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        金海水廠排泥水處理系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

        2018-04-02 11:44:30朱力平
        凈水技術(shù) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:清液泥水燒杯

        朱力平

        (上海浦東威立雅自來水有限公司,上?!?00127)

        上海浦東威立雅自來水有限公司金海水廠位于浦東曹路地區(qū),目前供水規(guī)模為40萬m3/d。金海水廠是浦東的內(nèi)陸水廠,生產(chǎn)排放水排入周邊的小河道——盛家浜,水廠又是ISO14001環(huán)境體系的認(rèn)證單位,生產(chǎn)廢水的合格排放是對(duì)社會(huì)環(huán)境保護(hù)的一份責(zé)任和承諾。

        根據(jù)《上海市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/199—2009),水廠排放水的主要污染指標(biāo)SS應(yīng)小于50 mg/L。浦東環(huán)保部門又對(duì)金海水廠排放水的總量作了限定,規(guī)定每日的排放水總量不得超過1 000 m3。

        水廠排泥水中的污泥主要由原水中的泥沙、腐殖質(zhì)、藻類等懸浮雜質(zhì)和水廠投加的絮凝劑、助凝劑組成[1]。金海水廠排泥水處理系統(tǒng)自2011年投入運(yùn)行后,斜板濃縮池運(yùn)行遇到過很多問題,特別是冬季溫度較低、藻類含量較高的時(shí)候,澄清池排泥水濃度約在1%~2%,無法滿足沉降需求,濃縮池上清液無法保持穩(wěn)定,有時(shí)甚至出現(xiàn)翻泥現(xiàn)象,嚴(yán)重影響排放水水質(zhì)。不合格的排放水直接排入水體,將導(dǎo)致河道、湖泊淤積,可能使河床或湖底抬高,影響防洪和航運(yùn),并對(duì)水體造成污染[2]。為確保金海水廠排放水水質(zhì),水廠排泥水處理系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化工作亟待開展。

        金海水廠排泥水處理系統(tǒng)主要由預(yù)濃縮池、排泥水調(diào)節(jié)池、斜板濃縮池、污泥平衡池及脫水機(jī)房幾個(gè)部分組成,如圖1所示。

        圖1 金海水廠工藝流程圖

        水廠排泥水處理設(shè)施主要處理Multiflo高密度澄清池排泥水和TGV砂濾池反沖洗廢水。原設(shè)計(jì)考慮到兩種廢水的性質(zhì)差別較大而采用不同工藝,其中澄清池排泥水濃度較高(1%~2%),經(jīng)排泥水調(diào)節(jié)池提升至濃縮池濃縮后可將泥水濃縮至3%左右,以滿足離心脫水的進(jìn)料要求;而TGV濾池反沖洗廢水濃度較低,需進(jìn)行預(yù)濃縮減量,其預(yù)濃縮后的泥水與澄清池排泥水一并在排泥水調(diào)節(jié)池混合,并提升至濃縮池進(jìn)行二次濃縮。預(yù)濃縮上清液回用至澄清池配水井處。濃縮池上清液達(dá)標(biāo)排放至盛家浜。

        2013年1月起,公司運(yùn)營(yíng)部和生產(chǎn)技術(shù)部配合金海水廠對(duì)污泥系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)研,開展了各項(xiàng)試驗(yàn),其中包括:(a)污泥燒杯試驗(yàn)和沉降試驗(yàn),包括投加混凝劑PAC和PAM,降低污泥濃度;(b)不同處理方式及不同水源的排泥水沉降試驗(yàn);(c)生產(chǎn)性試驗(yàn),包括投加PAM、污泥混合反沖洗廢水、減少濃縮池水力負(fù)荷、調(diào)整排泥方式和時(shí)間。

        1 污泥燒杯試驗(yàn)和沉降試驗(yàn)

        1.1 排泥水燒杯試驗(yàn)

