摘要： 對高密度沉淀池污泥上浮問題進行研究，結果表明，污泥上浮主要是由排泥水沉降性能變差、沖擊負荷波動較大以及運行過程中操作不"-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、降低排泥水沖擊負荷、合理投加混凝劑、有效控制回流比及排泥等。
關鍵詞： 高密度沉淀池,污泥上浮,沖擊負荷,操作條件
天津某凈水廠排泥水處理系統的濃縮工藝采用高密度沉淀池技術，由于高密度沉淀池是將混合、反應、沉淀、濃縮和外部污泥循環集成于一體的構筑物，受多種因素影響，該處理系統在實際運行過程中會出現污泥上浮現象。
上浮的污泥回流后不僅增加了凈水工藝的處理負荷，而且經沉淀后還會再次進入高密度沉淀池，產生沖擊負荷，形成惡性循環。造成污泥上浮的原因很多，及時發現并采取應對措施，對保證系統的正常運行具有非常重要的意義。
1 排泥水的沉降性能
排泥水的沉降性能主要取決于排泥水(污泥) 的性質，以下從污泥中的有機成分、藥劑成分、粒徑分布等方面分析其對排泥水沉降性能的影響。
1．1 排泥水中有機物的影響
地表水處理主要采用混凝／沉淀／過濾工藝，產生的污泥由原水中的懸浮物質、部分溶解性物質和藥劑所形成的礬花組成，主要為無機物，而有機物主要來自色度、浮游生物和藻類等殘骸，通常情況下有機物約占污泥質量的10％ ～15％ ，但近年來隨著原水富營養化程度提高，有機物的比例呈上升的趨勢。
有機物比例的增加會對污泥的濃縮造成不良影響，如使礬花粒徑變小、密度降低、污泥的含水率提高、濃縮速度減慢等 J。高藻期的污泥難于處理，耗藥量大，易發生污泥上浮現象，與有機物含量較高有很大關系。因此應從水源保護和原水輸送等方面控制原水的有機物含量，進而降低排泥水中有機物所占比例。
1．2 排泥水中殘留藥劑的影響
當凈水工藝投加鐵鹽(或鋁鹽)混凝劑時，排泥水中會含有較多氫氧化物，形成親水性的無機污泥，其含水率較高，保水性較好，不易成形，沉降濃縮困難。岳舜琳等人的研究指出，每份絮體中含有0．095 份AI(OH) 要比含有0．031份Al(OH) 的絮體含水量高、沉降濃縮性能差 。
該水廠的凈水工藝在不同時期相應調節了混凝劑的投加量，進、出水水質指標如表1所示。
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選取不同鐵鹽投加量時產生的濃度均為2．0 g／ L左右的排泥水，其sV，。對比如圖1所示。
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由圖1可以看出，混凝劑的投加量對排泥水的沉降性能影響較大。排泥水在投加6 mg／L的Fe鹽時SV 。為32％ ，在投加18 mg／L的Fe鹽時SV 。為 73．5％ 。原水濁度變化不大，但是混凝劑投量卻相差近3倍，導致污泥中Fe(OH) 的含量相差較大。
一般來講，膠體的聚集穩定性并非都是由靜電斥力引起的，膠體表面的水化作用往往也是重要的因素。尤其對于典型的親水性膠體，雖然也存在雙電層結構，但 電位對膠體穩定性的影響遠小于水化膜的作用 。這種水化作用往往來源于粒子表面極性基團對水分子的強烈吸附，使粒子周圍包裹一層較厚的水化膜，阻礙了膠體顆粒相互靠近，因而范德華力不能發揮作用。Fe(OH) 膠體是親水性膠體，當其在固體中含量過多時，形成大量的水化膜，使得污泥的沉降性能變差。
因此，在保障沉淀池出水水質的前提下，應盡量控制混凝劑的投加量，以減少排泥水中氫氧化物的含量，提高污泥的沉降性能。
1．3 排泥水的粒徑分布
根據斯托克斯公式計算可得，粒徑為100 m 顆粒的沉降速度為7．5 mm／s，粒徑為10 m的沉速為7．5 X 10～mm／s，而粒徑為1 m的沉速為7．5× 10 I4 mm／s_4 J 。 雖然由公式計算得到的并非真實沉速，但可以看出，粒徑大小對沉降性能影響很大。鄧慧萍等人研究指出，粒徑分布為l0～60 m的排泥水沉降性能優于粒徑分布為0．2—7 tLm的排泥水 。
筆者在中試期問發現，排泥水經由濃漿螺桿泵提升后，沉降性能變差，如圖2所示。同樣濃度的污泥，螺桿泵出口污泥的sV∞是進口的2倍多。
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分析認為當排泥水通過螺桿泵時，已經脫穩聚集的顆粒被打碎，雖然干固體含量相同，但是由于顆粒細小的污泥比表面積大，更容易形成水化膜，水化作用增強，從而導致沉降性能的下降。因此在輸送過程中要盡量避免將排泥水顆粒打碎，從而降低其沉降性能。
2 排泥水對系統的沖擊負荷
排泥水對高密度沉淀池的沖擊負荷主要包括流量負荷和濃度負荷兩個方面。
2．1 流量負荷
排泥水的流量負荷變化是影響高密度沉淀池處理效果的重要因素之一。較大的流量波動，一是引起混凝反應過程中水力條件的變化，二是影響到沉淀區的絮體沉降和泥位波動，進而影響到整個處理系統的穩定運行。
