基于混凝—沉淀工艺的地表水厂生产废水处理的实验研究 73页

工程硕士学位论文基于混凝-沉淀工艺的地表水厂生产废水处理的实验研究THEEXPERIMENTALRESEARCHOFWASTEWATERBASEONCOAGULATION-PRECIPITATIONTREATMENTOFSURFACEWATERPURIFICATIONPROCESS闻笑男哈尔滨工业大学2015年8月n中图分类号：TU991学校代码：10213UDC：628.1密级：公开工程硕士学位论文基于混凝-沉淀工艺的地表水厂生产废水处理的实验研究硕士研究生：闻笑男导师：袁一星教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：中国市政工程东北设计研究总院答辩日期：2015年8月授予学位单位：哈尔滨工业大学nClassifiedIndex:TU991U.D.C:628.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEEXPERIMENTALRESEARCHOFWASTEWATERBASEONCOAGULATION-PRECIPITATIONTREATMENTOFSURFACEWATERPURIFICATIONPROCESSCandidate：WenXiaonanSupervisor：Prof.YuanYixingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ArchitecturalandCivilEngineeringAffiliation：ChinaNortheastMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstituteCo.Ltd.DateofDefence：AUG,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnologyn哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要净水厂在生产大量饮用水的同时，也会导致很多生产废水的形成，废水的来源主要包括生产废水和反冲洗废水。生产废水水量一般占净水厂总净水量8~10%。近年来，随着净水厂的数量和规模的不断增加，净水厂中生产废水的排放量也不断增大。在我国很多的净水厂生产废水基本不经过处理直接排放到水体中，造成了诸多环境问题。国家环保局文件明确表示，从2000年开始，新建或在建的大型净水厂生产废水需进行处理，达到相关标准后再进行排放。近几年对低温低浊水的处理越来越引起人们的重视，北方某市常年有大部分时间气温较低。因此，在北方某市某净水厂进行了低温低浊生产废水混凝处理研究。论文首先进行地表水净化工艺生产废水水量计算及水质分析，计算了生产废水的总量及反冲洗废水量，之后采用公式法、小试、现场测定和生产废水的系统监测这四种方法确定污泥量，并讨论了每种方法的适用情况。对地表水净化工艺生产废水的混凝处理机理进行研究，考虑了影响生产废水混凝效果的因素，包括：沉淀池生产废水中加药和不加药静沉实验研究；PAM对滤池反冲洗废水的沉降性研究，反冲洗废水本身的沉降性研究，滤池反冲洗废水和沉淀池生产废水混合沉降性实验研究。并对生产废水的最佳处理工艺进行了设计。同时在北方某市某净水厂进行了小试与中试试验。研究结果表明：不同混凝剂对生产废水的絮凝效果不同，试验中发现对于净水厂沉淀池生产废水的处理，应选用助凝剂PAM。对于某净水厂低温低浊水，其絮凝沉淀时间对混凝效果影响很大，絮凝沉淀时间越长混凝效果越好；净水厂污泥量的确定是后续生产废水的处理的前提。通过小试试验与中试试验确定了净水厂生产废水的最佳处理工艺，之后对生产废水的回用工艺和效益进行分析，说明了生产废水回用的必要性。关键词：生产废水；混凝处理；影响因素；净水工艺In哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheplantofwatertreatmentcanproducealargenumberofdrinkingwater,butalsogeneratealotofsludgewater.Thewastewatermainlycomesfromthesludgewaterinsettlingtankorclarifierandbackwashwastewaterinfilter.Thesludgewatergenerallyoccupy8%~10%oftotalwastewaterinwatertreatmentplant.Inrecentyears,withtheincreasingofthenumberandscaleofwatertreatmentplant,theamountofsludgewateralsoincreasing.Atpresent,mostofwatertreatmentplantsinourcountryarebasicnottreatedanddirectlydischargeintowaterbodies,thusbringalotofenvironmentalproblems.FromtheregulationofEPAinchina,since2000,thesludgewaterofneworunderconstructionoflarge-scalewatertreatmentmustbedisposed,andthendischargedafteruptostandard.Inrecentyears,thetreatprocessingoflowtemperatureandturbiditywaterarousedmoreandmoreattention,mostoftimewaslowtemperatureintheNorth.Therefore,westudiedthelowtemperatureandturbiditywaterinthefirstwatertreatmentplantintheNorth.Thepapersurfacewaterpurificationtechnologywasfirstproductionwastewaterquantitycalculationandwaterqualityanalysis,tocalculatetheproductionwastewateramountandbackwashwastewaterquantity,afterusingtheformulamethod,smalltest,fieldtestingandproductionwastewatersystemmonitoringofthesefourmethodstodeterminetheamountofsludge,andapplicablesituationofeachmethodarediscussed.Ofsurfacewaterpurificationtechnologytostudytheproductionmechanismofcoagulationtreatmentofwastewater.Thepaperstudiedthecoagulationeffectfactorsofsludgewater,including:(1)experimentalstudyofaddornomedicineinsedimentationtanksludgewater;(2)TheresearchofPAMeffectforbackwashwastewaterinfilter,thestudyofbackwashwastewatersettleability,andthesettleabilitystudyofmixingbackwashwastewaterandsedimentationtanksludgewater.Anddesignthebesttreatmenttechnologyofsludgewater.ThepilotscaleexperimentachieveinthesecondwaterplantintheNorth.Theresultsshowthat:Differentcoagulantshavedifferentflocculationeffectforsludgewater.WefoundthatitshouldselectPAMtodealwithsludgewaterinthefirstwaterplant.Forthelowtemperatureandturbiditywaterofthefirstwaterplant,flocculatingprecipitationtimehasagreatinfluenceonthecoagulationeffect,thelongerflocculatingprecipitationtime,thecoagulationeffectisbetter;theIIn哈尔滨工业大学工程硕士学位论文determinationquantityofsludgeisthepremiseofasubsequenttreatmentofsludgewater.Theexperimentusefourmethodstodeterminetheamountofsludge,includingformulamethod,asmallscaletest,insitumeasurementandthemonitoringofsludgewatersystem.Eachmethod'sapplicableconditionsarediscussed;bytakingthesmallscaletestandpilottesttodeterminetheoptimalprocessingtechnologyofsludgewaterinwaterplant.Firstly,wedeterminetheappropriateagitationintensity,andverifythefeasibilityofsmallscaletestbysludgereturnmethod.Bytakingthetestandpilottesttodeterminethebestprocessoftheproductionwastewatertreatment,aftertheproductionofwastewaterreusetechnologyandbenefitanalysis,illustratesthenecessityofwastewaterreuse.Keywords:Wastewaterinproduction;Coagulationtreatment;Influencefactor;PurificationprocessIIIn哈尔滨工业大学工程硕士学位论文目录摘要.......................................................................................................................IAbstract...................................................................................................................II第1章绪论...........................................................................................................11.1净水厂中生产废水的处理背景及意义...........................................................11.1.1生产废水处理背景....................................................................................11.2生产废水回用的意义......................................................................................21.2.1生产废水的组成及特性...........................................................................21.2.2生产废水的危害.....................................................................................41.2.3生产废水处理技术....................................................................................51.3国内外生产废水净水工艺研究现状及常见工艺..........................................101.3.1国内外研究现状......................................................................................101.3.2常见的地表水净化工艺..........................................................................111.3.3应用于生产废水处理的混凝沉淀工艺...................................................121.4本文研究内容................................................................................................131.4.1课题目的及意义......................................................................................131.4.2课题主要研究内容..................................................................................131.4.3研究技术路线.........................................................................................14第2章实验材料与方法........................................................................................152.1实验地区地表水净水厂生产废水特性.........................................................152.2北方某净水厂生产废水处理系统概述.........................................................162.2.1水厂概况.................................................................................................162.2.2生产废水处理工艺..................................................................................162.3实验用水及水质............................................................................................172.4实验装置与仪器............................................................................................192.4.1实验装置.................................................................................................19IVn哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.4.2实验仪器.................................................................................................