        試驗(yàn)器材:ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)。

        參數(shù)設(shè)定:快速混合2 min,慢速混合20 min,沉淀10 min。排泥水加PAC和PAM的燒杯試驗(yàn)結(jié)果分別如表1和表2所示。

        表1 排泥水中加PAC的燒杯試驗(yàn)

        由表1可知,排泥水中加入PAC(堿鋁)后,初始沉淀效果不明顯,且PAC對(duì)排泥水的濃縮效果有限,加大投量后反而引起上清液濁度的升高。

        由表2可知,投加PAM可改善污泥初始沉淀效果及上清液濁度,排泥水經(jīng)濃縮池上清液或?yàn)V池反沖洗廢水稀釋后,沉降效果更加佳,上清液濁度更好。從現(xiàn)場(chǎng)可操作性來看,如有條件,用大量濃度較低的預(yù)濃縮池排泥水稀釋澄清池排泥水,后加PAM進(jìn)濃縮池進(jìn)行污泥濃縮,效果更好。

        表2 排泥水直接加PAM和排泥水稀釋后加PAM的燒杯試驗(yàn)

        1.2 排泥水沉降試驗(yàn)

        為了進(jìn)一步確認(rèn)金海水廠排泥水的特性,2013年2月公司運(yùn)營(yíng)部和生產(chǎn)技術(shù)部在金海水廠的配合下進(jìn)行了排泥水沉降試驗(yàn)。試驗(yàn)器材:1 L量筒,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

        圖2 排泥水稀釋后投加不同劑量PAM的效果比較

        由圖2可知,泥水界面清晰,泥水分離清況良好。PAM投加有助于污泥初始沉降:前3 min,PAM投加劑量分別為2、4、6 mg/L的三個(gè)量筒的泥水分離速度是PAM投加劑量為0.5 mg/L和1 mg/L的兩個(gè)量筒的3倍,投加劑量為2 mg/L時(shí)效果最佳;但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間沉降后,未投加PAM的污泥沉降效果反而略好于投加PAM的污泥。

        由圖3可知,低濃度排泥水的自然沉降速度比高濃度排泥水快。

        圖3 澄清池排泥水和稀釋后的混合排泥水的自然沉降效果對(duì)比

        濃度為1.06%的Multiflo澄清池排泥水自然沉降2 h后泥水界面在970 mL處;澄清池排泥水經(jīng)稀釋后的混合泥水(濃度為0.37%)自然沉降2 h后泥水界面在750 mL處。

        由圖4可知,投加PAM有助于提高初始沉降速度,但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間濃縮后,其結(jié)果與未投加PAM的情況相近。初始沉降速度的快慢決定了泥水分離的效果,從某種意義上也決定了上清液的排放水質(zhì)。

        圖4 不同濃度的排泥水投加不同劑量PAM后的沉降效果比較

        1.3 PAM對(duì)污泥濃縮的影響試驗(yàn)

        為確認(rèn)PAM對(duì)污泥濃縮的影響,PAM供貨商于2013年2月6日至金海水廠進(jìn)行不同型號(hào)(陰離子、陽離子)及不同投加量的PAM燒杯試驗(yàn),部分試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 不同型號(hào)PAM的燒杯試驗(yàn)(污泥濃度為0.28%)

        注:絮團(tuán)大小和沉降速度從大到小依次為“+++”>“++-”>“++”>“+-”>“+”

        由表3可知,陰離子產(chǎn)品AN910SEP和陽離子產(chǎn)品FO4190SH在不同的投加量下效果差異不大,F(xiàn)O4190SH的效果略好于AN910SEP。投加量對(duì)沉降效果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絮凝劑種類的影響,適當(dāng)提高投加量會(huì)帶來更好的絮凝效果、更大的絮團(tuán)、更快的初始沉降速度。

        考慮到水流沖擊可能會(huì)破碎已經(jīng)形成絮團(tuán),因此加入破碎試驗(yàn),以200 r/min的轉(zhuǎn)速破碎30 s,發(fā)現(xiàn)高投加量下形成的絮團(tuán)的耐破碎性更好。