高密度沉淀池的單池設計流量為300～960 m ／h。當系統在300 m ／h左右的較小流量下運行時，排泥水的停留時間較長，形成的絮體易在折板前的導流區沉積，加上后續進入的排泥水導致該區域污泥濃度越來越大，而較低的流速僅能將少量的絮體推進沉淀區，使污泥在該區域內惡性循環；當系統在接近1 000 1TI ／h的較大流量下運行時，排泥水的停留時間過短，混合和凝聚反應不充分，形成的絮體捕捉性能和沉降性能都較差，直接導致出水水質變差和泥位壅高速度加快，造成沉淀空間越來越小，再加上較大的流速作用，最終引起沉淀區污泥上浮。
另外，發現生產系統一天內的流量分布很不均勻，經常發生進泥流量的突變。這種突變會對高密池產生瞬時沖擊，破壞原本的動態平衡，尤其是當泥位較高時，底層原本脫穩的污泥會被攪起，充滿整個沉淀池，進而發生污泥上浮現象。
根據對不同流量下高密度沉淀池的運行狀況和處理效果的分析對比，建議盡量將排泥水的流量負荷控制在500～700 in ／h；同時，在對流量進行調整時，應該逐步增加或減小進水流量，使高密度沉淀池有足夠的緩沖時間。
2．2 濃度負荷
通過對生產系統的實時監測發現，高密度沉淀池每日處理的排泥水濃度負荷在較大范圍內波動，最低時僅為0．3 g／L，最高時超過2．0 g／L。
排泥水濃度負荷的波動主要從以下兩個方面影響處理系統的穩定運行：①混凝劑的投加量沒能隨排泥水濃度波動及時調節，造成進泥水濃度較高時投藥不足和濃度較低時投藥過量，這兩種情況都會影響到沉淀區的絮體顆粒沉降效果，間接引起污泥上浮。② 沉淀區排泥情況僅僅根據流量和泥位來設定，造成進泥濃度較低時排泥過量和進泥濃度較高時排泥不足，使得沉淀區的泥位在較大范圍內波動，降低了高密度沉淀池的耐沖擊負荷能力。
在實際生產過程中，可以通過調節凈水工藝沉淀池的排泥方式、充分利用回收調節池的緩沖作用，將進泥濃度維持在平均值范圍內，以此來減小排泥水對處理系統的沖擊負荷。
3 運行過程中的控制條件
3．1 加藥控制
該水廠排泥水處理系統選用陰離子型聚丙烯酰胺(PAM)作為助凝劑，從生產實際來看，PAM投量不當對系統的處理效果影響較大。PAM投加量不足時，會導致反應區絮體細小，沉降性能下降，容易引起污泥上浮；而過量投加PAM會造成污泥濃縮性能變差和浪費藥劑等問題。筆者通過中試研究了排泥水濃度與PAM最佳投藥量的關系，結果如圖3所示。由圖3可以看出，該水廠單位濃度排泥水(g／L) 的PAM最佳投藥量為1．0 mg／L左右。
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3．2 回流控制
污泥回流的目的在于加速絮體的生長以及增加絮體的密度。由于回流污泥含固量較大，且經過一定時間的壓縮，沉降性能較好。當排泥水濃度較低時，通過回流可以增加顆粒濃度，提高絮凝效果 J。當進水濃度較高時，沉淀區泥床位置較高，回流濃度增加，回流污泥與較高濃度進泥水混合后，可能造成高密度沉淀池超負荷運行，增加了污泥上浮的風險。由此可見，回流污泥在合適的比例下才能發揮較好的回流作用，增加系統處理效果。
筆者利用中試裝置開展了污泥回流效果的研究，并提出了回流污泥的控制條件：當進泥水濃度< 0．8 L時，盡量控制回流干固量在進泥干固量的 50％以下；當進泥水濃度>1．0 g／L時，將回流干固量盡量控制在進泥干固量的20％ 以下。根據進泥水和回流污泥的濃度，適當調節回流比例，以達到較好的助凝效果。
3．3 排泥及泥位控制
高密度沉淀池的排泥情況也直接影響系統的穩定運行，排泥不及時將造成沉淀池內泥位壅高速度加快，容易發生短流現象 J，引起污泥上浮。實際運行情況表明，當沉淀區泥位低于高泥位報警值 (對應泥位高度為1．44 m)時，高密度沉淀池抗沖擊負荷能力較強，不易發生污泥上浮現象。因此，建議在由PLC中央控制系統設定排泥泵啟停的基礎上，引入泥位和排泥濃度兩項參數來控制排泥，將沉淀區泥位控制在高泥位報警值以下，以保障排泥水處理系統安全穩定運行。
4 結語
綜上所述，為使高密度沉淀池在安全穩定的狀態下運行，防止污泥上浮現象發生，生產中應及時采取如下措施：
① 從降低有機物含量、合理投加混凝劑和避免打碎排泥水顆粒等方面提高排泥水的沉降性能，并定期檢測排泥水的性質變化情況，及時采取相應措施。
② 應將排泥水的濃度和流量調節在較佳的范圍內，以此減小排泥水對高密度沉淀池的沖擊負荷。
③ 根據排泥水的濃度，以單位濃度(g／L)排泥水投藥量為1．0 mg／L及時調節PAM的投加量。
④ 根據進泥水和回流污泥的濃度，適當調節回流比例，以達到較好的助凝效果。
⑤ 及時控制排泥，將沉淀區泥位控制在高泥位報警值以下，以保障排泥水處理系統安全穩定運行。
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