212.5实验试剂与测定指标....................................................................................212.5.1实验试剂.................................................................................................212.5.2分析指标.................................................................................................22第3章地表水净化工艺生产废水量计算及水质分析.........................................273.1引言...............................................................................................................273.2净水工艺中生产废水量的计算.....................................................................273.2.1生产废水总量的确定..............................................................................273.2.2净水厂污泥量的计算..............................................................................293.2.3污泥量确定.............................................................................................313.2.4污泥量的现场测定..................................................................................323.3反冲洗废水水量的计算.................................................................................333.4生产废水水质分析........................................................................................343.4.1沉淀池生产废水平均浓度测定...............................................................343.4.2沉淀池生产废水排泥规律的研究...........................................................343.4.3滤池反冲洗废水的性质研究..................................................................353.5本章小结........................................................................................................35第4章地表水净化工艺生产废水混凝处理研究.................................................374.1引言...............................................................................................................374.2混凝处理中影响因素的研究.........................................................................374.2.1投加PAC（聚合氯化铝）静沉实验研究..............................................374.2.2投加PAM（聚丙烯酰胺）之后静沉实验研究......................................384.2.3PAM与PAC混合联用时静沉实验研究................................................394.2.4PAM与石灰联用时静沉实验研究.........................................................404.2.5PAM对生产废水絮凝效果的影响研究.................................................404.2.6PAM投加对干污泥量的影响研究.........................................................414.2.7滤池反冲洗废水中投加PAM实验研究................................................42Vn哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.3水质指标的分析............................................................................................434.3.1不投加PAM生产废水水质分析............................................................434.3.2投加PAM生产废水水质分析................................................................444.4混凝处理实验研究........................................................................................444.5沉淀池生产废水混合沉淀与滤池反冲洗废水试验......................................454.6生产废水中试实验研究.................................................................................464.7本章小结........................................................................................................49第5章基于混凝处理的地表水净化工艺生产废水回用及效益分析..................505.1引言...............................................................................................................505.2生产废水的回用分析....................................................................................505.3生产废水的效益分析....................................................................................53结论.....................................................................................................................55参考文献.................................................................................................................57在学期间研究成果.................................................................................................62哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限...............................................63致谢.......................................................................................................................64个人简历.................................................................................................................65VIn哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1净水厂中生产废水的处理背景及意义1.1.1生产废水处理背景从20世纪70年代开始，欧美等一些发达国家对净水厂中生产废水处理得到了质的飞跃。近年来，大型净水厂的配置比较完善、含有自动化程度高的生产废水处理和污泥处置设施。但是，我国对生产废水的研究主要是从1980年着手的，包括上海市自来水公司等单位开展。采取一些必要的防护措施如：开源节流、开发新的水处理技术能够在一定程度上缓解部分城市的缺水问题，但是这并没有从根本上解决水资源所带来的问题，在废水再生回用与节约用水技术方面仍有许多工作要做。同时，由于工业、农业的迅猛发展，水资源也逐年受到污染。所以，对水资源的可再生利用以及水资源水质保证成为了当今研究的重要课题。净水厂生产废水主要是指净水工艺中的生产废水，其水量一般约占水处理总量的4%～[1]7%。近年来，对生产废水的试验研究表明，滤池反冲洗水浊度较低，不适合直接与浊度较高的沉淀池生产废水混合处理，所以，目前自来水厂生产废水通常是指沉淀池生产废水和滤池反冲洗水静沉后的底泥。一般来讲，生产废水中含有悬浮物质、重金属离子等，此外还有在净水工艺中添加的混凝剂，如硫酸铝或聚合[2-3]硫酸铁等形成的沉淀，还混有其它的物质例如助凝剂、粉末活性炭、硅藻土等。随着净水厂数量的增加，净水厂中生产废水排放量也日益增大。采用直接或间接的方式进入水体时，水体中污泥淤积严重，会使河床升高。废水里边的腐殖质和重金属元素等有毒物质会在水体中进行富集，使水体受到严重的污染，使水[4-5]体中的生物受到危害。因此，国家环保部要求从2000年起，大部分净水厂的生产废水需进行处理达标后再排放。生产废水处理的流程大致包括以下四个部分：生产废水收集、预沉淀，浓缩，污泥的调质，污泥的脱水。由于水质和净水工艺的不同，导致生产废水也存在着差异。不同的水质，投加的混凝剂和絮凝剂不同，导致污泥的特性也不同。近年来，由于全球水资源的匮乏，同时人类对水资源的消耗越来越多。我国建有大量的净水厂，其生产废水量巨大，因此实施生产废水处理，不仅有助于控[6]制水源的污染，缓解水资源的不足，而且可节约引水工程的投资和费用。城市对1n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文于饮用水有着不同的标准，其与生产废水的处理程度不同。因此，城市对于饮用水和生产废水的处理不同。城市的生产废水，其中含有的碳源可以转化形成CO2，为温室气体对环境的危害作用时非常巨大的。在全球的水资源面临严重短缺的背景下，水资源的利用将成为各个行业中的热门话题，节约用水自然不必说，对于污水的处理将成为头等大事。在人们的日常生活中，在生产领域中对于水资源的消耗将是非常惊人的，在水资源利用过后都将作为污水排放到自然界中，那么对于这些污水如果可以使其循环利用，将会使一笔巨大的财富，并且可以使水资源的紧张局面得到缓解。在自然界的循环过程中，对于污水的治理工作已经是处于最末端的治理了。然后当污水排放后进入到地下时，它又成为了源头。在对污水的处理方面，我们国家作出了很大的努力，在污水处理方面制定了法律法规，保证水质不受污染，减少对环境的破坏。但是在经过一系列的改革中，所取得的效果并不十分理想，关于对污水的处理方面，不断的投入人力财力对污水处理技术和相关标准进行研究，所研究出来的工艺越来越复杂，在这方面所投入的资本也越来越多，当这种效果无法取得实际认同的时候就会出现逆反的现象。在现阶段的一些企业中，宁可受罚也不遵守标准，或者是对于相关标准阳奉阴违，这种结局将十分不利于污水处理，并且会形成恶性循环，对我国的水体污染将会越来越严重。1.2生产废水回用的意义1.2.1生产废水的组成及特性净水厂常规水处理工艺中，水厂产生的生产废水约占水厂总处理水量的4%-7%，主要包括沉淀池、澄清池的排泥水和滤池反冲洗水。排泥水大约占水厂自用水量（水厂自用水量=排泥水+滤池反冲洗水+其他用水）的42.5%。排泥水和反冲洗水的成分会随着原水的不同以及季节的变化和处理工艺的不同而有较大的差异。1.2.1.1排泥水一般来说，排泥水存在大量悬浮物，总固体含量一般在0.1%-1.0%之间。排泥水中杂质的成分比较复杂，具有随水源水质、季节变化和水处理工艺的不同而变化的特点。因此，排泥水的主要成分有泥沙、腐殖质、藻类、细菌、胶体颗粒、净水过程中所加入的混凝剂（如硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝等）形成的氢氧化物、助凝剂（如活化硅酸、聚丙烯酰胺等）以及其他的物质（如粉末活性炭、高2n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文锰酸盐等）等。排泥水的沉降性能因混凝剂种类不同而存在差异，铁盐混凝形成的污泥相比铝盐混凝形成的污泥更易于浓缩。相关的文献资料报道显示：铝盐混凝排泥水中的总固体含量在1000mg/L-17000mg/L之间，其中总悬浮固体占75%-90%，挥发性总固体占20%-35%之间。排泥水的生化需氧量（BOD）一般较低，据报道其BOD5约在30mg/L-150mg/L之间，只占总生化需氧量（BOD）的30%左右。排泥水的化学耗氧量（COD）较高，在500mg/L-15000mg/L之间，我国大多数水厂排泥水的COD值在470mg/L-2500mg/L之间。陈有军和梁再辉等人对北方某自来水厂的排泥水水质检测发现：排泥水中的TOC浓度、Fe、Mn及Al的含量均高于原水。特别是Fe的含量，由于使用的是FeCl3作为混凝剂，致使排泥水中Fe的含量远远的高于限值（0.3mg/L）。由上述陈述也可以得知，排泥水中不仅含有大量的泥沙、胶体等悬浮颗粒，而且还含有较高浓度的有机成分以及铁、铝等氢氧化物。1.2.1.2滤池反冲洗水滤池是水处理工艺中的一道重要的屏障，可截留大部分的颗粒物。截流下来的颗粒物经过反冲洗之后进入到反冲洗水中。滤池反冲洗水在净水厂生产废水中所占比例较大，约占水厂自用水量的57%。滤池反冲洗水主要由有机污染物、悬浮物和一些化学药剂的残留物组成，泥砂含量相对较低，一般含固率仅为0.02%-0.05%，其排放量的变化相对比较均匀。滤池反冲洗水的成分是随着原水水质、滤池前面所采用的水处理工艺、滤池的设计运行情况、滤料、反冲洗方式及强度等条件的不同而变化的。一般来说，反冲洗废水中包含大量的有机物、金属离子、病原微生物（如贾地鞭毛虫和隐孢子虫）、原水中的颗粒以及混凝过程中的絮状物等。美国水工业研究基金会（AWWARF）的一项研究表明：滤池反冲洗废水中贾地鞭毛虫和隐孢子虫的浓度大约是原水的16倍和21倍，而DOC和TTHMs分别是原水的2倍和92倍。滤池反冲洗废水中还可能含有Fe、Mn、Al及TOC等。陈有军等人的研究结果显示：反冲洗废水中Fe、Mn、Al的浓度分别大约是原水的92倍、118倍和52倍。当然，不同阶段的反冲洗水的水质也是不同的。研究发现：在反冲洗初期，反冲洗废水的浊度可高达150NTU-400NTU；而在反冲洗后期，浊度可降低到1NTU-7NTU。Kawamura的研究表明：常规水处理工艺的滤池反冲洗水浊度在150NTU-250NTU之间。我国典型工艺的滤池反冲洗废水浊度一般在7NTU-150NTU内变化。大量数据表明，反冲洗废水中各种有机物、金属离子及病原微生物等各种污染物的浓度较原水都有了很大的富集。