高密度沉淀池污泥上浮原因及对策

高密度沉淀池污泥上浮原因及对策赵建伟1,2，何文杰1，黄廷林2，徐正3，方林1，陈文杰1（1.天津市自来水集团有限公司，天津300040；2西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；3.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；）摘要：对高密度沉淀池污泥上浮问题的研究结果表明，运行过程中的影响因素较多，污泥上浮主要是由排泥水沉降性能变差、冲击负荷波动较大以及运行过程中的操作不当等方面引起。控制污泥上浮的主要措施有：改善排泥水的沉降性能；降低排泥水冲击负荷；合理投加絮凝剂、有效控制回流及排泥等。关键词：高密度沉淀池污泥上浮沉降性能冲击负荷操作条件ThereasonsandCountermeasuresofsludgefloatinginHigh-densitysedimentationtankZHAOJian-wei1,2,HEWen-jie1,HUANGTing-lin2,XUZHeng3,FANGLin1,CHENWen-jie1(1TianjinWaterWorksGroupCo.Ltd.,Tianjin,300040,China;2SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,Xi’anUniversityofArchitecture&Technology,Xi’an,710055,China；3SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,Harbininstituteoftechnology，Harbin，150090,china；)Abstract:Resultindicatesthatmanyfactorsimpacttherunningofhigh-densitysedimentationtank.Sludgefloatingwasmainlycausedbythedeteriorationofthesettlementfunction,thevolatileimpactloadandimproperoperationandsoon.Themaincountermeasuresaretoimprovethesettlementfunctionofsludgewater;reducetheimpactload;reasonablydosetheflocculants;effectivelycontroltheback-flowanddischargeandsoon.Keyword:High-densitysedimentationtank;Sludgefloating;Settlementfunction;Impactload;Operatingcondition.0引言天津某净水厂排泥水处理系统的浓缩工艺采用高密度沉淀池技术，由于高密度沉淀池是将混合、反应、沉淀、浓缩和外部污泥循环集成一体的构筑物，其各部分之间相互影响、相互制约，受多种因素的影响，该处理系统在实际运行过程中会出现污泥上浮现象。上浮的污泥回流后不仅增加了净水工艺的处理负荷，而且还会经沉淀后再次进入高密度沉淀池，又对高密池产生冲击负荷，形成恶性循环。造成污泥上浮的原因有很多，及时发现并采取应对措施进行治理，对保证系统的正常运行有非常重要的意义。笔者从排泥水的沉降性能、排泥水的冲击负荷以及排泥水处理过程中的运行条件等几个方面分析了可能造成污泥上浮的原因，并提出了应对措施。1排泥水的沉降性能排泥水的沉降性能是高密度沉淀池运行过程中的重要影响因素之一，它主要取决于排泥水(污泥)的性质，以下从污泥中的有机成分、药剂成分、粒径分布等几个方面分析了它们对排泥水沉降性能的影响。基金项目：天津市科技支撑计划重点项目”水厂排泥水高效处理技术集成与应用示范”(07ZCKFSH01300)作者简介：赵建伟(1977-)，男，山东平度人，在读博士后，研究方向：水处理理论与技术。