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        水廠沉淀池排泥水含固率檢測方法探究

        2020-07-06 09:31:28張韻瑜梁翡玨肖丹林顯增
        生物化工 2020年3期
        關鍵詞:蒸發(fā)皿泥水沉淀池

        張韻瑜,梁翡玨,肖丹,林顯增

        (佛山市禪城區(qū)供水有限公司,廣東佛山 528000)

        沙口水廠的沉淀池由于設備老舊、工藝落后等原因,需要進行升級改造。通過對沉淀池內(nèi)的排泥設備、配水墻、導流墻及集水槽進行改造,優(yōu)化沉淀池工藝參數(shù),提高沉淀池排泥水(簡稱排泥水)處理效果,從而降低能耗。沉淀池改造效果的主要驗收標準為排泥水的含固率。

        沙口水廠位于廣東省佛山市,水源水取自北江支流東平河,水源水質(zhì)處于地表水Ⅱ~Ⅲ類標準內(nèi)。排泥水成分包括水、水源水經(jīng)過混凝沉淀后形成的沉淀物、泥沙、懸浮物、膠體物質(zhì)、有機物、微生物及殘余的混凝劑等。由于排泥水成分復雜,根據(jù)GB/T 5750.4-2006《生活飲用水標準檢驗方法:感官性狀和物理指標》(簡稱《生活飲用水標準》)中溶解性總固體的測定稱量法[1]和《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版的殘渣測量方法[2],對排泥水含固率檢測方法及取樣數(shù)量進行探究。

        1 材料與方法

        1.1 實驗材料與儀器

        100 mL蒸發(fā)皿;100 mL小燒杯;水浴鍋上海精宏XMTD-8222;中速定量濾紙及配套濾器;電恒溫烘箱上海精宏DHG-916A;玻璃干燥器;電子分析天平sartorius BSA124S-CW(感量 0.1 mg)。

        1.2 排泥水現(xiàn)狀

        實驗期間,東平河處于枯水期,水體濁度主要由有機物和水中懸浮物所致。如圖1所示,水源水濁度最高值達到27.8 NTU,最低值為10.2 NTU,平均濁度在 15.8 NTU 左右。

        目前,水廠使用虹吸式排泥車進行排泥。排泥車行走速度快,容易帶起底部礬花,同時造成礬花破體,大量破體礬花浮于水面,導致排泥水平均含固率僅為1%左右。根據(jù)資料所得[3-4],南方一給水廠排泥水污泥中含有大量的藻類以及有機物,污泥中有機物質(zhì)量分數(shù)在30%左右。據(jù)此可知,沙口水廠枯水期排泥水可能也含有部分有機物和少量泥沙。以下針對此排泥水進行試驗。

        圖1 2019年第四季度水源水濁度

        1.3 檢測方法的優(yōu)化

        根據(jù)《生活飲用水標準》中溶解性總固體的測定稱量法,結合排泥水的性質(zhì),設定了3種檢測方法,見表1。

        《生活飲用水標準》和《水和廢水監(jiān)測分析方法》提供的2種溫度分別是(105±3)℃和(180±2)℃。有機物在(180±2)℃下進行烘干會揮發(fā)逸失,而排泥水含部分有機物,此溫度下進行烘干會影響檢測數(shù)據(jù)的準確性。因此,實驗選擇(105±3)℃作為烘干溫度。

        排泥水中的有機物含有破體礬花和藻類。水樣靜置后,密度小于水的破體礬花和藻類會懸浮于水面。為避免將懸浮物過濾除去,從而影響實驗結果,方法1和方法2均采用不過濾水樣上清液的操作。

        從減少工作量的角度出發(fā),方法2減少樣品量,并采取直接烘干的操作。排泥水的含水率高,方法3先使用直接過濾的操作,過濾掉樣品中大部分的水分,后烘干濾后固體。

        1.3.1 檢測容器

        通過對3種方法中的容器進行空白烘干對比實驗,選擇出適合排泥水含固率檢測的實驗容器。(1)將燒杯、蒸發(fā)皿和濾紙分別放入電恒溫烘箱中,在(105±3)℃條件下進行烘干處理;(2)烘干至設定的溫度后將燒杯、蒸發(fā)皿和濾紙分別放入干燥器冷卻,冷卻后稱重,記為m1;(3)第2次烘干30 min,冷卻后稱量,記為m2,如此類推,第三、四、五次分別記為m3、m4、m5。