3n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.2.2生产废水的危害近年来，随着社会经济的快速发展，净水厂数量不断增多，处理规模也不断扩大，同时净水厂产生的生产废水量也与日俱增。大量未经处理的生产废水直接排放，不仅会造成水资源的极大浪费，而且还会对水环境产生极大的危害。净水厂生产废水中含有大量的泥沙和悬浮颗粒，直接排入水体会改变水体原有的水力条件，造成泥沙淤积，妨碍航运和泄洪；若直接排入市政管网，则会增大污水处理厂的运行负荷，也可能会造成下水道的堵塞。另外，生产废水中一般都含有铁、锰、铝等金属元素以及有机物和病源微生物，且其含量一般较原水高出了几倍甚至是几百倍，直接排入水体势必对水体产生巨大的污染。再者，生产废水的直接排放不仅瞬间增加了受纳水体的冲击负荷，而且也是对水资源的极大浪费。现如今有些水厂的生产废水没有直接排放，而是未经处理直接回流。当然，直接回流从水资源的循环利用角度来说是非常可取的。但生产废水不经处理直接回流有以下危害：首先，生产废水的回流量若控制不当，水力负荷有可能骤然增大，进而影响出水水质。其次，这样的回流方式存在有机物、金属离子及微生物在水处理过程中不断累积的风险。因此，针对净水厂生产废水的技术开发和工艺研究显得尤为重要。生产废水成分的复杂多样会对生产废水的处理效果产生影响，主要影响有：1)生产废水中的无机颗粒粒径会对污泥脱水性能产生影响。颗粒粒径越小，相应的污泥沉降性能越差，污泥颗粒中的结合水和吸附水含量将越高，使得污泥脱水性能将越差。2)污泥中的有机物和藻类会对污泥浓缩和污泥脱水性能产生影响。污泥中有机物的亲水性，会使得污泥絮体中的吸附水含量变高，进而影响生产废水的调质效果。污泥中藻类的存在则会使污泥颗粒性质发生改变，容易导致污泥发酵变质，从而具有粘性，一般藻类密度较小，越容易导致污泥的沉降和脱水性能变差。3)污泥中铝盐的存在会对污泥沉降性能产生影响。净水厂水处理工艺中如投加铝盐作为混凝剂，相应地沉淀池或澄清池排泥水中的铝含量会变大，从而影响污泥的沉降性能。4n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.2.3生产废水处理技术净水厂的生产废水处理技术在国外起步较早，如法国、英国和日本等。早期的净水厂生产废水处理工艺，基本上是按照污水处理厂的污水和污泥的处理方法来设计的，并没有综合考虑净水厂生产废水独有的特点。近年来，随着生产废水处理技术的不断发展，法国、英国、日本和欧美等一些发达国家的净水厂一般均配置有较完善的水处理和生产废水处理设施。这些处理工艺一般具有以下特点：1）都具有调质、浓缩、脱水和处置四道基本工序，是一个相对较完整的生产废水处理系统；2）都以不同方式在污泥浓缩和脱水前增加了前处理。我国在净水厂的生产废水处理方面起步较晚，但近年来随着经济的发展和人们环保意识的不断增强，在生产废水处理方面已经有了长足的进展。1.2.3.1常规处理工艺（a）流程一（b）流程二5n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（c）流程三图1-1生产废水处理工艺流程图纵观国内外净水厂生产废水处理工艺，一般包括以下几个部分：水量或水质调节→污泥浓缩→污泥调质→污泥脱水→泥饼处置。其中，不同的是各道工序的具体处理方式存在差异，主要体现在浓缩、脱水、预投加药剂等方面。但是，都是如图1-1所示的三种工艺方式及其工艺变形。在图1-1中的生产废水处理工艺流程中，流程一：反冲洗水水质较好，满足回用水或者废水排放标准的要求，不需要工艺处理，可以直接回用或者排入河流，而排泥水需要进行一定的工艺处理；流程二：排泥水经浓缩脱水之后，上清液与反冲洗水混合，然后进行工艺处理，上清液回用或者排放，沉淀下来的污泥与排泥水进行混合，一起进行浓缩脱水。流程三：排泥水和反冲洗水首先进行水量和水质混合，进入泥水浓缩脱水，上清液回用或者排放。此方法适用于滤池反冲洗水不满足于回用水或者废水排放要求，同时，又不能进行单独机械脱水。三种工艺流程均将排泥水进行浓缩脱水，反冲洗水上清液回流与原水混合，进入净水厂工艺流程，或者直接进行上清液排放。(1)调节在净水厂的日常生产运行中，水厂的生产废水排放都是间歇而非连续的，生产废水的水质受原水影响较大，因此，生产废水在水质和水量上都会发生很大的波动。为了减轻水量和水质对水处理工艺负荷的冲击影响，确保净水厂生产废水处理构筑物的均衡运行以及水质的相对稳定，需要对水量进行调节，对水质进行混合，一般都会在浓缩池前设置调节池。调节池可分为排泥池和排水池。通常收集排泥水的调节池被称为排泥池，收集滤池反冲洗水的调节池则称为排水池。当生产废水水质相对比较稳定时，只须设计水量调节池，对生产废水在水量上进行调节，以保障后续处理工艺在运行时能够得到稳定的进水量。当生产废水的水质波动较大时，为了减轻水质变化对后续处理工艺的冲击，需增设一定的混合搅拌设施，对水质进行均匀调节。6n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文净水厂生产废水中的污染物大多来自原水中的悬浮物、胶体物、溶解性物质以及所投加的药剂（主要为混凝剂和助凝剂），生产废水的水质成分一般变化不大，主要变化在污染物浓度上。但是，由于沉淀池排泥和滤池反冲洗都是周期进行的，因此生产废水在水质和水量方面都有不稳定性，为了减轻此冲击负荷对污泥浓缩效果的影响，需对生产废水的水质和水量进行调节，以保障浓缩池进水负荷的均匀稳定。目前，一般通过修建调节池来对水量和水质进行调节，调节池主要有合建式和分建式两种形式。将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水收集到同一构筑物进行混合调节的，称为合建式；将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水分别收集到不同构筑物进行混合调节的，称为分建式。在分建式处理中，排泥水不会受到反冲洗水的稀释，有利于排泥水的浓缩处理。同时，由于反冲洗水水量较排泥水要大，且排放时间短，会产生冲击负荷。因此，分建式处理能够减小水量对浓缩池的冲击负荷。(2)污泥浓缩污泥的浓缩是净水厂生产废水处理工艺中最关键环节之一。污泥浓缩技术的改革与创新从某种程度上来说直接决定着生产废水处理工艺的优劣。净水厂生产废水的含固率一般很低,仅在0.05%-0.5%左右。而污泥浓缩的主要作用就是最大化的提高排泥水的含固率，减小污泥体积，进而减小后续处理设备的处理负荷。对于那些含水率高的生产废水浓缩较为困难，为了提高泥水的浓缩性，可投加絮凝剂，石灰、酸等或者设置二次浓缩。常见的浓缩单元主要有：重力浓缩池、气浮浓缩池、微孔浓缩池和隔膜浓缩池等。在这以上几种浓缩池中，重力浓缩池因具有工艺结构简单、运行稳定可靠、运行成本低等优点而被广泛使用。常见的重力浓缩池形式有辐流式浓缩池、上向流斜板浓缩池以及上向流斜管浓缩池等。根据进泥方式的不同，浓缩池可分为间歇进泥和连续进泥浓缩池两种形式。当污泥量较少时，可采用间歇进泥的方式，而污泥量较多时，可采用连续进泥的方式进行浓缩。目前，净水厂生产废水处理中的污泥浓缩大多采用重力浓缩，即通过重力作用实现自然沉降分离。大量文献显示，影响污泥重力浓缩效果的因素主要有：1）浓缩池的有效水深。一般有效水深越大，对污泥产生的压力就越大，污泥压缩效果就越好；2）浓缩池污泥的堆积厚度。一般污泥堆积厚度越大，下层污泥收到的压力也就越大，越有利于污泥浓缩；3）浓缩池污泥的初始浓度。当生产废水在浓缩池内的水力停留时间相同时，初始污泥浓度越大，经重力浓缩后的污泥浓度也就越大；4）浓缩池内的搅拌强度。适宜的搅拌强度，对污泥絮体的絮凝性能有利，往往过大的搅拌强度，会破坏絮体的凝聚性能，从而影响污泥絮体的沉降性能；5）温度。絮体的沉降速度在沉降过程中的各个阶段都与水的粘度成反比，而水的粘7n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文度随温度升高会降低，所以温度升高会使污泥絮体的沉降速度增大。但是，絮体的沉降速度与温度变化不是成简单的线性关系，温度的变化还会影响到絮体的絮凝状态，从而影响絮体的沉降性能。传统的重力浓缩池或气浮浓缩池都存在着水力停留时间长、污泥负荷低以及浓缩后污泥的含水率较高等问题，浓缩效果和效率都不是很理想。针对以上问题，国内外研究人员进行了大量研究，并在传统浓缩技术的基础上，研发出了一批浓缩效果和效率都相对比较理想的新型高效浓缩池。(3)污泥调质污泥调质是生产废水在浓缩和脱水之前进行的预处理。污泥调质的主要目的有：1）改善污泥的沉降性能和脱水性能，通过调质过程使污泥絮体更易沉降、浓缩和脱水；2）稳定污泥的脱水性能，防止脱水过程中过滤介质的堵塞。在净水厂的生产废水处理工艺中，污泥浓缩前一般不进行污泥调质，而在污泥脱水之前必须进行污泥调质。污泥调质主要分为加药剂调质和不加药剂调质两大类。加药剂调质主要有投加酸调质、碱调质、石灰调质以及高分子絮凝剂调质；而不加药剂调质主要有热调质、冰冻冰解调质以及天然干化处理等几种方式。目前，在各种污泥调质方法中，投加高分子絮凝剂PAM应用最为普遍。应用高分子絮凝剂PAM改善污泥脱水性能的机理作用主要为：1）去水化作用。胶体物质与高分子絮凝剂间发生活性反应而形成络合物，将亲水胶体物变为憎水胶体物，从而实现絮凝；2）电中和作用。胶体颗粒因具有电性而能够相对稳定的悬浮于水中，加入与胶体颗粒带相反电荷的高分子絮凝剂后，能够压缩胶体颗粒的扩散层，使胶体颗粒发生脱稳，从而提高凝聚性能；3）吸附架桥作用。投加高分子絮凝剂后，通过氢键的吸附作用以及某些官能团的架桥作用，将多数小颗粒物或者两个异电荷的大颗粒连接在一起形成大颗粒，从而实现污泥絮体的脱稳沉降。三种作用的强弱主要取决于投加的高分子絮凝剂PAM的类型以及净水厂中调质污泥的性质。(4)污泥脱水污泥脱水是污泥处理另一个非常重要的环节，脱水可将流动性质的泥水转变为不具流动性、可进行处置的泥饼。净水厂生产废水经过污泥浓缩后，含水率大概在95.0%-98.5%之间，仍然很高，需要通过污泥脱水将浓缩污泥的含水率进一步降低到75%以下。污泥中所含的水分主要由四部分组成：处于污泥颗粒间的游离水、毛细水、颗粒表面的吸附水和颗粒的内部水。游离水约占污泥水分的70%，毛细水约占20%，吸附水和内部水两者约占10%。复杂的污泥组成结构使得其与水的亲和力较强，毛细水、吸附水和内部水较难脱水去除。在正常的污泥脱水后，为了方便8n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文泥饼的处理和处置，脱水污泥的含固率一般要求大于20%。净水厂的污泥脱水一般分为非机械脱水和机械脱水两种方式。非机械脱水主要有污泥干化和污泥塘两种方法，由于其应用范围有限，一般用的很少；而机械脱水法主要有带式压滤脱水法、板框压滤脱水法、离心脱水法、真空过滤脱水法和螺压脱水法等。离心机脱水方式的优点主要有：1）离心设备占地面积小；2）能够进行全自动连续运转；3）新型离心机能够适用于各种污泥脱水；4）污泥在密封系统中处理，污泥车间的卫生条件好。缺点主要有：1）由于设备高速运转，容易产生磨损，需要经常维护，维护费用较高；2）噪音大，电耗也较高。带式压滤机的优点主要有：1）能够连续运行；2）电耗小；3）污泥脱水效果好。缺点主要有：1）跑泥现象严重；2）污泥车间卫生条件较差；3）对污泥调质要求高。板框压滤机的优点主要有：1）能适应各种条件下的污泥；2）污泥脱水效果好，泥饼含固率较高。缺点主要有：1）只能间歇运行；2）污泥车间的卫生条件较差；3）实现污泥脱水自动化运行较困难；4）设备复杂，电耗高。近年来，随着科学技术的迅速发展以及各国对环境保护的日益重视，管理运行简便、脱水效率高、自动化程度高的机械脱水方式在净水厂内得到广泛应用。据资料显示：西欧国家平均有69.3%的浓缩污泥进行了脱水处理，其中进行机械脱水处理的污泥占有51.4%，而离心机、板框压滤和带式压滤机分别占21.7%、15.8%和11.4%，其它机械脱水方式则占2.5%。(5)泥饼处置泥饼处置是净水厂生产废水的最后一道处理工序。生产废水经浓缩脱水后，实现了泥水分离，但是只有对分离上清液和脱水泥饼进行妥善处置后，生产废水的处理任务才能算是完成。上清液的处置比较简单，通常对其进行回用或者直接排放到河流中，分离后的上清液水质基本能满足排放水的标准要求。比较困难的是脱水污泥的合理处置。污泥的处置方式主要有卫生填埋和有效利用两种主要方式。卫生填埋，是污泥处置广泛采用的方法，将净水厂的脱水污泥用作垃圾填埋场的表层覆土，和城市垃圾处理场的生活垃圾一起填埋。但是，卫生填埋技术应该符合相关的城市生活垃圾卫生填埋技术标准的规定要求。用于填埋的污泥主要考察污泥本身的土力学性质和填埋后对周围环境可能产生的影响。随着土地资源的日益紧张，许多国家的净水厂和相关环保部门，一直在致力于用污泥有效利用的研究，包括污泥砖、建筑材料、陶瓷和工业原料等。但是，这些研究很多还处于试验阶段，污泥的资源化利用还存在污泥品质、成本和数量短缺等方面的不足。从环境保护的长远角度来看，污泥的资源化利用会有广阔的前途。因此，如何将污泥利用简单化、实用化、无害化，是一个亟待解决的问题。9n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文综上所述，不同净水厂应根据自身的工艺和水质特点，进行综合考虑，确定出适合于本水厂的水量/水质调节方式、污泥浓缩技术、污泥调质方法、污泥脱水设备以及脱水污泥的处理和处置方式。1.3国内外生产废水净水工艺研究现状及常见工艺1.3.1国内外研究现状许多国家对生产废水的处理以及回用进行了大量的研究，提到了多种处理技[7]术与方法，很多已在工程得到应用。不同的净水厂对生产废水的处理方式也会产生差异。针对不同的生产废水，可以酌情增加不同的前处理工艺。近几年，许多发达的国家已经建成了完善并且[8]自动化程度高的生产废水处理措施。国外对于净水厂中污泥的处理工艺比较成熟，真空过滤机械不再是唯一的脱[9]水处理设备。净水厂采用的机械脱水处理工艺在实际中应用越来越多。国内来讲，自20世纪80年代起，对净水厂中生产废水的处理已成为国内城市供水行业的重要任务。近几年新建的净水厂都考虑了生产废水的回收再利用。污水进入污[10]泥浓缩池之前，加入石灰与PAM，浓缩池的上清液进行回收再利用。北京市某3[11]净水厂，设计处理规模Q=140万m/d，前两期工程已投产使用。原水常年低浊为1~2mg/L。净水厂自用水量按4%计。沉淀池的上清液经提升装置进入进水井中循环利用；底部污泥排出，进入浓缩池中。沉淀池中污泥进入脱水机进行脱水处[12]理，Tobiason研究反冲洗废水对气浮池、滤池出水的影响，他认为经回用之后导[13]致沉淀池出水浊度增加，但是对于气浮池和滤池的出水无太大影响。Arora等人研究认为，当生产生产废水回用比例控制在10%以下，并强化混凝条件时，将会[14-16]极大的降低生产废水直接回用的风险。费霞丽在九江进行了澄清池生产废水[17]和滤池反冲洗水直接回用的研究，发现回用后水质与含固率相关。Arora等人研究认为，将滤池反冲洗废水与沉淀池生产废水混合，并强化混凝条件，优化过滤，其可增加原水颗粒碰撞的机率和吸附的机会，反而可改善混凝的条件。[18]Tobiason等人通过试验研究，认为滤池反冲洗废水与沉淀池生产废水混合之后[19]浊度稍有所增加，同时pH降低。Bourgeois等人研究表明，生产废水与生产废水混合回流时，一方面增加了颗粒物的浓度，提高了颗粒的有效碰撞几率，从而提高了混凝的效果。10n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文通过以上分析，国内外对生产废水混凝处理研究较多，主要从混凝剂的选择、新型混凝剂开发、混凝工艺等方面进行了综述。1.3.2常见的地表水净化工艺[20]（1）强化混凝处理强化混凝技术是指通过使混凝剂量增加，或者改变原水pH等，使得天然的有机物、消毒副产物达到去除的方法。详细来说，就是加入助凝剂如酸碱调节剂、高分子聚合的协同作用。使混凝条件达到优化。聚丙烯酰胺（PAM）的水解产物通常带有负电荷，将其作为助凝剂主要目的是改善絮体的结构，使较小的絮体增大，进而发挥吸附架桥的作用。增加固液分离的效果。傅金[21]祥等人研究认为，将FeCl3与PAM混合之后的效果比单独PAC(聚合氯化铝)的混凝除浊、除有机物效果好。同时也进行了投PAC后投第二种混凝剂FeCl3的二次强化混凝方式增强了除浊和除有机物的效果。同时节省10%~25%的PAC的投加[23]量。张跃军等人对宁波某一低温低浊水进行研究，认为在低温条件下，PFS(聚[24]合硫酸铁)的处理效果最佳。付昆明等人研究认为将PAC作为絮凝剂、AS作为助凝剂其去除效果最好，同时AS的投加时间对反应的效果影响较大，以快速混凝1min，PAC投加量为15mg/L，延迟30sec后投加0.5~1mg/L的AS（以SiO2计）为最佳条件。