥初始浓度为1.86 g/L，未加药沉淀后上清液浊度为19.7 NTU，沉淀后上清液浊度为10.5 NTU，投加不同混凝剂后对应的上清液浊度见表1。

表1 静态混凝实验结果Tab.1 Static experiment results of coagulation

三氯化铁投加量大于0.1 g/L时，出水上清液浊度小于10 NTU。三氯化铁对浊度的去除效果最好，投加量最少。根据混凝絮体大小、絮体紧密程度、絮体沉降速度、沉降比、上清液浊度、药剂成本、药剂投加方便程度，综合判断三氯化铁为最佳混凝剂。

2.2 动态斜管沉淀试验

开展动态斜管沉淀池混凝剂投加试验，其中进泥量为350，400和500 m3/h时，自然沉降条件下上清液出水浊度分别为21.5，17.1和7.29 NTU，对应的三氯化铁投加量分别取0.2，0.2和0.1 g/L。不同斜管沉淀池进泥量下斜管沉淀池放泥时间均控制在90 s/h，反应不同时间后上清液浊度和斜管沉淀池出泥浓度见表2，其中进泥量为500 m3/h时因加药后上清液浊度较小，实验只进行了4 h。

表2 不同进泥量斜管沉淀池混凝试验结果Tab.2 Coagulation experimental results of inclined tube sedimentation tank with different mud intake

动态试验表明，斜管沉淀池三氯化铁混凝投加量为0.1～0.2 g/L时，斜管混凝沉降效果最好，出水浊度较低，浊度去除率达到70%以上，出泥浓度可达7～9 g/L。

2.3 投加方式

原则上药剂溶液投加到待处理水中需要适当的设备，投药设备需要按原水中应投的药剂剂量准确控制药液流量，并根据原水水量和水质的变化随时调节。药液的投配要求计量准确，调节灵活，设备简单，操作方便。

混凝剂常见的投加方式有重力投加、压力投加、虹吸投加，见表3。

表3 投加方式分析比较Tab.3 Analysis and comparison of dosing type

技术比较表明，计量泵不受加药点位置高低及管道压力限制，可确保加药量并实现加药量的自动控制，是首选的混凝剂投加方式。

3 生产性试验

3.1 斜管混凝剂加药间设计

依据静态、动态混凝沉淀实验结果，设计采用三氯化铁为混凝剂，投加量取0.1～0.2 g/L，进泥量按300 m3/h，进泥浓度按1.0～1.5 g/L计，斜管沉淀池混凝剂投加点见图1。

图1 斜管沉淀池混凝剂投加点Fig.1 Coagulant dosing point of inclined tube sedimentation tank

新建的斜管混凝沉淀加药间见图2，设计采用隔膜计量泵为投加设备，依据药剂投加流量设计选用计量泵3台(互为备用，最多使用2台)，冲程手动调节，参数如下：Q=85 L/h，P=7 bar，N=0.37 kW(使用2台)；Q=50 L/h，P=7 bar，N=0.37 kW(使用1台)。

储药设备采用1个HDPE材质储药罐，Ф=1 600 mm，H=2.55 m，有效容积为4.0 m3。选用1台卸药泵，Q=30 m3/h，H=10 m，N=1.5 kW。

图2 加药间Fig.2 Dosing room

3.2 排泥水处理改造工艺流程

改造前污泥处理由排水池、调节池、斜管沉淀池、均衡池、絮凝装置、气浮装置、脱气池、加药装置、离心脱水机等组成。生产性试验技术改造中，在斜管沉淀池前增加了三氯化铁混凝剂投加系统，并在均衡池与脱气池之间加装了一根超越管道(图3)，使排泥水在斜管沉淀池混凝浓缩处理后，不经气浮加药浓缩直接进离心机进行脱水处理。图4所示为改造前后排泥水处理工艺流程。

3.3 生产性试验

当进泥量为350 m3/h，进泥浓度为1.78 g/L，药剂投加量取0.2 g/L，斜管沉淀池放泥时间控制在90 s/h，进行斜管混凝沉降浓缩生产性试验。从图5可以看出，斜管沉淀池出水浊度均小于10 NTU，排泥浓度大都高于7 g/L，排泥水斜管混凝沉降浓缩效果良好。

图3 均衡池与脱气池之间的连通管Fig.3 Connecting pipe between equalization tank and degassing tank

图4 排泥水处理改造前后工艺流程Fig.4 Process flow before and after sludge water treatment

图5 斜管混凝沉降浓缩生产性试验结果Fig.5 Production test results of inclined tube coagulation sedimentation and concentration

由表4、表5可知，三氯化铁混凝处理后，斜管浓缩池出泥浓度达9 g/L以上(湿泥采样体积为100 mL)，脱水污泥(泥场采样)含固率达19%以上，斜管混凝浓缩出泥可直接经离心机脱水处理，脱水污泥含固率可满足工艺要求。

表4 均衡池污泥检测结果Tab.5 Sludge test results of equalization tank

表5 脱水污泥检测结果Tab.5 Test results of dewatered sludge

4 经济分析

4.1 自然沉降斜管浓缩能耗药耗计算

污泥车间气浮池共计3台，每台能耗为8.25 kW；PAM加药泵共计4台，能耗约为0.37 kW。按照每天关停气浮池2台，关停PAM加药泵2台，关停时间为10 h计算，每天共计节电172.4 kW·h，通过气浮池过桥，还能节约大量药剂和水。加药泵按照700 L/h投加、每天开启10 h计算，每天节约药剂(PAM)约21 kg，节水14 m3/h。改造前后药耗和电耗统计对比见表6，改造完成后药耗平均减少了48.95%，电耗平均下降了21.35%。

表6 改造前后药耗和电耗对比Tab.6 Comparison of drug and energy consumption before and after renovation

4.2 混凝沉降斜管浓缩能耗药耗计算

排泥水斜管混凝沉降处理后，增加的能耗和药耗费用主要为加药计量泵电费和三氯化铁费用，每天开启10 h，每年时长约为120 d。

加药泵功率为0.37 kW/h，电价为0.75元/(kW·h)，计算得到每年增加电费约333元；进泥量取300 m3/h，三氯化铁价格为950元/t，计算得到最小加药量(40 g/L)、平均加药量(100 g/L)和最大加药量(200 g/L)下，每天的总加药量分别为120,300和600 kg，每年所增加的药耗总费用分别为13 680，34 200和68 400元。

4.3 能效计算

小试和实际生产均表明，投加三氯化铁后省掉了气浮池的浓缩过程，出泥浓度达到离心机直接处理的要求，出水上清液浊度最高可降低83%，斜管沉淀池出泥浓度提高54%。

经济效益方面，省去气浮池浓缩处理后，不仅水质达到了要求，而且全年因停开气浮池节省药剂费13.5万元，节约电费8万元，节约维修费用和更新设备费用5万元及其他人力成本等费用合计26.5万元。因斜管混凝沉降浓缩增加的药剂费约3.42万元(以平均加药量计)，增加的电费约为0.0333万元，两项合计增加的费用约为3.45万元。

技术改造后每年节省各种费用约为23.05万元。

5 结语

对斜管混凝沉淀适宜的混凝剂种类、投加量和投加方式进行了中试和生产性试验，通过在斜管沉淀池进泥管道上进行加药混凝处理，获得了关键技术数据，斜管上清液出水浊度降低，斜管出泥浓度提高，省去气浮池污泥浓缩处理过程，斜管沉淀池出泥直接进离心机脱水处理，达到了节省电耗、药耗的目的。