混凝沉淀工艺在反冲洗废水处理中的应用

　　净水厂排泥水一般包括沉淀池(澄清池)排泥水、气浮池滤渣和滤池反冲洗废水。排泥水如不经过处理就直接排入江河湖泊等水体，不仅成为水体的重要污染源，导致水质下降，还可能淤积河道，影响行洪。根据《室外给水设计标准》(GB50013―2018)要求，净水厂排泥水必须处理达标后才能外排。

　　黄家净水厂位于沈阳市北部，该水厂一期设计规模为5×104m3/d，二期设计规模为5×104m3/d，该水厂原水取自地下水，采用跌水曝气和除铁除锰滤池处理工艺，反冲洗水中含有大量铁锰氧化物，如不经处理直接排放将对水体造成污染。该水厂建成处理能力4000m3/d的反冲洗废水处理设施。处理设施包括调节池、絮凝沉淀池、污泥浓缩池、污泥脱水车间等构筑物。从实际运行来看，其工艺路线基本合理。

　　但絮凝池、沉淀池经常出现排泥不畅的问题，设备检修频繁，人工维护工作量较大。而全部处理单元均为一组，因此设备维护时，反洗水只能直接外排，不符合环保要求。同时，净水厂现有处理规模已超过一期设计能力并逐渐增加，现有反冲洗污水处理设施的处理能力将无法满足要求。为此，本方案拟对现有反冲洗污水处理设施进行改扩建，以保证处理设施稳定运行，反冲洗水稳定达标排放，且处理能力与净水厂二期处理能力相匹配。

　　一、现状存在的问题

　　1.1 系统现状

　　根据甲方提供资料，一期除铁滤池及除锰滤池各分成双排十格，共20格，二期滤池与一期相同，共计40格。滤池每格面积为7.5m×6.2m，现状运行工况为：每格冲洗需要水量为200m3，除铁滤池冲洗周期为24h，每天冲洗12格;除锰滤池冲洗周期为3～4天。前端设有2座调节池，每座容积为400m3，后端浓缩池及污泥脱水污泥处理系统利用一期原有构筑物，该部分满足一期及二期设计规模要求。现有反冲洗水处理系统中混合及絮凝沉淀部分设计水量为4000t/d，该设计流量是根据一期污水处理规模5×10⁴m3/d配套建设的，现状水厂实际处理水量约为6×10⁴m3/d，暂时满足反冲洗水处理能力要求。

　　1.2 设施存在问题

　　现有规模4000m3/d的反冲洗污水处理系统是针对原一期处理规模进行配套设计的，随着城市发展，水厂处理水量增加，该反冲洗系统将不能满足一期及二期满负荷运行时规模要求。

　　设备只有一组，设备检修时反冲洗水直接排放不达标。反应池沉泥、沉淀池排泥不能正常工作，所以需要经常维护。除铁除锰反洗水污泥性质不同于一般絮凝污泥和生化污泥，以铁锰氧化沉淀物为主，宜沉淀，但流动性差，重力排泥效果不好。沉淀池排泥斗、排泥管存在一定问题，需要适当改造。

　　二、水量水质分析研究

　　2.1 水量

　　根据甲方提供资料，一期除铁滤池及除锰滤池各分成双排十格，共20格，二期滤池与一期相同，共计40格。滤池每格面积为7.5m×6.2m，现状运行工况为：每格冲洗需要水量为200m3，滤池全部冲洗时对应的处理规模为8000m3/d。

　　2.2 水质

　　一期反冲洗水处理设计方案提供水质资料如表1所示。

　　三、工艺应用选择

　　以地表水为水源的净水厂滤池反冲洗水一般与水厂沉淀池(澄清池)排泥水一起处理，总固体含量一般保持在0.1%～2.0%，以无机颗粒和泥沙为主，还包含部分有机物，主要来源于原水中的色度、浮游生物等。目前，国内对排泥水处理的主要方式是进行水量调节、浓缩和脱水。因沉淀池排泥水含固率较高，一般可通过重力浓缩将污泥浓度控制在3%左右，然后进行机械脱水。而滤池反冲洗水平均含固率低于0.03%，一般是将沉淀底泥与沉淀池排泥水一起浓缩脱水，上清液回收。

　　对于以地下水为水源、采用除铁除锰滤池的净水厂，因净水工艺没有絮凝沉淀单元，排泥水主要是滤池反冲洗水，且反冲洗水的水质与地表水水源滤池反冲洗水不同。除铁除锰滤池反冲洗水富含铁锰氧化物，有试验表明，反冲洗初期废水中含铁量迅速升高，持续短时间后快速下降，反冲洗水平均铁含量保持在100～400mg/L。对于除铁除锰滤池反冲洗水的处理，设计规范中并没有明确的规定，国内净水厂也是由于环保要求的不断提高，近些年才进行处理，处理方法和经验正在不断实践和积累。