        1.3.2 方法精密度

        方法1與方法2均使用稱重法,根據(jù)資料顯示[5],重量分析法的相對誤差較少,準確度高,但是其靈敏度較低。對方法1與方法2進行精密度對比實驗,進而選擇出排泥水含固率檢測的最優(yōu)方法。分別取同一水樣于5個蒸發(fā)皿中和5個100 mL燒杯中進行平行測試(n=5)。

        1.4 取樣數(shù)量的確定

        排泥水含固率作為沉淀池改造效果的主要驗收標準,了解排泥水含固率的變化情況有助于了解沉淀池的改造效果。如圖2所示,水廠沉淀池目前共設置6個排泥水取樣點,排泥車在各取樣點的排泥時間均為1 min。根據(jù)實際生產(chǎn)情況,設定2種取樣方法。(1)三點取樣法:在各個取樣點排泥過程中,前、中、后 3 段(10 s、30 s和 50 s)各取一個水樣,每個水樣取500 mL;(2)六點取樣法:在各個取樣點排泥過程中,每隔 5 s(5 s、15 s、25 s、35 s、45 s和 55 s)取一個水樣,每個水樣取500 mL,共取6個樣。

        表1 排泥水含固率檢測方法

        圖2 水廠沉淀池排泥水取樣點

        2 結果與分析

        2.1 容器的空白烘干對比實驗

        從表2可以看到,燒杯和蒸發(fā)皿在第3、第4次冷卻后的重量差值(m3-m4)已小于 0.000 4 g;而濾紙5次稱重結果變化較大,且m4與m5之間的恒重允差值為0.004 5 g。燒杯和蒸發(fā)皿均符合《生活飲用水標準》對容器的要求,而濾紙吸濕性好,經(jīng)干燥的濾紙在稱量期間會吸收空氣中的水分,導致重量變化較大,會影響排泥水含固率檢測的結果。分析認為應選擇性質(zhì)穩(wěn)定、耐熱性好的容器進行排泥水含固率檢測,故宜選用方法1的燒杯和方法2的蒸發(fā)皿。

        表2 容器的空白烘干對比實驗

        2.2 精密度對比實驗

        精密度分析結果如表3所示。方法1與方法2檢測出的水樣平均含固率值接近,但對比兩者標準偏差與精密度,方法1得出的數(shù)據(jù)誤差更小,精密度更好,更適用于排泥水含固率的檢測。因此,采用方法1作為排泥水含固率的最終檢測方法。

        表3 精密度分析

        2.3 取樣點數(shù)量對比實驗

        如圖3所示,兩種方法呈現(xiàn)該段排泥水含固率變化情況的差別較大。三點取樣法得出的曲線說明該段排泥水的含固率逐步下降;而六點取樣法得出的曲線說明該段排泥含固率先下降后回升。排泥水水樣為非均勻溶質(zhì)混合液體,水樣的含固率存在波動是正?,F(xiàn)象。

        三點取樣法的優(yōu)點在于取樣的工作量小,后續(xù)的驗收工作量也小,不容易受到時間、人力、實驗室條件等的限制;缺點在于取樣數(shù)量較小,難以獲得清晰的含固率變化情況。六點取樣法的優(yōu)點在于取樣的數(shù)量較多,排泥水含固率的變化較清晰,更接近真實;缺點在于取樣數(shù)量過高,會導致后續(xù)的驗收工作量過大,需要投入較大的人力、物力,對于常規(guī)的水廠來說,實驗條件也會有所限制,不適合作為通用的排泥水含固量檢測取樣方法進行推廣。結合沙口水廠的實際生產(chǎn)情況和實驗條件,排泥水含固率檢測的取樣方法采用六點取樣法。

        圖3 不同取樣方法下水樣含固率變化對比圖

        4 結論

        由試驗可知,為了更精準地測出水廠沉淀池排泥水的含固率,應選用性質(zhì)穩(wěn)定的容器進行含固率檢測的烘干操作,并選取精密度更好的實驗方法。在此前提下,謹慎減少水樣的數(shù)量,因為數(shù)量過小易增加實驗數(shù)據(jù)的誤差,降低數(shù)據(jù)的可信性。由于不同水廠的排泥水性質(zhì)有所不同,應結合各水廠的原水情況、生產(chǎn)情況和實驗條件綜合對取樣數(shù)量做出相應選擇。

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