联系电话：[phone]，E-mail:[e-mail]。1.1排泥水中有机物的影响以地表水为水源的水处理工艺主要采用混凝、沉淀、过滤工艺，这种水处理工艺所产生的污泥称为絮凝污泥。其污泥成分由原水中的悬浮物质、部分溶解物质和药剂所形成的矾花组成，主要成分为无机物，而有机物主要来自水中的色度、浮游生物、和藻类等动植物残骸，通常情况下有机物约占污泥重量的10%～15%,但近年来，随着原水富营养化程度的提高，有机物的比例呈上升的趋势。有机物比例的增加会对污泥的浓缩造成不良影响，如使矾花粒径变小、密度降低，污泥的含水率提高、浓缩速度减慢等[1]。高藻期的污泥难于处理，耗药量大，易发生污泥上浮现象，与有机物含量较大有很大关系。因此应从水源保护和原水输送等方面来控制进入水厂中原水的有机物含量，进而降低排泥水中有机物所占比例。1.2排泥水中残留药剂的影响当净水工艺投加铁盐（或铝盐）混凝剂时，排泥水中会含有较多的氢氧化物，由于氢氧化物的亲水性，形成亲水性的无机污泥，这种污泥的含水率较高，保水性较好，不易成形，沉降浓缩困难。岳舜琳等人的研究中指出，每1份固体中含有0.095份A1(OH)3比含有0.031份A1(OH)3的絮体含水量高、沉降浓缩性能差[2]。为了满足出水水质的要求，该水厂的净水工艺相应调节了混凝剂的投加量，笔者选取其中Fe盐投加量分别为18mg/L、12mg/L、9mg/L、6mg/L时产生的浓度均为2.0g/L左右的排泥水，对比了它们的沉降性能，结果如图1所示：020406080100037101214202530沉降时间(min)沉降比(%)18mg/L12mg/L9mg/L6mg/L图1不同铁盐投加量对应的排泥水沉降曲线由图1可以看出，净水工艺中混凝剂的投加量对排泥水的沉降性能影响较大。排泥水30min沉降比由投加Fe盐6mg/L时的32%提高到投加Fe盐18mg/L时的73.5%。该水源水的浊度变化不大，但是混凝剂投量却相差近3倍，导致污泥中Fe(OH)3的含量相差较大。一般来讲，胶体的聚集稳定性并非都是由于静电斥力引起的，胶体表面的水化作用往往也是重要的因素。尤其对于典型的亲水性胶体，虽然也存在双电层结构，但ζ电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的作用[3]。这种水化作用往往来源于粒子表面极性基团对水分子的强烈吸附，使粒子周围包裹一层较厚的水化膜，阻碍了胶体颗粒相互靠近，因而范德华力不能发挥作用。Fe(OH)3胶体是亲水性胶体，当其在固体中含量过多时，形成大量的水化膜，使得污泥的沉降性能变差。因此，净水工艺在保障沉淀池出水水质的前提下，应尽量控制混凝剂的投加量，以此减小排泥水中氢氧化物的含量，提高其沉降性能。1.3排泥水中的粒径分布情况根据斯托克斯公式计算得粒径为100μm颗粒沉降速度为7.5mm/s，10μm的沉速为7.5×10-2mm/s，而1μm的沉速为7.5×10-4mm/s[4]。虽然由公式计算得到的并非真实沉速，但是可以看出粒径大小对沉降性能影响很大。邓慧萍等人研究也指出粒径分布为10～60μm的排泥水沉降性能优于粒径分布为0.2～7μm的排泥水[5]。笔者在中试试验期间发现，排泥水经由浓浆螺杆泵提升后，沉降性能变差，如图2所示，同样浓度污泥的30min沉降比，螺杆泵出口是进口的2倍多。分析认为排泥水在通过螺杆泵时，已经脱稳聚集的颗粒被打碎，虽然干固体含量相同，但是由于颗粒细小的污泥比表面积大，更容易形成水化膜，水化作用增强，从而导致沉降性能的下降。因此在输送过程中要尽量避免将排泥水颗粒打碎而降低了它的沉降性能。0204060801002.042.522.98排泥水浓度(g/L)30min沉降比(%)泵进口泵出口图2螺杆泵对污泥沉降性能的影响2排泥水对系统的冲击负荷排泥水对高密度沉淀池的冲击负荷主要包括流量负荷和浓度负荷两个方面。