水务一线 | 水厂排泥水如何选择处理工艺？

栏目导读

中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题，打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于中国科技核心期刊《净水技术》“'清时捷’供排水企业运行及管理成果专栏”的原创论文，供同行交流参考，并抛砖引玉，培育一线生产技术人员线上交流的平台。

本期摘要

《预氧化工艺对净水厂排泥水处理的影响》发表于《净水技术》2022年第1期，结合水厂排泥水对环境的污染引发行业的重点关注的背景，针对水厂排泥水开展处理研究，对自然沉降、混凝沉淀以及预氧化-混凝沉淀等三种方式对排泥水处理效果进行了对比，以期满足水厂高标准回用要求，对水厂实际生产过程中的排泥水的处理技术提供了一定的技术支撑，同时通过用水效率的提升，实现水资源节约和循环利用。

项目背景和生产问题的发生

排泥水水量约占水厂供水量的3% ~ 7%，若这部分水回收再利用，不仅可避免水体污染，且在目前水资源紧张的情况下，可提升用水效率，做到水资源节约和循环利用。此外，《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）对净水厂排泥水排放提出了更高的要求：水厂排泥水排入河道、沟渠等天然水体的水质应符合现行国家标准《污水综合排放标准》（GB 8978）的有关规定。目前针对排泥水的处理，多数报道是进行水质调节，即利用悬浮颗粒物和胶体颗粒在重力作用下的沉淀，实现泥水分离。但排泥水中富集的各种污染物，如细菌、病原微生物、难降解可溶性有机物等，单纯泥水分离并不能实现对其有效去除，易造成有机物及微生物的累积，导致上清液回用后微生物学风险增加。

本问介绍的试验原水取自孤东水库，为黄河水源水，设计日供水量为10×104 m³，水厂净水主体工艺为：机械混合/折板絮凝/斜管沉淀/石英砂过滤。每日产生排泥水水量约为5000 m³，其中沉淀池排泥水占比约为30%，滤池反冲洗排泥水占比约为70%。厂区混凝药剂为PAC，药剂有效含量（以Al2O3计）为10%，投加量为15 ~ 20 g/m³。

试验在夏季的7月、8月进行，试验原水为厂区沉淀池排泥水，水质指标为水温：24 ~ 28 ℃；浑浊度：110 ~ 130 NTU；CODMn：30 ~ 45 mg/L；pH值：8.27 ~ 8.54；色度：80 ~ 100度；含固率：0.12% ~ 0.15%；铁：0.0047 ~ 0.0111 mg/L；锰：0.0315 ~ 0.0434 mg/L；铝：0.100 ~ 0.189 mg/L；总大肠杆菌：20 ~ 30 MPN/100 mL；耐热大肠杆菌：5 ~ 20 MPN/100 mL；大肠埃希氏菌：5 ~ 10 MPN/100 mL；菌落总数：15000 ~ 20000 CFU/ mL。排泥水处理后用于厂区绿化及路面冲洗，根据厂区回用要求，处理后排泥水浑浊度不得高于10 NTU，CODMn不得高于5 mg/L，菌落总数不得高于8000 CFU/ mL，其他指标皆参照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的Ⅲ类标准。

试验的开展和取得的结果

作者分别进行自然沉降试验、混凝沉淀试验（药剂分别为PAC、PAFC、PAM）与预氧化-混凝沉淀等三组试验。各组皆进行3次，对实验结果取平均值。

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1、自然沉降试验

图3为排泥水在自然沉降过程中泥水界面高度变化，图4为在沉降过程中上清液浑浊度及COD_Mn的变化，由图可见，上清液水质无法满足厂区回用标准。表明自然沉降对降浊、去有机物的能力有限，回用风险较高。

图3 泥水界面高度随时间变化趋势

图4 上清液浑浊度及COD_Mn随时间变化趋势

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2、混凝沉淀试验

分别采用较为常用的PAFC、PAC、PAM等药剂进行混凝沉淀，探究其在不同混凝剂种类、不同投加量下，对排泥水处理出水浑浊度及COD_Mn的影响。

· PAC/PAFC混凝实验

由图5、图6可见，在药剂投加量相同时，PAFC与PAC混凝效果基本相同，且随着药剂投加量的增加，浑浊度和COD_Mn均呈先下降后上升趋势。分析原因：根据DLVO理论，在其他因素相同的条件下，不同的带电粒子体系，其Zeta电位越高，胶体表面电荷之间的排斥势能ER越大，体系越不易发生沉降，胶体颗粒脱稳效率较低。若继续增加PAFC或PAC的投加量，出水浑浊度与COD_Mn反而逐渐升高。分析原因：在混凝剂投加量过大时，胶体表面分布的同种电荷增多，脱稳胶体重新稳定；同时，金属氢氧化物增多，夹带的结合水量增大，造成形成的矾花大而不实，出水浑浊度升高，有机物去除效率下降。