        2 不同污泥處理方式及不同水源下的污泥沉降性能試驗(yàn)

        金海水廠和臨江水廠均采用青草沙原水,但是污泥處理方式不同,金海水廠采用澄清池排泥水與反沖洗廢水分別處理,臨江水廠采用沉淀池排泥水和反沖洗廢水混合處理。臨江水廠濃縮池進(jìn)泥濃度非常低,濃縮池運(yùn)行良好,上清液濁度低于10 NTU,濃縮污泥濃度大于3%。

        考察了閔行水廠的污泥處理系統(tǒng)。閔行水廠采用黃浦江原水,同樣采用沉淀池排泥水與反沖洗水分別處理的工藝,發(fā)現(xiàn)閔行水廠沉淀池排泥水的沉降性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于金海水廠澄清池排泥水,可能是由黃浦江原水的泥沙型特性決定的。

        由實(shí)驗(yàn)室對(duì)金海水廠污泥系統(tǒng)的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果可知,金海水廠澄清池排泥水主要含有大量金屬離子(混凝劑)。同時(shí)在2013年3月14日的藻類檢測(cè)中發(fā)現(xiàn),澄清池排泥水中含有大量的硅藻,并且通過燒杯試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),由于藻類上浮的特性,排泥水很難沉降。

        3 金海水廠污泥系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)整

        根據(jù)排泥水燒杯試驗(yàn)和排泥水沉降試驗(yàn)的結(jié)果,金海水廠對(duì)排泥水處理系統(tǒng)的運(yùn)行作了針對(duì)性的調(diào)整。

        3.1 投加適量PAM,稀釋澄清池排泥水,降低濃縮池運(yùn)行負(fù)荷

        (1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,將濃度較低的預(yù)濃縮池排泥水連續(xù)排入排泥水調(diào)節(jié)池以稀釋澄清池排泥水的濃度,并混入離心脫水機(jī)分離液,稀釋后的排泥水在濃縮池得到快速且充分的沉降分離,濃縮池排泥濃度>3%,滿足進(jìn)離心機(jī)脫水的要求。

        (2)濃縮池投加4~5 mg/L的PAM,雖然PAM的投加量較高,但是經(jīng)公司水質(zhì)中心檢測(cè),上清液中丙烯酰胺單體的濃度均在0.15 μg/L以下,不會(huì)對(duì)盛家浜水體造成安全影響。

        (3)濃縮池改變?cè)械呐拍喾绞?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,可提高污泥濃度并防止堵塞,運(yùn)行下來效果良好。

        (4)經(jīng)常測(cè)定濃縮池污泥位,防止泥位過高而影響上清液水質(zhì)。

        (5)降低濃縮池運(yùn)行負(fù)荷,調(diào)整濃縮池的進(jìn)水流量由原來的130 m3/h降到90 m3/h,濃縮池的上升流速由0.180 mm/s降低到0.128 mm/s,污泥負(fù)荷由4.49 kg/(m2·h)降至3.11 kg/(m2·h),使泥水得到更好的分離。

        (6)由長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出:澄清池排泥水(濃度為1%~2%)經(jīng)預(yù)濃縮池排泥水稀釋后,SS達(dá)到4 500~5 500 mg/L時(shí)再經(jīng)濃縮池濃縮,能達(dá)到較好的泥水分離效果。所以水廠在排泥水調(diào)節(jié)池內(nèi)安裝了SS儀,可以在線監(jiān)測(cè)排泥水調(diào)節(jié)池的SS。根據(jù)SS的數(shù)值反饋控制預(yù)濃縮池排放閥門的自動(dòng)啟停,使排泥水調(diào)節(jié)池的SS一直保持在4 500~5 500 mg/L,確保濃縮池的泥水分離效果。為保證在線SS儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正確性,水廠定期安排維護(hù)人員對(duì)SS儀進(jìn)行校準(zhǔn),并對(duì)儀器探頭進(jìn)行沖洗保養(yǎng)。