因此，在污泥处理中，存在着最佳混凝剂的选择、不同混凝剂配比[25]及投量、最适水利条件和合适的pH范围等问题。M.A.Yukselen等人通过PDA考察了水流剪切力对铝盐、PAC和两种阳离子聚合物形成的破碎絮体再生进行研究，认为在水流剪力增加的几秒之内就会大多数絮体会发破碎，铝盐和PAC的破碎絮体很难再生，表现出不可逆性，在絮体破碎和再生之后剩余浊度均会上升。[26]综上可知，强化混凝去除浊度和有机物，温度是其主要制约因素。（2）气浮法所谓气浮法是指在液体中对固体颗粒进行分离的方法，通过集聚增压与减压释放大量的气泡，将反应之后形成的絮体吸附在气泡的表面，气泡的密[27]度比水的密度要小。因此气泡上浮，通常絮粒成长到0.3~0.4mm已足够被气泡黏附形成浮渣而被刮渣机刮去，达到去除的效果。气浮系统包括三个部分：空气[28-29]溶解系统、浮选/过滤系统、过滤器系统。刘杰等人研究了温度影响气浮的效果实验，发现在常温条件下时，气浮的效果较好，温度降低时，处理效果下降对其他的有机污染物的去除受温度的影响较小。（3）其它处理技术微絮凝直接过滤法、活性砂絮凝工艺、预氧化/吸附与常规混[30]凝组合工艺、泥渣回流法和膜分离技术等。直接过滤也可以称为微絮凝过滤。[31-32][33]目前此研究已在法国得到了应用。刘继平利用污泥回流处理成都低温低浊11n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文水时发现，当原水浊度为5NTU时，PAC的投加量为15mg/L时，回流污泥的浊度为15NTU时，运行效果最佳；结果表明原水浊度在0.6~15NTU之间，超滤出水浊度稳定并且小于1.00NTU。1.3.3应用于生产废水处理的混凝沉淀工艺1.3.3.1混凝沉淀原理简述混凝沉淀需要投加一定量的混凝剂,在物理化学过程及电化学过程的作用下,使废水中的悬浮物质脱稳凝聚形成胶团,主要去除对象是悬浮状态的有机及无机污染物质,同时可以去除类似汞和砷等溶解性物质及导致富营养化的氮和磷等。最后通过沉降设备的分离作用,将胶团富集在底部定期清除,大量的SS被去除,同时也会降低废水的色度使上部出水较为清澈。污水中的悬浮物质种类如果太单一,粒径太小将不利于混凝沉淀,只有在颗粒物质大小不一的情况下对混凝比较有利。图1-2混凝沉淀基本流程图1.3.3.2沉淀池简介沉淀池主要是通过重力作用将密度大于水的颗粒进行去除，其在废水处理中占有重要的地位。可用于污水的一级处理、生物处理的后处理以及深度处理。按水流方向划分，沉淀池可分为平流式、辐流式和竖流式三种。沉淀池包括进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区五个部分。(1)平流沉淀池平流式沉淀池表面形状一般为长方形，水流在进水区经过消能和整流进入沉淀区后，缓慢水平流动，水中可沉悬浮物逐渐沉向池底，沉淀区出水溢过堰口，通过出水槽排出池外。其基本要求如下：a）平流式沉淀池的长度多为30-50m，池宽多为5-10m，沉淀区有效水深一般不超过3m。多为2.5-3m。为保证水流在池内的均匀分布，一般长宽比不小于4，长深比为8-12。b）采用机械刮12n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文泥时，在沉淀池的进水端设有污泥斗，池底的纵向污泥斗坡度不能小于0.01，一般为0.01-0.02.刮泥机的行进速度不能大于1.2m/min，一般为0.6-0.8m/min。(2)竖流式沉淀池竖流式沉淀池池体呈圆形或方形，污水从中心管的进口进入池中，通过反射板的阻拦向四周分布于整个水平断面上，缓慢向上流动。沉降速度大于水流上升速度的悬浮颗粒下沉到污泥斗中，上清液则由池顶四周的出水堰口溢流到池外。竖流式沉淀池基本要求如下：为保证池内水流的自下而上垂直流动、防止水流呈辐流状态，圆池的直径或方形的边长与沉淀区有效水深的比值一般不大于3，池子的直径一般为4-7m，最大不超过10m。圆池直径或方形池边长D≤7m时，沉淀出水沿周边出水；≥7m时，应增加辐射式集水支渠。1.4本文研究内容1.4.1课题目的及意义显然，生产废水直接排放不仅造成水资源的浪费，也对环境造成一定的破坏，影响水厂周边地区居民的居住环境。净水厂生产废水的处理实质上就是一个脱水的过程，在污泥处理的各道工序中，脱水量是不同的。随着工序的进行，各道工[36]序脱去的水分逐渐减少，但去除水分的难度逐渐加大。在处理相同水质的前提条件下，可以减少药剂的投加量，进而减少污泥量，从而降低污泥处置的费用。特别在处理低浊水时，回流污泥可增加原水中颗粒物浓度，并可作为再生絮体的核心，可增加颗粒间的碰到速率，同时改善絮体的沉降性能，因此可强化污染物的去除效果。北方某市某净水厂所处地区气温较低，地表水水温在一年中低于4℃的时间长达5-6个月，一般是11月份到来年的4月份。在这期间，低温低浊的水质情况能持续4个月左右。再对低温低浊水进行处理时，遇到的问题主要有：混凝剂水解缓慢、粘滞剪切力大、颗粒物浓度低、颗粒尺寸小、亲水性强、碰撞和聚焦效率低等等。因此，寒冷地区低温条件下，水厂内混凝、沉淀处理单元效率降低，从而使得出水水质下降，因此开展低温时期混凝处理污水技术的研究是非常必要的。1.4.2课题主要研究内容本课题通过研究对生产废水处理的影响因素，以及为后续生产废水处理工艺设计及运行提供相应的参数。在对生产废水处理机理研究的基础上，设计合适的生产废水处理工艺，并确定相关的运行参数。具体研究内容如下：13n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（1）地表水净化工艺生产废水水量计算及水质分析对地表水净化工艺中，生产废水的总量与反冲洗废水量进行计算，通过小试试验与现场测定确定净水厂污泥量。之后对生产废水的水质进行分析，以便后续为确定净化工艺奠定基础。（2）地表水净化工艺生产废水混凝沉淀处理实验的研究主要研究生产废水中混凝优化及助凝剂的选择，主要从PAC、PAM、生石灰等混凝剂中选出处理废水的最佳混凝剂，考察不同混凝剂以及他们之间的组合对混凝沉淀效果的影响，为后期进一步优化工艺参数做参考。通过静态烧杯实验，测定静沉后上清液中各项水质指标(包括COD、浊度、氨氮、细菌指数、SS)及底泥(含固率、浊度)等各项指标的变化。之后对混凝沉淀的机理进行分析。在北方某市某水厂进行中试，通过生产性试验，计算每日产生的生产废水总量，并取样测定生产废水的平均浓度，与之前的小试试验对比，同时对混凝沉淀的机理进行了分析。（3）基于混凝沉淀处理的地表水净化工艺生产废水回用及效益分析通过设定固定的进水浓度，调节不同比例的回流污泥，观察效果对生产废水的回用效果进行了分析。以该净水厂为例，对废水回用工艺中各项运行成本进行分析，并对其经济效益展开论述。说明了生产废水回用的必要性。1.4.3研究技术路线14n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第2章实验材料与方法2.1实验地区地表水净水厂生产废水特性实验地处于较寒冷地区，净水厂中的生产废水多为低温低浊水。对地表水的净化处理，基本上以常规的净化技术为主，即混凝、沉淀、过滤、消毒等处理工[35]艺。当水温较低时，水中颗粒的沉淀过程受到影响，出现矾花小，松散上浮，不易下沉等问题。当水温和浊度较低时，即使加大混凝剂的投加量，经常规的净水工艺处理，仍达不到饮用水的水质标准。低温低浊水并无严格定义,一般认为水温在4℃左右,浊度为20NTU上下为低温低浊水。我国北方广大地区地表饮用水源在寒冷冬季都处于低温低浊状态,甚至长江中下游干流最寒冷的时候也是如此。在我国北方广大地区有长达5～6个月的冰封期,水质长时间处于低温低浊状态。江河水温0～1℃，浊度为5～30mg/L，水库水下层水温2～4℃，浊度为5～10mg/L。在冬季,水质的物理化学特性与其它季节相比具有温度低、浊度低、耗氧量低、碱度低、水的粘度大等特点,低温低浊水中的杂质主要以细的胶体分散体系溶于水中，胶体颗粒的动力学稳定性和凝聚稳定性较强，用双层定量滤纸过滤,穿透率在50%～70%以上,因而采用自然沉淀和过滤都是不可能达到净化要求的，低温低浊水的处理是给水处理工程中的难题之一，一直困扰着给水界，故而一直是给排水研究者的热点。总之，对于北方寒冷地区水库来讲，一般除浊度低，pH、水温低外，还具有色度高，含藻类及氨氮、磷等特点。低温低浊水的典型物理特征是在水温低的同时原水水质中浊度低，胶体颗粒粒径小且均匀分散，水中CO2溶解度越大，pH值低，Zeta电位高。其中最主要的特性是温度、浊度低，是制约其难以处理的主要特性。表2-1水厂部分水质数据类别水温（℃）浊度（NTU）色度（CU）pH高锰酸盐指数（mg/L）氨氮（mg/L）原水5~150.50~5.0018~456.6~7.02.2~7.00.04~0.30沉后水5~150.17~3.512~126.5~7.0--滤后水5~150.08~1.491~56.6~7.10.8~3.00.01~0.1015n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.2北方某净水厂生产废水处理系统概述2.2.1水厂概况3北方某市某水库，其总规模约为9×106m/d，其中，一期规模大约为34.5×106m/d。从运行情况看，净水厂的出水水质较好，基本上达到了设计要求。净水厂的净化工艺通常采用常规的地面水处理流程：混合—絮凝—沉淀—过滤—消毒。其中，沉淀工艺采用斜管沉淀池和平流沉淀池，滤池采用翻板滤池。在低温低浊期和正常水质期，混凝剂选用铁盐和泡花碱混合液或生石灰，而在藻类含量较高时，混凝剂选用聚合氯化铝，出水浊度较小。图2-1水厂工艺流程图2.2.2生产废水处理工艺净水厂生产废水处理系统采用高密度沉淀池处理生产废水，生产废水在进入高密度沉淀池之前，先进入调节池以调节水量，平衡水质。高密度沉淀池主要包括混合区、反应区和沉淀区。其中，混合区主要是进行快速的絮凝并进行搅拌混合。同时边搅拌边加入絮凝剂；反应区主要进行慢速絮凝，使水流慢速的到达沉淀区，生成较高的矾花，形成较好的絮凝效果。通常来讲，絮凝反应区的水力条件是通过搅拌强度G值来控制的。污泥浓缩区可以对污泥水进行良好的浓缩作用，排放的污泥含固率可达3%以上。浓缩之后的污泥被排至平衡池，即缓存池，其主要的16n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文作用是对排放的污泥进行调节以达到均匀的目的，来保证离心机的污泥浓度较为稳定。其沉淀池的工艺流程如下图2-2所示。图2-2沉淀池工艺流程生产废水首先进入搅拌池进行搅拌，之后进入澄清池进行泥水分离，之后上清液进入污泥浓缩池进行污泥浓缩，最后污泥进行集中处理，生产废水（沉淀池排水、滤池反冲洗废水）经过混凝沉淀处理之后回流到沉淀池。经浓缩之后的污泥还需要进行下一步的处理。采用离心机进行脱水，平衡池的污泥经泵输送至离心机进行固液之间的分离，离心之后出泥含固率可达20%以上。沉淀池的处理量是根据某净水厂所产生的污泥量进行设计的，沉淀池在给水的处理中有着广泛的应用，很多水厂应用高密度的沉淀池代替了传统的混凝池和沉淀池。某净水厂生产废水处理系统的建立，不仅节约了大量的水资源，降低了水资源的成本费用，而且回收了废水中的药剂，对自然水资源环境起到了保护作用。2.3实验用水及水质某净水厂为北方新建的一座城市供水厂，目前以作为整个城市唯一饮用水供应地。某净水厂中的原水取自于水库，还有周围居民生活产生的大量生活污水，其中化肥、农药等污染对水库的水质产生了很大的影响。根据中华人民共和国国家污水排放的相关标准，实验过程中所用的生产废水及其生产废水处理后，污染物最高允许排放浓度如下图所示。17n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图2-3某净水厂生产水质表2-2生产废水处理后污染物最高允许排放的浓度(GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准)单位：mg/L序号污染物一级标准二级标准三级标准1pH6-96-96-92色度5080—70300—70400—3悬浮物(SS)70800—2030—7015040060120—4COD1001505005石油类510206动植物油10151007硫化物1.01.01.08总氰化物0.50.51.01525—9氨氮1550—10磷酸盐（以P计）0.51.0—11总有机碳（TOC）2040—18n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.4实验装置与仪器2.4.1实验装置2.4.1.1小试实验装置小试装置采用直径为80mm、高为500mm的带刻度的有机玻璃混凝沉降柱进行，其有效容积为2000mL，并根据净化工艺混凝搅拌和絮凝沉淀推算其G、GT值，其中自制搅拌桨并与六联搅拌仪结合使用。在沉降柱距离顶部25cm处设置上清液取样口，实验装置如图2-1所示。图2-4小试试验装置2.4.1.2中试试验装置中试试验在北方某市某净水厂中进行，其装置主要有混合池、配水罐、反应池、沉淀池及加药与搅拌装置组成，主要分为反应区、混合区以及沉淀区。上清液出水斜管区排泥水提升泵污泥回流污泥排放配水罐混合池反应池沉淀池图2-5中试试验装置19n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2（1）混合反应池池体设计高度为0.6m，水流横截面积S为0.12m，有效容3积为0.06m，有效水深0.5m，Tmin=75s，Tmax=240s；混合池壁设置2块固定板，每块的厚度均为0.05m，挡板长为0.3m。满足设计规范要求。所需电机及减速机功率为70W，转速为100～500rpm。3（2）配水池配水罐为两个串联，高为1.4m，有效容积为4.5m的方形PVC罐。其中搅拌器直径为D0=0.6m，搅拌桨叶数Z=2，浆片高度B=0.08m，搅拌器层数e=3，第1、2层搅拌器据池底的高度分别为0.1m和0.8m。桨板外缘的线速度为v=1.0~5.0m/s，所需电机及减速机功率3KW，转速为30~150rpm。（3）絮凝反应池反应池由导流筒反应区和折板絮凝区组成。其中，导流反应2区的高度为1.10m，横截面积为S=0.16m，内部导流筒的直径为0.20m，横截面积23S1=0.03m，筒内有效水深为0.8m，有效体积为0.025m；导流筒外部横截面积2S2=0.13m，筒外有效的水深为0.8m。搅拌设备采用推进式搅拌器，直径d=0.75m，B=0.15m，搅拌桨叶数Z=3，浆片宽B为0.04m，搅拌器层数e=1，搅拌器浆片在水面下0.4m。其功率大概为120W左右，所需电机及减速机的功率为150w，转速为300~1000rpm。22（4）沉淀区高密度沉淀池的横截面积S=0.25m，其中斜管区截面积为0.2m。33Qmax=2.88m/h；Qmin=0.9m/h。澄清区的有效水深为2.4m，停留时间：3Tmin=10min；Tmax=32min。根据系统的进泥量区间300~960m/h，澄清区水流截2面面积为66.7m，计算得该区域上升流速范围为1.25×10-3~4.00×10-3m/s。中试的装置采用PVC塑料制成，以潜污泵代替提升泵使用，中试装置的实物图如图2-4所示。图2-6中试装置实物图20n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.4.2实验仪器PHS-6210型pH计，成都瑞驰分析控制仪器有限公司；DHG-9420型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；2100P型浊度仪，美国哈希；FA1104型电子分析天平，北京京科瑞达科技有限公司；5mL比色皿；10、50、100、500mL试管；25、50、100mL滴定管；不同型号的移液枪及移液管；坩埚；干燥器。2.5实验试剂与测定指标2.5.1实验试剂2.5.1.1混凝剂的分类[37—38]混凝剂通常分为无机混凝剂与有机混凝剂。近年来，国内外通常使用无机混凝剂，一般为铝盐或者铁盐。2.5.1.2聚合氯化铝(PAC)n6-n聚合氯化铝，其化学式为[Al2(OH)Cl]m其中m表示聚合度，n表示中性度。1≤n≤5，m≤10。PAC基本不腐蚀设备，且去除水中浊度、SS、COD等效果较好，PAC的应用效果和范围较广本次试验中所用的聚合氯化铝为10%原液（以Al2O3计），取自净水工艺生产系统。盐基度可以用如下公式所表示，即：[OH]B=100[Al]（1.1）n6-n[42]对于通式[Al2(OH)Cl]m来说，这是可用的。在实际应用中，盐基度在生产投料和应用方面有着良好的指导作用。盐基度与混凝的效果有密切的关系，在降低原水浊度方面，在想同投药量情况下，随着[39]盐基度的增大，其处理效果会显著的增加。因此，提高PAC产品中的盐基度是[40]国内外学者的一个重要的研究方向。