高密度沉淀池污泥上浮原因及对策

Posted 2023-01-14 泥水

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摘要： 对高密度沉淀池污泥上浮问题进行研究，结果表明，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操作不"-3等原因引起的。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、合理投加混凝剂、有效控制回流比及排泥等。

关键词： 高密度沉淀池,污泥上浮,冲击负荷,操作条件

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于一体的构筑物，受多种因素影响，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，而且经沉淀后还会再次进入高密度沉淀池，产生冲击负荷，形成恶性循环。造成污泥上浮的原因很多，及时发现并采取应对措施，对保证系统的正常运行具有非常重要的意义。

1 排泥水的沉降性能

排泥水的沉降性能主要取决于排泥水(污泥) 的性质，以下从污泥中的有机成分、药剂成分、粒径分布等方面分析其对排泥水沉降性能的影响。

1．1 排泥水中有机物的影响

地表水处理主要采用混凝／沉淀／过滤工艺，产生的污泥由原水中的悬浮物质、部分溶解性物质和药剂所形成的矾花组成，主要为无机物，而有机物主要来自色度、浮游生物和藻类等残骸，通常情况下有机物约占污泥质量的10％～15％，但近年来随着原水富营养化程度提高，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 J。高藻期的污泥难于处理，耗药量大，易发生污泥上浮现象，与有机物含量较高有很大关系。因此应从水源保护和原水输送等方面控制原水的有机物含量，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氢氧化物，形成亲水性的无机污泥，其含水率较高，保水性较好，不易成形，沉降浓缩困难。岳舜琳等人的研究指出，每份絮体中含有0．095 份AI(OH) 要比含有0．031份Al(OH) 的絮体含水量高、沉降浓缩性能差。

该水厂的净水工艺在不同时期相应调节了混凝剂的投加量，进、出水水质指标如表1所示。

选取不同铁盐投加量时产生的浓度均为2．0 g／ L左右的排泥水，其sV，。对比如图1所示。

由图1可以看出，混凝剂的投加量对排泥水的沉降性能影响较大。排泥水在投加6 mg／L的Fe盐时SV 。为32％，在投加18 mg／L的Fe盐时SV 。为 73．5％。原水浊度变化不大，但是混凝剂投量却相差近3倍，导致污泥中Fe(OH) 的含量相差较大。

一般来讲，胶体的聚集稳定性并非都是由静电斥力引起的，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，但电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的作用。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) 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，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，以减少排泥水中氢氧化物的含量，提高污泥的沉降性能。

1．3 排泥水的粒径分布

根据斯托克斯公式计算可得，粒径为100 m 颗粒的沉降速度为7．5 mm／s，粒径为10 m的沉速为7．5 X 10～mm／s，而粒径为1 m的沉速为7．5× 10 I4 mm／s_4 J 。虽然由公式计算得到的并非真实沉速，但可以看出，粒径大小对沉降性能影响很大。邓慧萍等人研究指出，粒径分布为l0～60 m的排泥水沉降性能优于粒径分布为0．2—7 tLm的排泥水。

笔者在中试期问发现，排泥水经由浓浆螺杆泵提升后，沉降性能变差，如图2所示。同样浓度的污泥，螺杆泵出口污泥的sV∞是进口的2倍多。

分析认为当排泥水通过螺杆泵时，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，从而降低其沉降性能。

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 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300～960 m ／h。当系统在300 m ／h左右的较小流量下运行时，排泥水的停留时间较长，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1 000 1TI ／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壅高速度加快，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，破坏原本的动态平衡，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，建议尽量将排泥水的流量负荷控制在500～700 in ／h；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 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0．3 g／L，最高时超过2．0 g／L。

排泥水浓度负荷的波动主要从以下两个方面影响处理系统的稳定运行：①混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投药不足和浓度较低时投药过量，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排泥过量和进泥浓度较高时排泥不足，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冲击负荷能力。

在实际生产过程中，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，将进泥浓度维持在平均值范围内，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)作为助凝剂，从生产实际来看，PAM投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会造成污泥浓缩性能变差和浪费药剂等问题。笔者通过中试研究了排泥水浓度与PAM最佳投药量的关系，结果如图3所示。由图3可以看出，该水厂单位浓度排泥水(g／L) 的PAM最佳投药量为1．0 mg／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。由于回流污泥含固量较大，且经过一定时间的压缩，沉降性能较好。当排泥水浓度较低时，通过回流可以增加颗粒浓度，提高絮凝效果 J。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。

笔者利用中试装置开展了污泥回流效果的研究，并提出了回流污泥的控制条件：当进泥水浓度< 0．8 L时，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>1．0 g／L时，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壅高速度加快，容易发生短流现象 J，引起污泥上浮。实际运行情况表明，当沉淀区泥位低于高泥位报警值 (对应泥位高度为1．44 m)时，高密度沉淀池抗冲击负荷能力较强，不易发生污泥上浮现象。因此，建议在由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，将沉淀区泥位控制在高泥位报警值以下，以保障排泥水处理系统安全稳定运行。

4 结语

综上所述，为使高密度沉淀池在安全稳定的状态下运行，防止污泥上浮现象发生，生产中应及时采取如下措施：

① 从降低有机物含量、合理投加混凝剂和避免打碎排泥水颗粒等方面提高排泥水的沉降性能，并定期检测排泥水的性质变化情况，及时采取相应措施。

② 应将排泥水的浓度和流量调节在较佳的范围内，以此减小排泥水对高密度沉淀池的冲击负荷。

③ 根据排泥水的浓度，以单位浓度(g／L)排泥水投药量为1．0 mg／L及时调节PAM的投加量。

④ 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。

⑤ 及时控制排泥，将沉淀区泥位控制在高泥位报警值以下，以保障排泥水处理系统安全稳定运行。

参考文献：

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[6] 刘杨，赵建伟，杨兴涛，等．水厂排泥水处理系统优化运行研究[J]．供水技术，2007，1(5)：56—57．来源：中国给水排水作者: 赵建伟，何文杰，黄廷林，徐正，方林，陈文杰