2.1排泥水的流量负荷排泥水的流量负荷变化是影响高密度沉淀池处理效果的重要因素之一，较大的流量波动，一是引起混凝反应过程中水力条件的变化，二是影响到沉淀区的絮体沉降和泥位波动，进而影响到整个处理系统的稳定运行。高密度沉淀池的单池设计流量为300m3/h～960m3/h。当系统在300m3/h左右的较小流量下运行时，排泥水在系统中的停留时间较长，形成的絮体易在折板前的导流区沉积，加上后续进入的排泥水导致该区域污泥浓度越来越大，而较低的流速仅能将少量的絮体推进沉淀区，使污泥在该区域内恶性循环；当系统在接近1000m3/h的较大流量下运行时，排泥水的停留时间过短，混合和凝聚反应不充分，形成的絮体捕捉性能和沉降性能都较差，直接导致出水水质变差和泥位雍高速度加快，造成沉淀空间越来越小，再加上较大的流速作用，最终引起沉淀区污泥上浮。另外，发现生产系统一天内的流量分布很不均匀，经常发生进泥流量的突变。这种突变会对高密池产生瞬时冲击，打乱原本的动态平衡，尤其是当泥位较高时，底层原本脱稳的污泥会被搅起，充满整个沉淀池，进而发生污泥上浮现象。根据对不同流量下高密度沉淀池的运行状况和处理效果的分析对比，建议生产系统上尽量将排泥水的流量负荷控制在500～700m3/h之间运行；同时，在对流量进行调整时，应该逐步增加或减小进水流量，使高密度沉淀池有足够的缓冲时间。2.2排泥水的浓度负荷通过对生产系统的实时监测发现，高密度沉淀池每日处理的排泥水浓度负荷在较大范围内波动，最低时仅为0.3g/L，最高时超过2.0g/L。排泥水浓度负荷的波动主要从以下两个方面影响了处理系统的稳定运行：(1)絮凝剂的投加量没能随排泥水浓度波动及时调节，造成进泥水浓度较高时的投药不足和浓度较低时的投药过量，这两种情况都会影响到沉淀区的絮体颗粒沉降效果，间接引起污泥上浮。(2)沉淀区排泥情况仅仅根据流量和泥位来设定，造成进泥浓度较低时的排泥过量和进泥浓度较高时的排泥不足，使得沉淀区的泥位在较大范围内波动，降低了高密度沉淀池的耐负荷冲击能力。实际生产过程中可以通过调节净水工艺沉淀池的排泥方式、充分利用回收调节池的缓冲作用，将每小时进入排泥水处理系统的进泥浓度维持在平均值范围内较小的波动，以此来减小排泥水对处理系统的冲击负荷。3运行过程中的控制条件3.1加药控制该水厂排泥水处理系统选用阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)作为反应区的絮凝剂，从生产实际来看，PAM投加量不当对系统的处理效果影响较大。PAM投加量不足时，会导致反应区絮体细小，沉降性能下降，容易引起污泥上浮；而过量投加PAM会造成浓缩污泥性质变差和浪费药剂等问题。笔者通过中试试验研究了排泥水浓度与PAM投药量的关系，最终确定该水厂单位浓度排泥水(g/L)的PAM最佳投药量为1.0mg/L左右。3.2回流控制污泥回流的目的在于加速絮体的生长以及增加絮体的密度。由于回流的污泥含固较大，且经过一定时间的压缩，其沉降性能较好。在排泥水浓度较低时，通过回流可以增加颗粒浓度，提高絮凝效果[6]。当进水浓度较高时，沉淀区泥床位置较高，回流浓度增加，回流污泥与较高浓度进泥水混合后，可能造成高密度沉淀池超负荷运行，增加了污泥上浮的风险。由此可见，回流污泥在合适的比例下，才能发挥较好的回流作用，增加系统处理效果。笔者利用中试试验装置开展了污泥回流效果的研究，并在试验结果的基础上提出了回流污泥的控制条件：当进泥水浓度较低时(小于0.8g/L)，尽量控制回流干固量在进泥干固量的50%以下，当进泥水浓度较高时(大于1.0g/L)，将回流干固量尽量控制在进泥干固量的20%以下。根据进泥水和回流污泥的浓度，适当调节回流比例，以达到较好的助凝效果。3.3排泥及泥位控制高密度沉淀池的排泥情况也直接影响系统的稳定运行，排泥不及时将造成沉淀池内泥位雍高速度加快，容易发生短流现象[5]，引起污泥上浮。实际运行情况表明，当沉淀区泥位在高泥位报警值（对应泥位高度1.44m）之下时，高密度沉淀池抗冲击负荷能力较强，不易发生上浮现象。因此，建议生产系统中在由PLC中央控制系统设定排泥泵启停的基础上，引入泥位和排泥浓度两项参数来控制排泥，将