2.5.1.3助凝剂介绍[41]单独使用一种混凝剂时处理效果往往较差，因此需要投加额外的助凝剂。在废水的混凝处理中，单独使用混凝剂不能取得良好效果时，常使用助凝剂已达到目的。目前应用较广的助凝剂是活化硅酸，是由硅酸钠经活化过程制得，实质上属于一种阴离子型无机高分子电解质，一般与明矾或亚铁盐合用。21n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2.5.1.4聚丙烯酰胺(PAM)聚丙烯酰胺的吸附作用较强。密度为1.3。PAM在50-60℃下能够溶于水中，易溶于乙酸、丙酸等有机溶剂。PAM通常可以分为非离子型(NPAM)，本试验中使用食品级阴离子型PAM，型号为AN934。其它试剂及来源如表2-1所示表2-2实验药剂及其来源序号药品名称来源1碘化钾天津市博迪化工有限公司2盐酸黑龙江省双城市鑫田精细化工厂3硝酸北京化工厂4氯化汞天津市光复精细化工研究所5高锰酸钾丹东市胜利化工厂6草酸钠沈阳试剂厂7氢氧化钾沈阳试剂厂8酒石酸钠北京化工厂9氯化铵天津市光复精细化工研究所10硫酸丹东市龙海试剂厂11醋酸丹东市龙海试剂厂12氨水天津市化学试剂三厂2.5.2分析指标[42]2.5.2.1PAC相关指标的测定2.5.2.1.1有效成分（Al2O3）测定a)分析步骤用移液管取20mL试样，置于三角瓶中，之后加入2mL的硝酸溶液，煮沸1min，冷却后加20mL的EDTA，再经乙酸钠缓冲液调节pH值为3（pH计测定），煮沸2min，冷却后加10mL乙酸钠缓冲液和数滴二甲酚橙指示剂。b)计算以质量分数表示氧化铝的含量X，按以下公式计算：22n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Vc0.05X10020m500（1.2）式中：V—第二次滴定中消耗氯化锌标准液的体积，mL；c—氯化锌标准滴定液的实际浓度，mol/L；m—试料的质量，g；2.5.2.1.2盐基度的计算a)试剂盐酸溶液；氢氧化钠（NaOH）溶液，c=0.5mol/L；酚酞；500g/L的氟化钾溶液。b)分析步骤称取一定量的液体溶液，经蒸馏水溶解后移入250mL锥形瓶中，之后加入HCl，盖上表面皿，水浴加热10min，之后冷却室温，再加入KF，摇匀，滴加数滴酚酞指示剂，至淡红色为终点。c)计算以质量分数表示的盐基度计算公式如下：(VVc)0.0170X1001mX100（1.3）式中：V0—空白实验中，消耗氢氧化钠标液的体积，mL；V—氢氧化钠标液的体积，mL；c—氢氧化钠浓度，mol/L；m—试料的质量，g；X—试样中三氧化二铝的含量，%；2.5.2.2沉降比早在1969年，国外学者就通过静态沉降试验，分析了连续式重力浓缩池。整个试验过程是在1000mL的量筒内进行的。连续式重力浓缩池，稳定条件时，浓缩池断面的固体量大致处在平衡态，即单位时间，进入和排出的浓缩池中固体量是一致的。23n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文对于不同性质的污泥，为确定污泥浓缩池面积、负荷等方面，可提供一些重要的参考。几种较为常用的理论都是建立在污泥静态沉降试验的基础之上。因此，要获得污泥池的相关参数，进行污泥静态沉降试验是必需的。通过污泥静态沉降试验，确定污泥浓缩池主要的设计参数。沉降比能够反映容器中的污泥量，指导污泥的排放；其能够判断污泥膨胀的异常情况。2.5.2.3浊度的测定天然水经过混凝、沉淀、过滤等处理后，水质会变得较为清澈。样品存放于具塞玻璃瓶，快速的测定，若要保存，应在4℃冷藏进行。测试之前要进行激烈的震荡，实验中使用浊度仪对样品的浊度进行测定。2.5.2.4其它相关指标的测定1、COD的测定[43]采用酸性高锰酸钾滴定法。COD按以下公式进行计算：10[(10V)10]M810001VCOD100（1.4）式中：V—KMnO4的消耗量，mL；V1—KMnO4的消耗量，mL；M—草酸钠溶液的浓度，mol/L；8—1/2氧摩尔质量。2、污水中总固体含量总固体含量，其在生产废水的处理工艺中，通常被作为总固体含量来描述生产废水的相关性状。通常，将测定所得到的总固体含量作为生产废水处理中进泥水的浓度。总固体含量是生产废水负荷优化调节中的重要参数，其具体的测定步骤为：（1）将蒸发皿在105℃条件下烘1h，冷却后称至恒重为B。（2）取适量的样品，置于蒸发皿，在105℃条件下烘4h，冷却后至恒重为A，两次称重相差不超过0.0005g。（3）总固体含量(AB)10001000QmgL(/)V（2-1）24n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文式中：Q—总固体含量，mg/L；A—总样品+蒸发皿重量，g；B—蒸发皿重，g；V—样品体积，mL。除此之外，总固体含量亦可用样品含有固体的百分率来表示，其具体的步骤为：i.将蒸发皿在105℃条件下烘1h，冷却后称重。ii.将适量样品置于蒸发皿内，称量其质量，则可得其含固率为：CBM(%)100%AB（2.2）式中：M—含固率，%；A—样品+蒸发皿重，g；B—蒸发皿重，g；C—烘干后，样品与蒸发皿的重量，g。3、挥发性总固体含量挥发性总固体含量又称为灼烧减量。挥发性总固体含量计算：C-AQ（mg/L）=100%B-A(2-3)式中：Q—挥发性总固体含量，mg/L；A—蒸发皿重，g；B—蒸发皿经105℃条件下烘干后残渣重，g；C—蒸发皿经500℃条件下烘干后残渣重，g。4、SS测定取混匀的污水样品100mL，倒入已至恒重的玻璃容器中过滤，过滤之后将带有残渣的滤器置于105℃条件下干燥3h，取出之后，放入干燥器内冷却至室温恒重。按以下公式进行计算：WW21SSmgL(/)10001000100（2.3）式中：W1—玻璃滤器重量，g；W2—玻璃滤器+残渣重量，g；25n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5、氨氮测定采用纳氏闭比色法，在波长为420nm条件下测定样品的氨氮值。按如下公式进行计算：A氨氮（N）=K（2-4）式中：N—氨氮值，mg/L；A—吸光度值；K—由标准曲线得到的转化系数。6、细菌总数污水水质参数之一，它是指单位体积水中细菌的总量。对于细菌总数的计数研究报道较多。其具体的操作步骤为：（1）首先通过集菌仪进行细菌的收集；（2）对细菌的膜进行染色；（3）在油镜下进行计数统计，之后按公式计算菌液的浓度。26n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第3章地表水净化工艺生产废水量计算及水质分析3.1引言实际生产工艺中，絮凝沉淀效果除受工艺本身设计参数的影响外，也受原水水质、混凝剂投加量、絮凝强度等因素的影响。为保证课题所使用的混凝沉淀连续流试验装置能够和实际生产工艺相贴合，反应器严格按照给排水设计手册的相关参数进行设计，并通过理论和实验相结合的方式，对反应器运行条件进行优化，以保证课题所取得的成果能够真实地反映实际生产状况，并具备向实际工艺移植的可行性。同时，由于试验时间跨度长、用水量大，反应器在长期运行过程中，难免会受到温度、自来水水质等因素的干扰，从而对试验结果产生影响。为解决这一问题，本章对反应器的运行参数进行了优化，对絮凝剂投加量和絮凝速度梯度进行了设定，方便对混凝沉淀过程中絮体颗粒的变化过程进行研究，并为后文关于絮体破碎再絮凝过程的研究提供对比。3.2净水工艺中生产废水量的计算3.2.1生产废水总量的确定生产废水总量可分为沉淀池生产废水量和滤池反冲洗废水量两部分，可根据沉淀池排泥运行方式和滤池的反冲洗方式来确定。本次生产废水量的计算是在该水厂进行的，试验与2012年3月份进行，试验周期为1个月。生产废水主要来源于滤池反冲洗水及沉淀池的排泥水，该水厂自用水比例以及相应的自用水水量见表3-3，从表中可以看出自水厂自用水量占水厂制水量的5.0%。其中排泥水在11~12年间日平均排泥水量为1.5万吨，而滤池反冲洗水为0.62万吨，可见沉淀池的排泥水量约为滤池反冲洗水量的2.4倍。而一般水厂均是滤池反冲洗水排水量较沉淀池的排泥水量大。造成这一差异的原因在于：其一水厂低温低浊水的水质使得混凝效果不佳，絮体沉降缓慢，为保证沉淀出水故排泥周期较短次数较多，水量较大，其二由于水厂采用了新型翻板滤池故而反冲效果良好过滤周期较长反冲洗用水较少。由于净水厂生产废水中富集了大量的胶体物质、悬浮物、有机物和微生物，同时在生产过程中又投加了各种药剂。因此，这部分生产废水能否直接或处理后回用，关键在于回用后会对出水水质产生什么影响。27n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表3-12011年水厂自用水统计表月份123456789101112平均自用水比例%6.15.75.15.44.64.54.14.64.94.95.55.85.0反冲洗水7.56.97.16.86.15.45.35.25.85.86.66.86.23310m/d33排泥水10m/d182016161411121213141816153.2.1.1净水工艺中沉淀池的计算净水厂中沉淀池包括平流沉淀池和斜管沉淀池，沉淀池中生产废水量如表3-2所示。表3-2某净水厂日生产废水总量3日期平流沉淀池流量斜管沉淀池流量日排泥历时/h日排泥量（m）13480552012900023480552012900033480552012900043480552012900053480552012900063480552012900073480552012900083480552012900096960598012129401069605980121294011782759801213807127827598012138071378275750121357714773355201213253157733552012132531677335520121325317773355201213253187733552012132531977335520121325320773355201213253217733552012132532277335520121325328n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表3-2（续表）日期平流沉淀池流量斜管沉淀池流量日排泥历时/h日排泥量（m3）237733552012132532477335520121325325773355201213253267733552012132532777335520121325328386755201293872978675520121338730773355201213253317733552012132533生产废水总量（m）360640由表中数据可知，水厂沉淀池的日排泥量较为稳定，3月份的日平均排泥量为3312061m，其中排泥总量为360640m。3.2.2净水厂污泥量的计算污泥量的产生受多种因素的影响。浊度、药剂的种类、药剂投加量、净水工艺和排泥方式均会对污泥量产生影响。目前，计算生产废水污泥量的方法较多，本章分析了不同的计算方法，并对其进行评价，为生产废水的处理提供参考。本节该水厂为例，利用不同国家计算污泥量的公式，以及通过小试和现场的测定方法对比分析了污泥量不同计算方法的结果。[44-45]1、日本水道协会污泥量的计算公式：6SQTE(CE)1012（3-1）式中：S—干污泥量，t/d；Q—水厂净水量，m3/d；T—原水浊度，NTU；E1—原水浊度与SS的换算率；C—混凝剂投加量，mg/L；E2—混凝剂换算成干污泥量的系数，取1.5。[46]2、英国水研究中心计算污泥量采用的公式为：DS=SS+0.2B+1.53C+1.79D=2A+0.2B+1.53C+1.79D(3-2)式中：DS—污泥量，mg/L；SS—原水中悬浮固体的浓度，mg/L；29n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文A—原水中浊度的去除量，NTU；B—原水色度去除量，H；C—混凝剂投加量，mg/L；D—石灰浓度，mg/L。[47]3、美国Cornwell推荐的污泥产量计算公式：S=8.34Q(0.26Al+SS+A)（3-3）S=8.34Q(1.9Fe+SS+A)（3-4）式中：S—干的污泥，lb/d（1lb/d=0.453kg/d）；Q—自来水厂净水量，mgd（1mgd=3.785×103m3/d）；Al—铝盐混凝剂投加率（以Al2(SO4)3.14H2O计），mg/L；Fe—铁盐混凝剂投加率（以Fe计），mg/L；SS—原水总悬浮固体，mg/L；A—水处理中其它添加剂，mg/L。Cornwell推荐（3-5）式为原水浊度T与SS的关系式：SS=bT（3-5）式中：b—系数；T—原水浊度，NTU。Cornwell认为，在原水色度较低下时，b的变化范围为0.7~2.2。4、我国《室外给水设计规范》中干污泥量的计算公式：TDS=（K1C0+K2D）×Q×10-6（3-6）式中：C0—原水浊度（NTU）；K1—换算系数，通过实测确定；D—药剂投加量（mg/L）；K2—药剂转化成泥量的系数；原水浊度和悬浮固体含量之间的关系用公式表示为：SS=1.76T+4.9（3-7）式中：SS—悬浮固体的含量，mg/L；T—原水浊度，NTU。相关系数R2=0.99。利用公式（3-1）和公式（3-3）计算干污泥量时，悬浮物（SS）和投药量为未知数，但由于悬浮物的测定比较繁琐，一般用浊度值来代替悬浮物。对净水厂原水进行了浊度和悬浮物的检测对比，30n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文得到如图3-1所示关系式。图3-1原水浊度与悬浮物的关系根据上述描述的不同国家计算污泥量的公式，计算了该净水厂的干污泥量如表3-2所示。其中，进水量、浊度、色度等指标均取水厂所测的实际平均值。由结果数据分析可知，利用公式计算出的干污泥量小于实测值，其中以英国干污泥量计算公式所得到的干污泥量与实测值较为接近。表3-2由公式计算所得的干污泥量进水量浊度色度加铝量公式计算得出的干污泥量/(t/d)3（m/d）NTU（mg/L）美国英国日本3000012.185.5102122100由公式进行的污泥量的计算通常用在设计中，主要是因为SS和浊度的转换系数是根据经验取值，导致计算结果比较符合设计的要求。在利用上述的公式计算污泥量时，由于没有考虑混凝剂的残留量等因素，所以计算的结果常常小于实际值。3.2.3污泥量确定根据物料平衡原理，在水处理过程中不论添加何种的混凝剂，其全部排泥都是来自混凝剂和原水中的悬浮物，故可通过测量一定量的原水加药之后所产生的干污泥量以及日总进水量确定日干污泥量。针对净水厂的原水进行烧杯实验，在一定体积的原水中投加与生产实际相符合的混凝剂及药剂量，设定其生产条件与实际的混凝条件相同，进行搅拌。经定量滤纸过滤静沉之后的水样，过滤之后滤纸的净增重即为该体积原水中的干污泥量，之后根据水厂实际的日进水量计算其日干污泥量。本次试验选取了十组重复试验，其结果如表3-3所示。31n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表3-3水厂的日干污泥量3编号进水量/m污泥量/t1620.18118.342616.771203590.63117.344630.34118.295626133.616633.88126.347610.99120.468588.22133.889597.44110.9910650.91132.873由表中数据可知，该水厂中日平均处理量为616.54m/d，其平均干泥量为123.21t/d。小试试验确定的污泥量虽然不受场地和实际条件限制的影响，可行性较高。但由于实验中存在的影响因素较多，所以得到的干污泥量存在一定的误差。3.2.4污泥量的现场测定干污泥量与沉淀池和排水池的排泥规律密切相关，利用现场法进行确定，该水厂中沉淀池和滤池每日都按照固定的排泥周期进行排泥。在平流以及斜管沉淀池一个排泥周期内均匀取12个样，测定含固率，结果如图3-2所示。图3-2平流及斜管沉淀池生产废水含固率从图3-2中可知，平流沉淀池、斜管沉淀池生产废水平均含固率分别为1.43%33和0.41%。平流沉淀池。斜管沉淀池中日排泥量分别为4586m和13468m，由公32n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文式计算可知，该平流沉淀池、斜管沉淀池的干污泥量分别为66.58t/d和55.82t/d。因此，可知利用现场测定的方法得到的生产废水总干污泥量为122.4t/d。综上分析，现场测定法原理较简单，时间也较短，但由于其受净化工艺排泥时间周期的限制等原因，且受环境因素影响较大。3.3反冲洗废水水量的计算工艺生产中，滤池反冲洗废水量占生产废水总量的9%。由前述可知，工艺中3生产废水的总量为360640m，因此计算得出的反冲洗废水水量约为3360640×9%=32458m，反冲洗控制流程图如图3-3所示。