图5 不同PAFC投加量下出水浑浊度与COD_Mn变化

图6 不同PAC投加量下出水浑浊度与COD_Mn变化

· PAM混凝实验

由图7可见，随着PAM投加量的增加，上清液COD_Mn数值先下降后升高。分析原因：PAM长链结构具有良好的吸附架桥作用，可使颗粒凝聚，提高排泥水沉降性能，改善出水浑浊度；但PAM投加量过高后，排泥水污泥表面同种电荷增多，产生胶体保护作用，不利于通过电中和吸附聚集颗粒物，且PAM作为高分子聚合物，在水中残留亦造成COD数值升高。

图7  不同PAM投加量下出水浑浊度与COD_Mn变化

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3、预氧化试验

投加PAC、PAFC、PAM后，对浑浊度有和COD_Mn皆有较好的去除效果，出水浑浊度可满足回用要求但出水COD_Mn较高，若直接回用，则容易造成有机物、微生物的累积，威胁供水水质安全。因此，在混凝前增设O₃、KMnO₄、NaClO三种预氧化工艺，探究不同种类、投加量下排泥水处理出水水质（混凝剂统一选用PAC，投加量为30 mg/L）。

· 预氧化对出水浑浊度和CODMn影响

在投加O₃、KMnO₄、NaClO作为预氧化剂后，工艺出水浑浊度与COD数值大幅度降低。推测原因为：排泥水中存在的有机物、藻类等可在颗粒物表面形成有机涂层，造成胶体颗粒间的空间阻碍或双电层排斥，从而使颗粒物之间保持分散难以聚结。而经O₃、KMnO₄或NaClO预氧化，一方面可有效改变有机物的性质和结构，进行开环、断链，或直接将其矿化，降低有机物浓度；另一方面可破坏有机物对胶体的保护，强化胶体脱稳，形成密实的絮体，从而改善污染物的可混凝性。因此，工艺对污染物去除效率提高。

图8  不同O3投加量下工艺出水浑浊度与COD_Mn变化

图9  不同KMnO4投加量下工艺出水浑浊度与COD_Mn变化

图10  不同NaClO投加量下工艺出水浑浊度与COD_Mn变化

· 预氧化工艺对出水综合水质的影响

采用O₃、KMnO₄、NaClO三种氧化剂后，对铁、锰以及色度、微生物的去除效率皆高于单独混凝沉淀工艺，且经预氧化后，工艺出水色度皆不高于15度。在微生物去除方面，O₃、NaClO效果明显优于KMnO₄，前两者工艺出水中均未检出总大肠、耐热大肠、细菌总数等微生物，而采用KMnO₄预氧化，工艺出水中皆检测出上述多种微生物，菌落总数为10000 CFU/mL，这与之前学者研究结论相同，推测是由于KMnO₄极易为有机物所减弱，且其在酸性环境中作用能力较强，因此，在有机物浓度高，且pH值为8.27 ~ 8.54的碱性环境中，其杀菌抑菌能力受影响，导致回用后易造成微生物积累，从而威胁制水安全。

此外，在采用NaClO预氧化时，其工艺出水水质与O₃预氧化工艺出水相近，但检测出低含量的消毒副产物三氯甲烷，这表明在排泥水水质变差、NaClO投加量增加时，有消毒副产物浓度升高风险。而在采用O₃预氧化时，未检测出副产物溴酸盐的生成。

分析原因：O₃的氧化电位为2.08 V，高于NaClO与KMnO₄；此外，O₃可在水中发生间接反应，生成氧化性更强的·OH，·OH氧化电位为2.80 V，自由基的反应无选择性，可高效去除原水中有机物、病毒等，提高后续混凝工段处理效率。因此，在排泥水处理中，可首选O₃预氧化-混凝沉淀作为厂区排泥水处理工艺；若厂区不具备生产O₃条件，亦可选用NaClO预氧化-混凝沉淀工艺，以保证处理后排泥水的高标准回用。

· 排泥水处理工艺药剂成本分析

在采用预氧化-混凝沉淀处理排泥水时，工艺运行成本主要为动力费及药剂费。其中动力费为搅拌设备、水泵、排泥泵等设备用电，该项受处理规模、所用设备、输水距离等影响较大，需根据现场实际情况确定。本项目测算处理每吨排泥水的药剂成本为：0.037元。

研究结论

（1）采用自然沉降或混凝沉淀工艺，对排泥水浑浊度与COD_Mn去除效率有限。

（2）采用O₃、KMnO₄、NaClO预氧化后，工艺出水浑浊度与COD_Mn降低幅度较大此外，通过对预氧化处理效果综合比对，选择O₃或NaClO作为厂区处理排泥水预氧化剂。

（3）控制混凝剂PAC投加量为30 mg/L，在O₃投加量为3 mg/L，或NaClO投加量为2.5 mg/L时，预氧化-混凝沉淀工艺出水浑浊度分别为2.58与2.43 NTU，COD_Mn分别为2.36与2.44 mg/L，且铁、锰、微生物等指标皆优于厂区回用标准，证明工艺可满足排泥水处理要求。

交流互动

来源：《预氧化工艺对净水厂排泥水处理的影响》（《净水技术》2022年第1期），原作者罗勇，彭锦玉，刘伟刚，张欢，王全勇，孙文祥