　　除铁除锰滤池反冲洗水根据实际情况可考虑回用或排放，《室外给水设计标准》(GB50013―2018)要求，净水厂排泥水处理后排入河道、沟渠等天然水体应符合现行国家标准《污水综合排放标准》(GB8978―1996)。标准中对总锰、色度等指标有明确规定，虽然对总铁没有提出要求，但含铁量很高的反冲洗水对排放水体存在一定的污染，因此地方生态环境部门一般规定了排放要求。为达到环保要求，有效处理铁除锰滤池反冲洗水，首先去除铁锰。反冲洗水中的铁锰以难溶于水的氢氧化物为主，因此去除的有效手段就是沉淀，沉淀是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程，是一种物理手段，简单易行，效果良好，是水处理和污水处理中的常用技术。除铁除锰反冲洗水静沉时间与浓度的关系如图1所示。

　　试验表明，除铁除锰反冲洗水具有一定自然沉淀、絮凝的能力，经过一定时间自然沉淀，可形成较清晰的泥水界面。但自然沉淀时间长，污泥液面高，上清液含铁量仍较高，难以达到环保要求的排放标准。通过投加絮凝剂加速沉淀的过程称为絮凝沉淀(混凝沉淀)，絮凝沉淀的原理是通过絮凝剂和助凝剂的电性中和、吸附架桥等作用，使水中悬浮物失稳，胶粒物相互凝聚使微粒增大，加速完成泥水分离。相关试验及已建净水厂运行经验表明，絮凝沉淀对除铁除锰滤池反冲洗水的铁锰、悬浮物都有较高的去除率，完全可达到排放要求。反冲洗水净沉试验表明，其经过16h净沉后也可以满足回用要求。从水厂对现状反冲洗废水试验数据可以看出，静沉10h时Fe含量显著下降(保持在5.5～6.0mg/L)，锰含量同样下降明显(保持在0.5～0.6mg/L)，静沉24h时铁含量继续下降(保持在1.8～3.0mg/L)，锰含量可降至0.35mg/L左右。静沉10h以上时，效率能达到75%，静沉效果较好。

　　沉淀分离后的污泥应进行脱水处理，由于污泥含水率仍较高，脱水前一般应进行浓缩。浓缩的目的是进一步提高污泥的含固率，满足污泥脱水设备进泥的要求，同时对污泥进行减量，减少后续处理的规模和费用。

　　结合目前国内相似净水厂的实际处理经验，本项目采用传统混凝沉淀过滤系统进行处理。现有处理设施建有2座调节池，每座容积为400m3，滤池单格反冲洗水量为200m3，根据设计规范，现有调节池容积满足要求，因此本方案不新建调节池。现有絮凝沉淀设备运行状况差，应通过设备厂家进行适当改进，如采取增加搅拌器、重新布置泥斗、排泥管等改造措施，但由于原有设备为钢制，耐腐蚀性差，设备的寿命较短，原有设备难以保证长期稳定运行。絮凝沉淀是反洗水处理的核心单元，为保证设备运行稳定，处理效果长期达标，本方案拟建处理能力8000m3/d的絮凝池和沉淀池。现有污泥浓缩池及污泥脱水污泥处理系统运行状况良好，利用一期原有构筑物，该部分满足一期及二期设计规模要求。

　　四、结论

　　经过反冲洗水处理工艺处理后的水质理论上可以达到《辽宁省污水综合排放标准》(DB211627―2008)，标准中规定色度不高于30，悬浮物不高于20mg/L，反冲洗水处理后的水质标准低于原水水质，原水铁含量为6.5～9.5mg/L，锰含量为0.9～1.2mg/L。同时，其满足建设方对出水排放的要求，该项目废水经处理后，出水水质指标如表2所示。

　　根据现场对黄家净水厂反冲洗废水处理现状的调查研究，水的沉淀性能较差，混凝投药比例建议进行小试、中试，建立数学模型，确定经济合理的投药量。为了提高上清液的出水水质，可以将进水管从底部进入，进水时可以将底部的沉淀的污泥冲起，加大废水浓度并且混合均匀。沉淀后的上清液根据实际要求排放或是回用，根据实际运行状况确定处理方式，尽量减少水资源浪费。(来源：辽宁城建设计院有限公司)