图3-3反冲洗流程控制图33n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.4生产废水水质分析3.4.1沉淀池生产废水平均浓度测定在2012年5月~2012年6月期间，进行了沉淀池生产废水小试实验。首先确定了沉淀池中生产废水的平均浓度。在沉淀池排泥处，每隔30秒取样500mL，取样周期为一个沉淀池的排泥周期。将所取的污泥样进行混合，后测定了如下的指标：（1）沉淀池中生产废水的平均浓度在160~180NTU之间；（2）其含水率在99.92%~99.94%之间；（3）污泥的平均浓度在400mg/L~800mg/L之间；（4）沉淀池生产废水的排泥规律是从浓到稀的过程。3.4.2沉淀池生产废水排泥规律的研究取沉淀池生产废水平均水样，测定其沉降比如表3-4所示：表3-4生产废水经6h沉降比的变化平均水样浊度：170NTU污泥浓度：738mg/L时间30min1h2h3h4h5h6hSV6.5/3.56.5/3.56/46/46/47/37.5/2.5生产废水静沉六小时后，上清液的浊度变为3.7NTU，底泥浊度为813NTU，浓度变为3187mg/L。对沉淀池生产废水，设0.5min进行取样，进行了20组重复实验后，分别测定不同时间段的沉降比，以了解沉淀池生产废水从开始排泥到结束排泥的排泥浓度情况，其实验数据如图3-4所示：图3-4沉淀池生产废水沉降比随时间的变化34n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文由图中数据可知，沉淀池内生产废水浓度随时间的增加，先减小后增大，之后趋于平衡状态由图中数据分析可知，沉淀池生产废水的排泥浓度是一个由大到小的过程，之后进行下一次的排泥。3.4.3滤池反冲洗废水的性质研究滤池反冲洗废水沉降性变化如表3-5所示：表3-5滤池反冲洗废水沉降比的变化时间30min1h2h3h4h5h6h沉降比8.5/1.58.8/1.29/19/19/19/19/1由表中数据可知，滤池反冲洗废水沉降性能较好。在实际操作过程中，沉降比的测定快速、方便，受到了广泛的应用。在对污泥结构以及沉降性能熟悉之后，其还能为剩余污泥的排放提供参考。另外，污泥的异常现象也能够通过沉降比反映出来。因此，进行沉降实验时，要对沉降速率、污泥外观、泥水的界面是否清晰进行判断，这些情况对于运行状态的确定具有很好的作用。本次实验中污泥沉降比的测定是在1000mL的量筒内进行的，主要是考虑在100mL量筒中测定时，会产生一定的误差。在实际的应用中，沉降比不仅仅是指30min内的沉降过程，它还包括了SV5、SV120等一系列不同时间的沉降比测试，在不同时间内，沉降比的实验结果和意义往往是不同的。SV5被认为是初步沉降的阶段，该指标能反映沉降速率、沉降性能和泥质的结构；SV120可以观察污泥的上浮状态及分层的情况，从而初步判断溶解氧的含量，SBR池硝化情况等。因此科学合理的进行污泥沉降比的测试可以准确全面地掌握污水处理中的实际运行情况，正确的掌握和判断生产中出现的现象和问题，对于指导生产管理，减少污水处理过程中判断的失误，提高污水的处理效率具有重大的意义。3.5本章小结污泥量的确定是净水厂进行生产废水处理的前提，在对生产废水系统进行混凝处理之前首先确定其净水厂的污泥量。试验主要研究了污泥量的几种确定方法，并对生产废水的性质进行了分析，得出了如下的结论：（1）净水厂生产废水干污泥量可以通过公式计算、小试试验、现场监测以及生产废水处理系统现场确定四种方法确定。具体使用哪种方法确定，应结合实际的情况具体分析。通过计算确定出净水厂的日干污泥量为122.4t/d。35n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（2）通过实验对沉淀池生产废水及滤池反冲洗废水进行了水质指标进行分析，表明沉淀池中生产废水浓度是逐渐减少的过程，且生产废水浊度较大需进行混凝处理之后才能排放。滤池反冲洗废水沉降性较好。36n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第4章地表水净化工艺生产废水混凝处理研究4.1引言混凝是废水处理工艺中一种重要的处理过程，其过程是经某种方式使水中胶体和微小的悬浮物产生聚集，主要有絮凝和凝聚两个过程。其中，混凝能够去除[48]水中一些溶解性物质，也能够对水体中粗分散体系和胶体污染物进行去除。混凝的机理主要包括电性中和、吸附架桥和卷扫网捕等作用,同时也有人将压缩双电层作用列入混凝作用。虽然也有学者提出了类似于吸附沉积-电中和模式、混凝过滤模式等等新的理论，但却很少能应用到现阶段的实际水厂地表水净化工艺生产废水混凝处理研究中。4.2混凝处理中影响因素的研究在某净水厂生产废水样中进行了投加不同类型的混凝剂实验，研究了不同混凝剂对生产废水静沉的影响。本阶段实验分别选取了PAC、PAM、石灰水进行比较实验，各种混凝剂的有效成分均在28%~35%范围内，混凝剂的种类以及来源详见第二章。4.2.1投加PAC（聚合氯化铝）静沉实验研究取生产废水样，静沉6h，取其底泥，投加不同浓度的PAC观察实验效果，其数据结果如表4-1所示：表4-1生产废水样底泥沉降比随不同PAC投加量的变化水样浊度：880干物质：3089mg/L投药种类：PAC投药量510152025304050607080絮体———————————SV60———————————SV120———————————SV180———————————SV2401/91/91/91/91/91/91/91/91/91/91/9SV13204/64/64/64/64/64/64/64/64/64/64/637n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文由上表数据可知，在水样浊度880NTU，干物质3089mg/L条件下，在静沉6h之后，随着PAC投药量从5mg/L增加到80mg/L，底泥沉降比并没有发生明显的变化，经历240min均为1/9，经历1320min后均为4/6，即底泥中并没有形成良好的絮体，说明PAC的投加并没有起到很好的处理效果。其在投加PAC之后静沉的效果如图4-1所示：当投药量达到最佳值时，污泥比阻虽然达到最小，但其值却没有达到易脱水的比阻值范围之内。其原因可能是：该水厂在脱水调质之前已经投加过一次PAC，PAC投加后会使污泥的黏度增大，从而导致污泥中的水分难以被过滤，最终使其污泥比阻偏高。图4-1投加PAC之后生产废水的静沉效果4.2.2投加PAM（聚丙烯酰胺）之后静沉实验研究取生产废水，经静沉6h之后，取其底泥，投加不同浓度的PAM观察实验效果，所得数据如表4-2所示：表4-2生产废水样底泥沉降比随不同PAM投加量的变化水样浊度：880干物质：3089mg/L投药种类：PAM投药0234682.53.33.84.55絮体无无小大特大特大特小中大特大SV3002/84.7/5.4.7/5.4.7/5.4.7/5.4.5/5.4.7/5.4.7/5.4.7/5.4.7/5.SV6003.7/6.5/55/55/55/55/55.5/4.5.5/4.5/55/5SV12004.5/5.5/55/55/55/55/55.5/4.5.5/4.5/55/5SV1801/94.8/5.5/55/55/55/55/55.5/4.5.5/4.5/55/5SV2401/95/55.5/4.5/55/55/55/55.5/4.5.5/4.5/55/5SV3001/95/55.5/4.5/55/55/55/55.5/4.5.5/4.5/55/5SV1324/65/55.5/4.5/55/55/55/55.5/4.5.5/4.5/55/5NTU16.42.331.080.91.031.121.070.960.971.261.03NTU10.702.331.080.91.031.121.070.960.971.261.0338n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文由表中数据分析可知，在水样浊度880NTU，干物质3089mg/L条件下，静沉3六小时后的底泥（底泥量为9000m）中投加PAM后，随着PAM投加量的增大，絮体由小变大直至特大。尤其是在4.5mg/L的PAM之后，可形成良好的絮体，并可以继续使泥水达到分离的目的，静沉之后的沉降比例可达5:5。其上清液的浊度可达1NTU。在PAM投加量为4.5mg/L时，生产废水静沉效果如图4-2所示。图4-2投加PAM时生产废水的静沉效果4.2.3PAM与PAC混合联用时静沉实验研究图4-3PAM与PAC联用时的静沉效果39n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图4-3表示了从左到右的过程中，PAC的投加量逐渐增大，左数第一个烧杯为不投加PAC直接投加PAM时的对比样。取生产废水样，先投加5mg/L的PAC，20秒之后投加4.5mg/L的PAM。在实验中发现，PAC与PAM联用时沉降效果强于单独的PAC投加，但是沉降效果与单独投加PAM相差较多。说明当PAM与PAC联用时，不利于生产废水的静沉。而单独的PAM投加是较为优异的选择。4.2.4PAM与石灰联用时静沉实验研究先投加石灰对静沉6h后的沉淀池生产废水进行调质，之后投加PAM，其实验数据如表4-3所示：表4-3生产废水沉降比随PAM与石灰投加量的变化水样浊度：787NTU干物质：3386mg/L投药种类：PAM石灰水（以氧化钙计）PAM5.55.55.55.55.5石灰水010152025絮体情况无无无无无SV604/63/73/73/73/7SV1204.5/5.54.5/5.54.5/5.54.5/5.54/6SV1804.5/5.54.5/5.54.5/5.54.5/5.54.5/5.5SV2405/55/55/55/55/5SV3005/55/55/55/55/5NTU3000.871.522.061.931.87NTU13205/55/55/55/55/5PH7.007.237.357.437.52由表中数据可知，在水样浊度787NTU，干物质浓度3386mg/L，固定PAM投加量为5.5mg/L情况下，石灰水投加量从0增加到25过程中，均无絮体出现。静沉之后上清液浊度由0.87NTU上升到1.87NTU,pH值也由7.00上升至7.52.而且其沉降效果较单独投加PAM变差。说明采用PAM与石灰联用处理生产废水是不合适的。4.2.5PAM对生产废水絮凝效果的影响研究取生产废水样，直接投加PAM，其絮凝效果和沉降性如表4-4所示，由表中数据分析可知，在水样浊度160NTU，浓度为729mg/L的情况下，如将生产废水直接进行加药处理，静沉2h之后就可达到沉降比为7:3。随着投药量的增加絮体40n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文由没有到特大变化，上清液浊度也逐渐由2.64NTU降低到0.47NTU，同时色度也由未添加PAM情况下的23，降低到了9.当其投药量为1.2mg/L，处理泥量为30000m3，底泥的浓度为3000mg/L，即含固率为3%。因此，对于沉淀池中生产废水的处理来讲，可不必先经静沉处理，直接投加PAM混凝剂，即可达到较好的处理效果。表4-4生产废水直接投加不同剂量PAM之后的变化水样浊度：160NTU浓度：729mg/L投药量0123450.50.81.21.51.82.2絮体无中中大大大特大小中中中大大大大SV306.5/3.56/46/46/46/46/46/46/46/46/46/46/4SV606/47/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/3SV1806/47/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/3SV2406/47/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/3SV3007/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/3SV13207/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/37/3NTU3002.640.470.660.700.710.870.440.750.520.470.480.59239991111911119994.2.6PAM投加对干污泥量的影响研究取15组不同浓度生产废水样，在每组生产废水浓度下分别投加不同浓度的PAM，选择絮体适合，经静沉后上清液指标适合的PAM投药量确定为最佳投药量。在不同生产废水浓度下，以生产废水浓度为横坐标，与其对应的最佳投药量为纵坐标，所得曲线图如4-4所示：图4-4污泥浓度与投药量的关系由图中数据可知，随着污泥浓度的不断增大，最佳投药量也随之增大，且二者表现出良好的线性相关性，相关系数为0,9266，尤其是当污泥浓度达到4000mg/L41n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的情况下，最佳投药量仅仅约为7.5mg/L，表明采用PAM为混凝剂时，只需要较小的混凝剂的量即可处理较大的污泥浓度，体现了PAM作为混凝剂的优越性。在情况下，干污泥量和最佳投药量比为1:1.8%。上清液浊度可达到1~2NTU，其沉降比为5:5。底泥含水率为99.3%~99.5%之间。实验过程中得到的在此条件下，絮凝效果如图4-5所示。图4-5最佳投药量下的絮凝效果在图4-5所示最佳投药量下，生产废水总量为30000m3/d，经过调节池但不投加混凝剂静沉6h之后，沉降比变为7:3，即底部的污泥总量为9000m3/d，其底泥浓度为3000mg/L，投药量为4.5~5.5mg/L左右，静沉6h之后，污泥沉降比变为5:5，上清液的浊度可达到1~2NTU。4.2.7滤池反冲洗废水中投加PAM实验研究取在滤池反冲洗废水池中的废水，投加一定量的PAM，观察沉降效果、浊度以及色度的变化。其数据结果如表4-5所示：表4-5反冲洗废水中投加PAM的变化反冲洗水样浊度：41底泥浓度：334mg/L投药量mg/L00.20.40.60.81絮体无小小中中大30min沉降比9/19/19/19/18.5/1.58.5/1.51h沉降比9/19/19/19/18.5/1.58.5/1.52h沉降比9/19/19/19/18.5/1.58.5/1.53h沉降比9/19/19/19/18.5/1.58.5/1.54h沉降比9/19/19/1（*）9/1（*）9/1（*）9/1（*）42n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表4-5（续表）投药量mg/L00.20.40.60.815h沉降比9/19/19/1（*）9/1（*）9/1（*）9/1（*）22h沉降比9/19/19/1（*）9/1（*）9/1（#）9/1（#）5h浊度1.480.320.330.350.370.43色度1511991111*：部分上浮#:全部上浮由表中数据分析可知，在反冲洗水样浊度41NTU，底泥浓度334mg/L的情况下，絮体随着投药量的增加粒径不断增大，5h浊度也逐渐降低。但是经历不同时间的污泥沉降比始终维持在9/1，且色度也近乎没有变化。同时，随着投药量的增大，经4h沉降后，加入一定量的PAM作为混凝剂使污泥部分上浮。在PAM投加量0.8mg/L及1.0mg/L的情况下，甚至出现了污泥全部上浮的情况。这表明，在滤池中反冲洗废水的浓度较低，沉降性能较好，投药过量之后由于外界的影响，可能产生污泥上浮的现象，因此在滤池反冲洗废水中不建议采用投加混凝剂处理或者投加少于0.2mg/L的PAM进行处理。4.3水质指标的分析4.3.1不投加PAM生产废水水质分析水质指标分析的目的是为了确定投加和不投加PAM的效果。取生产废水样，经静沉6h之后，测定了上清液中的各项水质指标（包括COD、浊度、氨氮、细菌指数、SS）以及底泥（含固率）等各项指标。其实验结果数据如表4-6所示。表4-6生产废水常规指标确定生产废水浓度为2g/L类型CODMnNH3-N浊度细菌总数SS含固率mg/Lmg/LNTUCFU/mLmg/L%生产废水65.610.7100.77577.9—底泥—————3由表中数据可以看出，生产废水中不投加助凝剂时，其上清液中水质各项指标都较大，不符合生产废水排放标准，其底泥的含固率较小不利于直接离心脱水。因此，进行了下一步的实验工作。通过研究细菌总数（异养菌计数HPC）变化，经过水厂的常规处理后，HPC计数结果表明了出水微生物的指标满足要求。说明43n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文混凝沉淀工艺处理的效果较好，这是因为病毒、细菌能够吸附在悬浮物以形成浊度颗粒，但是工艺对浊度的去除效果较好，细菌指标的变化受水温的影响较大。