        (7)運(yùn)行結(jié)果:濃縮池上清液濁度較低,泥水分離效果較好,濃縮池集水槽無翻泥現(xiàn)象,SS<50 mg/L,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),濃縮池濃縮污泥濃度近3%~5%,滿足離心脫水的條件。

        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年來最強(qiáng)的寒潮,氣溫達(dá)到了-7~-8 ℃,原水水溫也下降到了罕見的3 ℃左右,水處理線混凝沉淀的效果較差,沉后水濁度上升,濾池去除率也下降,直接影響了出廠水的水質(zhì),再加上寒潮期間管網(wǎng)爆管事件很多,水量需求特別大,水廠基本達(dá)到滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。面對(duì)這種惡劣情況,水廠只有增大混凝劑和PAM的投加量,才能確保出廠水水質(zhì)。為此,PAM投加劑量由原來的0.2 mg/L增大到0.38 mg/L,造成澄清池排泥水濃度上升至3%~5%,需要用大量的預(yù)濃縮池排泥水稀釋,才能使SS達(dá)到4 500~5 500 mg/L,從而滿足濃縮池泥水沉降的條件。這樣既浪費(fèi)了大量的回用水量,又增加了濃縮池上清液的排放量,使排水量很有可能超過環(huán)保部門規(guī)定的日排放總量(1 000 m3/d)。

        針對(duì)此問題,水廠技術(shù)人員及公司技術(shù)部認(rèn)為澄清池排泥水濃度已達(dá)到3%~5%,滿足直接進(jìn)離心機(jī)脫水的條件,可以通過一根澄清池至平衡池的超越管直接進(jìn)離心脫水。2016年6月臨時(shí)超越管鋪設(shè)完成并順利運(yùn)行。當(dāng)澄清池排泥水濃度過高時(shí),可隨時(shí)切換至超越管運(yùn)行。切換至超越管后,澄清池排泥水不進(jìn)濃縮池而是進(jìn)平衡池,從而直接進(jìn)

        離心機(jī)脫水,之前用來稀釋澄清池排泥水的預(yù)濃縮排泥水的大量水量則不需要了。水廠排放水量減少,回用水量增加,排放水達(dá)標(biāo)排放。

        4 結(jié)論

        根據(jù)金海水廠排泥水試驗(yàn)和排泥水處理系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行試驗(yàn)的結(jié)果,可得出以下初步結(jié)論。

        (1)與黃浦江水源相比,以青草沙水源為原水的濃度為1%~2%的排泥水不容易沉降,特別是在低溫和藻類暴發(fā)期間,排泥水更不容易沉降。

        (2)與相同原水的臨江水廠相比,低濃度的排泥水更有利于污泥處理系統(tǒng)運(yùn)行,濃縮池上清液也可以達(dá)標(biāo)排放。

        (3)投加PAM可提高初始泥水分離速度,不同型號(hào)的PAM對(duì)污泥沉降效果的影響不大,投加量對(duì)沉降效果的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絮凝劑種類的影響。

        (4)利用預(yù)濃縮池排泥水稀釋澄清池排泥水可以得到理想的分離效果,可使?jié)饪s池上清液達(dá)標(biāo)排放,濃縮污泥滿足進(jìn)離心機(jī)的條件。

        (5)提高澄清池排泥水的濃度至3%~5%,通過澄清池排泥水超越管進(jìn)平衡池,從而直接進(jìn)離心機(jī)脫水,可以減少排放水量,增加回用水量,且污泥進(jìn)離心機(jī)也能滿足濃度要求。

        [1]王勤華,賀俊蘭.凈水廠產(chǎn)泥量的確定和相關(guān)參數(shù)的選擇[J].中國(guó)給水排水,2002,18(8):64-66.

        [2]許建華.自來水廠排泥水處理技術(shù)的若干問題[J].中國(guó)給水排水,2001,17(12):25-27.

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