净水厂产泥量的确定和相关参数的选择

王勤华，贺俊兰
(天津市华淼给排水研究设计院有限公司，天津300040)

　　摘　要：分析了净水厂的污泥产量与多种因素的相关性，给出了干泥量计算的相关方程，结合工程实例探讨了污泥处理设施的设计参数选择。
　　关键词：净水厂污泥；干泥量；设计参数
　　中图分类号：TU991
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)08-0064-03

　　经天津3大水厂试验分析可知：净水厂的沉淀池排泥水和滤池反冲洗水约占总产水量的4%～7%，而排出的污泥中含有大量泥砂、藻类、有机和无机杂质，泥量大小与原水的悬浮固体含量和加药量等因素有关。
　　现在国内大多数净水厂常年将含泥污水排放到河道、湖泊和坑塘，不仅污染了水体、淤积了河道、影响了环境，而且浪费了大量水资源。有关净水厂污泥处理工程国内尚无明确的规范和设计标准，而今后我国将在净水厂陆续建设污泥处理设施，为此研究净水厂产泥量及有关设计参数是必要的。?

1　污泥的来源

　　对常规净水工艺(混凝—沉淀—过滤—消毒)而言，所排污水由沉淀池排泥水和滤池反冲洗水两部分组成，其中滤池反冲洗排泥水量较大(约占产水量的3.5%～5%)、泥的含水率较高(99.9%左右)，如果将其集中于排水池静置后大部分可以回流且沉泥较少；沉淀池排泥水约占产水量的1.5%～2%，含水率相对较低(99.7%左右)，可将这部分排泥水收集于排泥池均和后再进入浓缩池，通过静沉其含水率一般为99.0%左右。
　　净水厂的化学凝聚沉淀污泥主要由原水中的悬浮物、胶体物质、有机物以及胶状金属氢氧化物等组成。若原水中有机物含量不高，则净水厂污泥中的固体物含量大体上可由原水中SS总量加上投加的药剂量计算得到。?

2　产泥量计算公式选择

　　国内已建成或正在进行设计的水厂，其产泥量计算大多参照英国、日本和美国公式。
2.1　英国公式[1]
　　《污泥处理指南》一书中给出了排泥水中污泥含量计算公式，即：
　　　　?DS=SS+0.2B+1.53C+1.9F
　　或：?DS=TA+0.2B+1.53C+1.9F?
　　式中?DS——干污泥量，mg/L
?　　　　SS——原水中悬浮固体量，mg/L
?　　　　A——所去除的浊度，NTU
?　　　　B——所去除的色度，倍
?　　　　C——投加的铝盐(以Al₂O₃计)，mg/L
?　　　　F——投加的铁盐(以Fe计)，mg/L
?　　　　T——浊度与悬浮物的换算系数，需经取样测试后才能确定。
　　净水厂污泥处理量为：
?　　　　　　　　　　　　S=Q×DS×10^-6
　　式中?S——计划处理的污泥干固体量，t/d
?　　　　Q——处理水量，m³/d
2.2日本公式^[3]
　　在日本水道协会的《净水厂排水处理设备设计》一书中提出设备处理能力需按原水悬浮物浓度年平均值的4倍以上设置。
2.3美国公式^[2]
　　M.J.小休默尼克认为干泥量主要由原水中的悬浮固体及由Al³⁺或Fe³⁺形成的氢氧化物组成，即总的干污泥=进水悬浮固体+沉淀物。
?　　　　　　　　　S_SS=Q×SS×10^-6
式中?S_SS?——原水中由悬浮物形成的污泥量，t/d
?　　　　Q——处理水量，m³/d
?　　　　SS——进入沉淀池的原水悬浮物，mg/L
?　　　　S_C=Q×D×W×10^-6 式中S_C——由投加的药剂产生的污泥量，t/d
?　　　　D——投药量，mg/L
　　　　　W——药剂量和由药剂产生的污泥量的比值，即每加入1mg/LAl₂O₃(质量分数为17%)会产生0.44mg/L的干污泥污泥日产量为：
?　　　　　　　S=S_SS+S_C
　　式中?S——计划处理的污泥干固体量，t/d?

3　工程实例?

　　国内建有污泥处理设施的净水厂的资料见表1。

表1　污泥产量及有关数据 水厂名称 产水规模(10⁴m³/d) 浊度(NTU) 浊度与SS换算值 SS的出现频率(%) 源水 色度(倍) 选用公式 干泥产量(t/d) 加药量(mg/L) 铝盐 铁盐 其他 北京第九水厂 150 5 2 　 水库水 5 英国[1] 39 1 1 　 上海闵行水厂 7.2 80 2 70 江河水 9 英国^[1] 12 3.8 　 　 石家庄润石水厂 30 10 　 　 水库水 　 　 12 　 　 　 深圳梅林水厂 60 50 　 　 水库水 　 　 50 　 　 聚合氯化铝为1.6 mg/L、石灰为10.2mg/L 广州西洲水厂 50 76 1.5 80 江河水 9 英国^[1] 74 3.3 9.6 　 保定市二水厂 26 10 　 　 水库水 　 　 12 　 　 聚合氯化铝为3.0mg/L 福州水厂 60 35 　 　 江河水 　 美国^[2] 42.6 19 　 　

　　国内水厂大多采用英国公式测算污泥量，其浊度与SS换算值大多为实测后选定，加药量也为试验后确定。
　　由于各厂污泥处理设施尚未常年正式运行，还没有得到实际产出干泥量与测算值的相关关系 。?