4.3.2投加PAM生产废水水质分析生产废水不投加混凝剂直接进行静沉之后，其上清液中各项指标均未能达到相关的排放标准，经过之前的实验分析，PAM对生产废水的静沉具有促进作用，因此本次实验静沉6h之后的生产废水中投加助凝剂PAM，之后测定了各项水质指标，其数据结果如表4-7所示。表4-7生产废水投加PAM生产废水水质指标生产废水浓度为2g/L投加PAM浓度为4.5mg/L类型CODMnNH3-N浊度细菌总数SS含固率mg/Lmg/LNTUCFU/mLmg/L%生产废水12.43.61.8147.8—底泥—————11.3由表中数据分析可知，在生产废水浓度为2g/L投加PAM浓度为4.5mg/L的条件下，生产废水中的CODMn由65.mg/L降低至12.4mg/L，NH3-N由10.7mg/L降低至3.6mg/L，浊度由100.7NTU降低至1.8NTU，细菌总数CFU/mL由75降低至14，SS也由77.9mg/L降低至7.8mg/L。然而底泥的含固率却由3%上升至11.3%，增大的含固率意味着更加易于直接脱水。这表明，经助凝剂PAM处理后，沉淀池中生产废水上清液中各项水质指标基本符合排放标准，所以对于沉淀池排泥水需进行PAM处理，以便达到排放要求。4.4混凝处理实验研究混凝作用主要是以絮体之间的相互作用过程完成的。经济、较好的混凝剂对混凝效果的影响很重要，但是也应该在设备上保持浩的水利条件，以能够形成较好的混凝颗粒。这对于后续沉淀和过滤工艺的高效运行非常的有利。混凝基础理论一般将混凝过程按混凝反应的进行的程度分为凝聚和絮凝两段。其中在混合阶段我们通常认为主要发生凝聚作用即胶体颗粒的脱稳失去稳定性，同时由于布朗运动对已经脱稳的胶体颗粒的作用而生成微絮体的过程；凝聚通常则是指混凝反应中这样一个阶段，即微絮体形成大絮体的阶段。混凝理论是随着DLVO理论的提出而逐步发展起来的,该理论对一定条件下的胶体凝聚及其稳定性的研究的进展产生了巨大的贡献。但是该理论的缺陷之处在于它不能用来解释水处理中发生的全部混凝现象，比如说胶体再稳的现象。由上述对混凝处理中44n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文影响因素的分析可知，混凝过程主要受污泥浓度、温度等条件的影响。向生产废水中投加絮凝剂PAM可明显改善絮凝体的沉降性能，说明在混凝处理过程中，有机高分子混凝剂PAM起到了良好的效果。事实上，PAM既是混凝剂又是助凝剂，经水解之后主要是以高分子架桥机理进行混凝，同时压缩双电层机理、吸附电中和作用机理也起到了一定的作用，进而使颗粒产生凝聚作用，这就是混凝处理的主要作用机理。此后继续进行的混凝过程中，颗粒之间可通过布朗运动或惯性碰撞作用等同向絮凝过程相互结合团聚下沉。4.5沉淀池生产废水混合沉淀与滤池反冲洗废水试验将滤池反冲洗废水静沉之后，上清液排掉，同时将沉淀池生产废水静沉6h的底泥与滤池底泥进行混合，投加助凝剂PAM，沉降比及上清液中浊度、氨氮、COD等各项指标，并将静沉之后的底泥送至离心脱水机进行脱水，观察底泥的脱水情况。通过实验测定了污泥的脱水性能。表征污泥脱水性能的主要参数是污泥比阻和污泥毛细吸水时间。污泥比阻(SRF)的定义为：在单位面积上,单位滤饼的干固体重量受到的阻力大小(mg/g)。污泥比阻代表污泥的渗透性,污泥比阻越大，其过滤性越差。比阻测定过程与真空过滤脱水过程基本相近，因此比阻能非常准确地反映出污泥的真空过滤脱水性能。同时，比阻也能比较准确地反映出污泥的压滤脱水性能。但是，比阻不能准确地反映污泥的离心脱水性能，因为该过程与比阻测定过程相差甚远。毛细吸水时间代表污泥的过滤性。污泥比阻和毛细吸水时间具[37]有相关性,Christensen等提出毛细吸水时间和污泥比阻的关系式:CSTcSRFw+c1f2f（4.1）其中,c1和c2为系数,为过滤液粘度，w为单位体积过滤液的固体含量。本次实验对沉淀池中底泥样品进行了比阻测定。首先利用烘箱、分析天平实验装置测定了样品的含固率，其含固率为5%，之后取50mL泥样利用隔膜真空泵、布氏漏斗、定性滤纸等实验装置，在0.035MPa真空度下进行比阻测定实验。比阻的计算公式为：22PAbrc（4.2）式中：r—单位重量的阻抗，cm/g；P—过滤时的压差，Pa；2A—过滤面积，cm；45n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文μ—滤液粘度，根据滤液温度查表可得，（Pa·s）；c—单位滤液产生的泥饼干重，g/mL；b—通过测定恒定真空度下一系列t-v数据，作一直线，其斜率为b，2（s/cm）。由实验可得出比阻抗值r为3.8×1011cm/g，其值介于过滤污泥与难过滤污泥之间。但是由于PAM混凝剂的添加，比阻抗值实际已较原来有所减少，表明PAM的添加是有利于增强污泥的过滤性的。由于某净水厂每年中多数时期处于低温低浊期，增加PAM混凝剂投加后的比阻测定对于选择脱水设备具有一定的参考价值。4.6生产废水中试实验研究中试试验是在北方该净水厂中进行的，以水厂原水为试验对象，针对混凝和沉淀两个阶段进行试验。为确定生产废水的最佳处理工艺，通过G值中试实验确定了搅拌的G值，进行了沉降比与进泥浓度关系的实验，通过污泥回流中试试验验证了之前小试试验结论的可靠性。在高密度沉淀池中进泥流量的变化会影响水处理的效果，当生产废水流量过大时，沉淀池中上升流速太大，可能产生污泥上浮的现象。在进水流量较小时，会造成折板反应区上升流速较慢，使污泥较难翻过折板导致反应区污泥沉积。通过上述实验，为确定生产废水的最佳处理工艺提供参考。4.6.1G值中试试验在高密度沉淀池PAM投加区域内，采用推进式搅拌桨进行混合搅拌，对于确定搅拌的G值，进行了如下的试验：以初定搅拌强度运行系统，调节投药量至最佳，待系统稳定运行后取样，改变搅拌强度，待稳定后重新取样，试验数据如下：4.6.1.1初次混合搅拌试验此次试验为初次运行系统，在进泥浓度0.069%，投药量0.6mg/L的条件下进行。但是由于系统的稳定时间较长，因此上清液浊度始终呈下降的趋势，不足以作为参考。表4-9混合搅拌试验进泥浓度：0.069%投药量：0.6mg/L时间：2012.06.05Hz转速r/minG值絮体大小/μm沉降比浊度/NTU附录501005.0820600340.64上翻区域不均匀501005.2146n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文表4-9（续表）Hz转速r/minG值絮体大小/μm沉降比浊度/NTU附录501005.03701104.5215450248.74701104.46稳定701104.42701303.9010300156.83701303.76混合区可见絮体701304.0945903.82515064.9345903.92絮体松散45903.859046.5进泥上清液—9044.54.6.1.2对比试验为进行准确的说明，混合搅拌试验如表4-10所示。表4-10混合搅拌试验进泥浓度：0.102%投药量：0.75mg/L时间：2012.06.04Hz转速r/minG值絮体大小/μm沉降比浊度/NTU附录501303.7020600340.64501303.70不均匀501303.68701503.6215450248.74701503.38稳定701503.35701703.6010300156.83701703.19可见絮体701703.30451305.89515064.93451305.57絮体松散451305.68进泥上清液11025.4—47n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文由此两次试验中观察得到的数据结果分析可知，在进泥浓度0.102%，投药量0.75mg/L的情况下，当搅拌强度为20Hz也即是转速600r/min和剪切速度为340.64时，絮体被过大的搅拌强度剪碎，此时沉降比较小为130，且絮体较小粒径只有50μm。随着搅拌强度的降低至10Hz，絮体逐渐增大至70μm，此时絮体逐渐，且沉降比也增加至170。但在此过程中上清液浊度并无明显变化，始终维持在3.2-3.7NTU。当搅拌为5Hz时，过小的搅拌强度已经不足以充分提升进泥水，絮体较为松散，反应区出现沉积现象，翻过堰板的絮体表少，故沉降比降低。此次试验确定了10~20Hz之间为较合理的搅拌强度，在此区域内继续试验如下：4.6.1.3小范围混合搅拌强度试验小范围混合搅拌强度试验结果如表4-11所示：表4-11混合搅拌试验进泥浓度：0.074%投药量：0.6mg/L时间：2012.06.05Hz转速r/minG值絮体大小/μm沉降比浊度/NTU附录701503.7910300157.52701503.84絮体松散701503.80701203.6513390211.97701203.59稳定701203.76701203.9616480267.12701203.85稳定701203.79501104.0619570322.26501103.77稳定501103.9411019.5进泥上清液—11020.2此次试验是从搅拌强度10Hz到19Hz，初始条件为进泥浓度0.074%，投药量0.6mg/L。从现象上来看，在搅拌强度为10Hz时，絮体较弱，结构较为松散。而到19Hz时絮体开始变小仅为50μm，但是絮体结构较为稳定。整体上来看，随着搅拌强度的增大，污泥沉降比呈逐渐下降趋势，由150逐渐下降至110。而随着强度的增大结构与上清液的浊度却一直保持稳定。综合来看，13-16Hz为较好的搅拌强度。48n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4.6.1.4继续混合搅拌试验继续混合搅拌强度试验如表4-12所示：表4-12混合搅拌试验进泥浓度：0.153%投药量：0.85mg/L时间：2012.06.06-1Hz转速r/minG值/s絮体大小/μm沉降比浊度/NTU附录702504.2910300157.52702503.95絮体松散702503.93702003.7713390211.97702003.48稳定702003.82702003.9016480267.12702003.94稳定702003.82501904.5319570322.26501904.39稳定501904.2717014.7进泥上清液—17015.9在进泥浓度0.153%，投药量0.85mg/L的条件下，尽管此次试验进泥水浓度较大，混合搅拌的强度应该在390r/min~480r/min之间，建议采用450r/min。4.7本章小结混凝剂的种类及浓度对净水厂生产废水的混凝处理有至关重要的作用。本章通过小试与中试试验研究，得出了以下结论：（1）生产废水性质的影响因素较多，主要有：净水工艺中投加的混凝剂种类、混凝剂浓度、混凝剂投加量以及水质的影响，这几种作用中混凝剂的种类产生的影响最大。（2）对于沉淀池生产废水和滤池反冲洗废水来讲，沉降比和静沉之后上清液水质不同：PAC生产废水沉降比较小，PAM生产废水沉降比较大，PAM与石灰联用时效果较差；滤池反冲洗废水经静沉后水质指标较差；沉淀池排泥与滤池底泥混合之后静沉，经PAM处理之后，污泥脱水性增强，且上清液水质指标变好。（3）G值中试试验表明，混合搅拌强度应在390r/min~480r/min之间，建议采用450r/min。49n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第5章基于混凝处理的地表水净化工艺生产废水回用及效益分析5.1引言传统对于生产废水处理工艺是将生产废水收集后进行浓缩，将其上清液进行回流，底泥进入污泥处理间进行污泥脱水的处理，制成泥饼外运处理。通常，废水中含有氢氧化物活性沉淀，若进行回用将大幅度的增加胶体颗粒的浓度，同时由于这部分颗粒已脱稳且其Zeta电位大于0，进而增强了絮凝碰撞的几率及效率，形成的絮体吸附量大、结构紧凑，因此混凝效果得到了很大的增强。5.2生产废水的回用分析5.2.1生产废水直接回用技术生产废水回收利用的方式，目前主要有两种：一是直接回用，二是处理后回用，直接回用是目前国内采用较多的处理方式，将滤池反冲洗废水或生产废水上清液收集到调节池，经泵提升与原水混合，按照收集方式不同分为合建式和分建式，其中滤池反冲洗废水和沉淀池排泥水收集至同一构筑物称为合建式，分别收集称为分建式。合建式工艺简单，节省了污泥浓缩池的容积，但由于排泥水与反冲洗废水的水质差异较大（排泥水含固量较高而水量较小；反冲洗废水含固量较低而水量较大），使得调节池的上清液水质不甚理想，下沉污泥浓度偏低，后续污泥脱水后泥饼含固量偏低等。直接回用生产废水对自来水厂出水水质安全风险是存在的，特别是生产废水浓缩了原水中的污染物和大量的贾第鞭毛虫孢囊和隐孢子虫卵囊，而贾第鞭毛虫和隐孢子虫又具有极强的抗氯性；直接回用滤池反冲洗水，水厂不同加氯点与废水中有机物作用，对回用水消毒副产物有潜在影响。5.2.2常规处理回用技术水厂生产废水常规处理技术包括沉淀、微砂辅助沉淀、气浮、颗粒床过滤等技术，这些技术应用于生产废水回用方面有显著的特点。沉淀技术是应用最广的反冲洗废水预处理技术工艺比较成熟，通常需投加混凝剂来降低出水的色度等指标，确保出水水质达到设计要求和排放要求"根据生产废水水量设计的处理构筑物一次性投资低，运行费用较低；但是理想的沉淀效果难以达到，单纯的混凝－沉淀一般不能达到水处理要求，一般需要加砂滤保证水质；混凝剂投加量因水质变化难以精确控制，这也导致沉淀效果变差。此外，混50n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文凝－沉淀回用滤池反冲洗废水会引起致病微生物的增加，这种技术回用滤池反冲洗废水是不太可靠的。微砂辅助沉淀工艺是通过添加微砂和一种混凝剂来提高絮凝和澄清的效果，特点是适用性强，既可适用于低温、低浊、高藻水，又可适应高浊水。陈有军、刘永康等采用微砂辅助沉淀工艺处理生产废水打破了泥水排放量为工艺设计水处理能力的3%或6%的限制，有效地减少了泥水排放量"但微砂辅助沉淀工艺相对复杂、投资较高。气浮法是使悬浮物附着气泡而上升到水面，从而分离水和悬浮物的水处理方法。通常所指的气浮多是加压溶气气浮。天津芥园水厂采用加压气浮工艺对生产排泥水处理系统进行改造，每日节水量可达到水厂日供水量的2%～4%，出泥含固率在22%以上。但气浮技术设备复杂、运行过程控制参数多，维护费用高，操作复杂，一次性投资高，也可能会引起出厂水致病微生物增加的问题，限制了在生产废水回用方面的应用。5.2.3回流试验分析针对高密度沉淀池运行中，回流部分污泥对于反应区絮体沉降效果以及出水上清液的影响，此前进行了小试试验和系统检测。在得到了一定初步结论的基础上，进行了中试试验以验证和检验结论的正确性。首先设定固定的进水浓度，调节不同比例的回流污泥，以便观察效果。试验数据如下所示：表5-1回流试验及相关指标进泥浓度：1.1g/L回流泥浓度：12.9g/L编号回流回流浓度沉降比上清液COD(mg/L)氨氮附录100123.352.40.12投药量200123.172.640.073同上3326.6143.381.920.12同上4326.6143.282.080.084同上5326.6144.382.560.078改投药6326.6144.202.40.17同上7326.6144.212.240.078同上8642.8165.432.320.067同上9642.8176.212.320.15同上10642.8177.032.560.17同上从试验结果来看，过大的回流量会使的上清液的浊度增加，而且在回流量较小时，回流泵难于控制，无法定量回流污泥。51n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文针对上述过程中出现的问题，修正了试验方法，首先固定进泥水浓度运行一段时间，向装进泥水的罐内投入一定比例的回流污泥继续运行。此方法可更准确的控制回流泥量，缺点是不可调节。试验结果如下表所示：表5-2污泥及其回流之后各指标的变化进泥浓度：1.96g/L投药量：1.4mg/L编号沉降比上清液浊度COD/mg/L1255.14.322245.04.083276.25.23回流之后浓度：2.29g/L投药量1.4mg/L编号沉降比上清液浊度/NTUCOD/mg/L1284.934.82285.224.723295.786.16表5-3污泥及其回流之后各指标的变化进泥浓度：1.12g/L投药量：0.6mg/L编号沉降比上清液COD/m氨氮/mg/L1133.882.160.352133.361.60.413133.131.680.37回流之后浓度：1.46g/L投药量：0.6mg/L编号沉降比上清液浊COD/mg/L氨氮1153.351.680.332153.511.760.363153.281.60.32表5-4污泥及其回流之后各指标的变化进泥浓度：2.12g/L投药量：0.5mg/L编号沉降比上清液浊度/NTUCOD/mg/L氨氮153.612.420.11243.361.840.13343.722.440.1552n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文回流之后浓度：3.03g/L投药量：0.5mg/L编号沉降比上清液浊度/NTUCOD/mg/L氨氮183.231.60.067283.531.680.06383.191.60.11通过以上三组试验可以得出如下结论：（1）由于本次试验旨在优化系统运行，而大量高浓度的回流明显是不合理的，所以此次试验的回流量较小，基本上相当于回流了1%浓度的污泥2%~4%的量。当进泥浓度较浓时，回流如此量的污泥，对系统运行影响较小，从絮体情况和上清液指标上基本看不出差别。（2）当进泥浓度较稀时，投药量会较过量。此时回流适量浓度的污泥可改善上清液指标，但不经回流，系统也可正常运行。（3）当进泥浓度增加时，即使减小了药剂投加量，出水中的各项指标也能降低。说明，适当增大回流污泥的浓度对于废水回用工艺有益。（4）污水回用工艺见第二章图2.1。5.3生产废水的效益分析对废水回用工艺中各项运行成本进行了分析，以该净水厂为例进行说明。如表5-5所示。表5-5运行成本的各项基本数据序号项目名称单位基本数据31设计水量m/d116332设计干污泥量t/d122.43污泥外运费用元/m3304电费单价元/度0.555职工工资福利万元/人、年1.86固定资产基本折旧率%57日常检修维护费率%18净水厂混凝剂单价元/t25009絮凝剂PAM万元/t2.553n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文其中，回用工艺中运行费用如下表5-6所示。表5-6回用工艺中的运行费用序号项目回用工艺（万元/d）1污泥外运费用0.32电费0.553药剂费0.014工资福利0.045日常检修维护费用0.016固定资产基本折旧费0.127运行费用1.03通过计算，回用工艺中的日运行费用为1.03万元，具有较好的经济效益。通过对生产废水回用工艺中，各项运行成本进行分析，得出回用工艺中的日运行费用为1.03万元，具有较好的经济效益。经过回收处理后，可处理的废水总3量为36000m。54n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文结论本文以某净水厂为例进行了小试试验，同时进行了中试试验。主要进行了地表水净化工艺生产废水水量计算及水质分析，之后对地表水净化工艺生产废水混凝处理机理研究。最后对混凝处理的地表水净化工艺生产废水回用及效益进行了分析。得出了如下结论：1、PAC具有一定的强化助凝作用，但效果并不理想；PAM对生产废水的絮凝具有良好的促进作用，单独处理生产废水时，生产废水浓度为100mg/L，PAM浓度为4.5mg/L时具有较好的絮凝作用；PAM与石灰水联用处理生产废水时，其效果反而变差；生产废水如直接静沉，其上清液中的指标不能达到排放的标准，但在静沉之后的生产废水中投加助凝剂PAM之后，其上清液中浊度及SS等指标可达排放要求。2、对于某净水厂低温低浊水，其絮凝沉淀时间对混凝效果影响很大，絮凝沉淀时间越长混凝效果越好。3、实验发现，PAM助凝剂的投加对某净水厂的处理最为适宜，当其投药量为4.5mg/L时，浊度去除率可达81.33%，此时CODMn及SS的去除率分别为46.78%、68.55%。由于生产工艺以及原料等原因，在水厂实际运行的过程中建议使用助凝剂PAM。4、净水厂污泥量的确定是后续生产废水的处理的前提。试验采用了公式法、小试试验、现场测定和生产废水的系统监测这四种方法确定污泥量，并讨论了每种方法的适用情况。在水厂中分别采用了这四种方法计算了污泥量，确定污泥量的平均值为122.45t/d。5、对混凝机理进行了研究，向生产废水中投加絮凝剂PAM可明显改善絮凝体的沉降性能，说明在混凝处理过程中，作用机理为混凝剂经水解之后产生压缩双电层机理、吸附电中和作用机理及高分子络合物形成吸附架桥的能力，最后使颗粒之间发生凝聚作用，这就是混凝处理的主要作用机理。6、通过北方某市水厂的中试试验，结果表明，其混合搅拌的强度因控制在390r/min~480r/min之间，建议采用450r/min。通过回流中试试验，其结果表明，回流污泥浓度较大时，其投药量较大。回流的污泥量较大或较小时，均对系统有不利的影响。因此应采用适当的回流污泥浓度进行回流。7、通过对生产废水回用工艺中，各项运行成本进行分析，得出回用工艺中的日运行费用为1.03万元，相比不进行回用时具有较好的经济效益。55n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文净水厂生产废水的混凝处理已经取得了一定的进展，但对其机理的分析较少，在具体的处理研究工程中，仍存在不少问题。优良混凝剂的选择是每个净水厂进行处理的前提，不同的混凝剂对生产废水处理的效果有所不同，综合考虑其成本和适用性选择最佳的混凝剂。通常来讲，滤池反冲洗水中常含有滤料，滤料随滤池反冲洗水进入生产废水处理系统，对系统中的泵体和离心机均有损害，减少使用寿命，造成不必要的经济损失。因此对于如何处理滤池中滤料也是未来一个很好的研究方向。56n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文参考文献[1]李文英.净水厂生产废水回用风险分析及控制研究[D].西安建筑科技大学,2012.[2]张怡.长江水源水厂生产废水处理处置研究[D].同济大学硕士学位论文.2007[3]陈友岚.武汉地区水厂废水处理研究[D].华中科技大学硕士学位论文.2004[4]FilterBackwashRecyclingRuleTechnicalGuidanceManual[EPA816-R-02-014,December2002]:43～44Abdomse,EwidakTYoussefyM.RecoveryofAlumfromWastedSludgeroducedfromWaterTreatmentPlants.EnvironmentalScienceHealth[J].1993,28(6):1205～1216[5]桂春雷.基于水代谢的城市水资源承载力研究[D].中国地质科学院,2014.[6]左玉平.净水厂生产废水回用强化混凝工艺水质安全性研究[J].甘肃科技,2013,04:60-62.[7]杨燕华,周夏海,朱先富.水厂排泥水的控制和处理[J].中国给水排水,2014,18:40-44.[8]沈玉琼,上海长江原水厂生产废水浓缩及其后续工艺研究[D],上海:同济大学,2003[9]谢家峰.山西省典型污水处理厂能耗分析与节能措施研究[D].太原理工大学,2013.[10]原建光,孙娟,苑丽,赵迎春.污水处理厂节能降耗的运行措施[J].中国给水排水,2013,18:149-153.[11]J.K.Edzwald，J.E.Tobiason．FateandRemovalofCryptosporidiuminaDissolvedAirFlotationWaterPlantwithandwithoutRecycleofWasteFilterBackwashWater．WaterScienceandTechnology:WaterSupply,2002,2(2):85-90[12]H.Arora,D.Giovanni,G.M.Lechevallier.SpentFilterBackwashWater：ContaminantsandTreatmentStrategies.AWWA,2001，93(5):100-112.[13]柯乐.北江水厂生产废水安全回用技术研究[D].华南理工大学,2013.[14]张弓,孙敏,付永华.滤池反冲洗水直接回用对给水厂水质的影响[J].工业水处理,2012,04:65-68.[15]聂立伟.部分城市给水厂运行与生产废水状况调查及典型水厂分析[D].哈尔滨工业大学,2013.[16]H.Arora,D.Giovanni,G.M.Lechevallier．SpentFilterBackwashWater：ContaminantsandTreatmentStrategies．AWWA,2012,93(5):100-112．57n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文[17]J.K.Edzwald，J.E.Tobiason．FateandRemovalofCryptosporidiuminaDissolvedAirFlotationWaterPlantwithandwithoutRecycleofWasteFilterBackwashWater．WaterScienceandTechnology：WaterSupply，2002，2(2)：85-90．[18]J.C.Bourgeois,M.E.Walsh,G.A.Gagnon.Comparisonofprocessoptionsfortreatmentofwatertreatmentresidualstreams[J]．JournalofEnvironmentalEngineeringandScience，2004，3(6):408-416.[19]J.K.Edzwald，J.E.Tobiason.Enhancedcoagulation:USrequirementandabroaderview[J].WaterScience&Technology,2009,40(9):63-70.[20]毛冉冉.强化混凝对超滤膜运行状态及处理效能研究[D].山东大学,2013.[21]李潇潇,张跃军,赵晓蕾等.低温低浊河网水的有机高分子助凝剂处理研究[J].工业用水与废水,2008,39(3):26-29．[22]张跃军,赵晓蕾,李潇萧等.低温、低浊宁波白溪水库水的混凝剂优化[J].中国给水排水,2007,23(13):52-55．[23]付昆明,李冬,朱兆亮等.呼延水厂低温低浊水的絮凝试验研究[J].中国给水排水,2008,24(11):39-46．[24]MehmetAliYukselen，JohnGregory.Thereversibilityofflockbreakage[J].Inc.Miner.Process.2004,(73):251-259．[25]M.Vepsalainen，M.Ghiasvand.InvestigationsoftheeffectsoftemperatureandinitialsamplepHonnaturalorganicmatter(NOM)removalwithelectro-coagulationusingresponsesurfacemethod(RSM)[J].SeparationandPurificationTechnology，2009，(69):255-261.[26]王慧子.以气浮法为核心的水库原水净水工艺设计及应用[D].合肥工业大学,2014.[27]李喜林,刘玲,周新华,何峰,狄军贞.高锰酸钾与沸石联用处理低温低浊微污染水源水实验研究[J].非金属矿,2013,03:66-68.[28]J.P.Malley,J.K.Edzwald.Laboratorycomparisonofdissolvedairflotationwithconventionaltreatment[J].AWWA,1991,84(9):56-61.[29]员建,燕维伟,温国蛟,李曼.不同预氧化剂强化直接过滤处理低温低浊微污染水的试验研究[J].水处理技术,2013,01:101-105.[30]Clarificationwithmicrosandseeding:Astateoftheart[J]．WaterResearch(15)：1281-1290．[31]M.Gutshall．Microsandenhancedclarificationforwastewatertreatment:resultsfrompilotstudiesinprimarytertiaryandCSOapplication[A].WEFTEC’98[C].Florida:Orlnado,2008．58n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文[32]张玉婷.沉淀池污泥回流强化低浊水处理实验研究[D].武汉理工大学,2014.[33]J.H.Green,M.Tylla.AcomparisonofultrafiltrationonvariousriverwatersDesalination.1998,(119):79-84.[34]袁一星,关小红,马军,张杰,于水利.北方寒冷城市饮用水安全保障技术研究与示范[J].给水排水,2013,09:22-28.[35]CornwellD.A.ManagementofWaterTreatmentPlantSludgeandItsltimateDisposal;AnnArborScience.1981[36]邹静.新型无机—有机复合高分子絮凝剂的制备及性能研究[D].北京化工大学,2012.[37]王东升,刘海龙,晏明全等.强化混凝与优化混凝:必要性、目标和发展方向.中国[38]化学会.第七届水处理化学会暨学术研讨会,山东大学,2004.9.13—9.15[39]王文君.浅谈水处理药剂的发展及其应用[J].科技促进发展,2011,S1:13-56.[40]赵艳,张冰如等.聚合氯化铝的盐基度与水解形态.应用化学,2004,2(21):212-214[41]郑伟杰.强化混凝处理淮河微污染水试验研究[D].山东建筑大学,2011.[42]王振北.水处理絮凝工艺强化及颗粒形态控制技术研究[D].哈尔滨工业大学,2013.[43]中华人民共和国卫生部,中国国家标准化管理委员会.生活饮用水卫生标准检验方法(GB/T5750—2006).2006.12[44]赵秀慧.奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺提标改造及再生水利用[D].太原理工大学,2013.[45]贾志宾.现代城市公共休闲空间设施设计研究[D].河北大学,2010.[46]王新亮.城市小区雨水、杂排水处理及回用研究[D].天津大学,2008.[47]CornwellDA.ManagementofWaterTreatmentPlantSludges.SludgeandItsUltimateDisposal,AnnArborScience,1981[48]李庆刚.新型高分子絮凝剂的研制及其在氧化铝工业中的应用.中南大学硕士学位论文.2010:20-23[49]Christensen,J.R,Sorensen,P.B,Christensen,G.L,Hansen,J.A.Mechanismsforoverdosinginsludgeconditioning[J].Environ.Eng,1993,119:159-171.[50]江桂斌,蔡亚岐,张爱茜.我国环境化学的发展与展望[J].化学通报,2012,04:295-300.[51]陈威,朱雷,梁华杰.强化混凝法去除微污染原水有机物的研究与发展J[].国外建材科技,2005,26(6):33一35.[52]钱庆玲等.微生物源水净化技术综述川公用科技,1995,11(:3)30一34.59n哈尔滨工业大学工程硕士学位论文[53]谭智,许建华污染水源的生物法预处理[J].水处理技术.1995,21(2):232-236.[54]周胜昔,姚忠东.桐乡市果园桥水厂深度处理工艺设计和运行[J]给水排水,2004,30(l):610[55]陆在宏臭氧一生物活性炭法去除水中有机物[M].上海环境科学,1986,5(:3)2-4.[56]薛记中.生物陶粒滤池预处理溢阳河微污染源水阴.中国给水水,1999,15(ll:)66一681541桑军强,王占生.BAF在微污染源水生物预处理中的应用[J]中国给水排水,2003,19(2)二21~23.[57]吴为中,工占生.水库水源水生物陶粒滤池预处理中试研究[J]境科学研究,1999,!2(l):10-14.[58]陈洪斌,梅翔,高廷耀等.受污染源水的生物预处理中试研究[J].同济大学学报(自然科学版),2001,(10).1241-1245.[59]崔福义,张兵,唐利.曝气生物滤池技术研究与应用进展[J]环境污染治理技术与设备,2005,6(10):l-7.[60]桑军强,王占生.BAF在微污染源水生物预处理中的应用[J].中国给水排水,2003,19(2):21-23.[61]谢曙光,张晓健,王占生.极低温度下两级曝气生物滤池的运行特性[J].中国给水排水,2002,18(7):17-19.[62]林文君,贺北平,张锡辉等.生物预处理对受有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