4　对干泥量的实测分析

　　在2000年和2001年，分别于天津市通用水务公司(凌庄水厂)、新开河水厂和芥园水厂对污泥产量进行了实测。
4.1　凌庄水厂
　　2001年7月—10月凌庄水厂所产干泥量受原水浊度、色度、FeCl₃投量、HCA投量、硫酸铜投量5个因素的影响。对试验数据进行相关性分析，得：
　　　　?Y=0.679 5X₁+0.076 1X₂+0.725X₃+10.944 6X₄+1.621 7X₅-1.5241
　　式中?Y——干泥量，mg/L
?　　　　X₁——原水浊度，NTU
?　　　　X₂——原水色度，倍
?　　　　X₃——Fe³⁺投量，mg/L
?　　　　X₄——HCA投量，mg/L
?　　　　X₅——Cu²⁺投量，mg/L
　　相关系数R=0.9648?
4.2　新开河水厂
　　2000年8月—10月新开河水厂所产干泥量受原水浊度、色度、FeCl₃投量3个因素的影响，对试验数据进行相关性分析，得：
?　　　　　　　Y=0.925X₁+1.439X₂+9.578X₃-38.871
　　相关系数?R=0.82
　　用求出的回归方程预测干泥量不会超过18.75mg/L(95%的概率)。
4.3　芥园水厂
　　2001年8月—10月芥园水厂所产干泥量受原水浊度、色度、FeCl₃投量、HCA投量、CaO投量5个因素的影响，对试验数据进行相关性分析，得：
?　　　Y=0.928 3X₁+0.101 7X₂+1.073 9X₃+2.176 1X₄+0.832X₅-9.9655
　　式中?X₅——Ca²⁺投量，mg/L
　　相关系数?R=0.984 2
4.4　实测分析
　　通过实测发现净水厂产泥量与原水中悬浮物的含量、投药量、助凝剂投量和色度有相关关系，由原水中悬浮物形成的污泥是主要的，而药剂与悬浮物混凝后形成的污泥量较少。
　　国内大多数水厂一般只测定原水的浊度，在不同情况下的浊度和SS的换算值则成为测算净水厂产泥量的主要影响因素。
　　根据在天津市的测定结果分析得到浊度与SS相关关系方程为：
?　　　　　　　　　　　SS=1.161 5T+1.257 4
?　　　　　　　　　　　r=0.976 7
　　式中?SS——原水的悬浮固体含量，mg/L
?　　　　T——原水浊度，NTU
　　原水浊度与SS含量的相关关系见图1。
　　天津3大水厂由不同公式计算的干泥产量见表2。

表2　用不同干泥量公式计算的结果比较 水厂名称 设计产水量(10⁴m³/d) 浊度(NTU) 色度(倍) 加药量(mg/L) 干泥产量(t/d) Fe³⁺ HCA Ca²⁺ 英国公式 日本公式 美国公式 实测结果 芥园水厂 53.5 40 10 13.6 0.3 20.3 40.4 64.2 39.3 32.3 新开河水厂 107 37.6 13 1.4 　 　 53.7 107 50.9 30.2 通用水务公司 80.3 22.5 10 4.5 0.6 0.3 30.5 48.2 28.9 20.1

　　由表2可见，用日本公式计算的干泥量较大，而用英国公式与美国公式计算的干泥量比较接近。天津市3大水厂在前两年高峰期的实测干泥量一般略小于英国公式和美国公式计算的干泥量。?

5　结语

　　①净水厂产泥量与原水的SS、投加的混凝剂和助凝剂、色度、pH值调节剂等均有相关关系。由原水的SS形成的污泥量在总污泥产量中占主要比例，故原水的SS值是测算净水厂产泥量的关键。
　　②净水厂产泥量与投加铝盐、铁盐的相关关系在英国公式中按不同药剂给出的折算值(是药剂中与悬浮物产生沉淀成分的分子质量与药剂分子质量的比值)可参照使用。
　　英国公式中对原水的色度乘以0.2的系数，而一般原水色度不会很高，因色度产生的污泥量也不大，故可以忽略不计色度的影响。
　　③计算净水厂污泥量可以采用下式：
　　污泥量=K₁×浊度+K₂×投药量
　　式中　K_1——浊度与SS换算值，在1～2之间
?　　　　K₂——药剂和由药剂产生的污泥量之间的质量比，可以参照英国公式的换算系数
?　　　　K₁和K₂值以在不同季节、不同原水浊度下经过实测验证后再采用为好。

参考文献：
[1]Warden J H,Craft D G.TR 150 waterworks sludge-production and disposal in the UK[R].UK：Water Research Centre,1980.
[2]小休默尼克M J.李春华，黄长盾译.水和废水处理物理化学工艺流程计算[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.
[3]日本水道协会.伊承勋译.净水厂排水处理设备设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

　　电　　话：(022)23115944 23306865×121
　　收稿日期：2002-05-14