水廠沉淀池排泥水含固率檢測方法探究

張韻瑜，梁翡玨，肖丹，林顯增

（佛山市禪城區(qū)供水有限公司，廣東佛山 528000）

沙口水廠的沉淀池由于設備老舊、工藝落后等原因，需要進行升級改造。通過對沉淀池內的排泥設備、配水墻、導流墻及集水槽進行改造，優(yōu)化沉淀池工藝參數，提高沉淀池排泥水（簡稱排泥水）處理效果，從而降低能耗。沉淀池改造效果的主要驗收標準為排泥水的含固率。

沙口水廠位于廣東省佛山市，水源水取自北江支流東平河，水源水質處于地表水Ⅱ～Ⅲ類標準內。排泥水成分包括水、水源水經過混凝沉淀后形成的沉淀物、泥沙、懸浮物、膠體物質、有機物、微生物及殘余的混凝劑等。由于排泥水成分復雜，根據GB/T 5750.4-2006《生活飲用水標準檢驗方法：感官性狀和物理指標》（簡稱《生活飲用水標準》）中溶解性總固體的測定稱量法[1]和《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版的殘渣測量方法[2]，對排泥水含固率檢測方法及取樣數量進行探究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

100 mL蒸發(fā)皿；100 mL小燒杯；水浴鍋上海精宏XMTD-8222；中速定量濾紙及配套濾器；電恒溫烘箱上海精宏DHG-916A；玻璃干燥器；電子分析天平sartorius BSA124S-CW（感量 0.1 mg）。

1.2 排泥水現狀

實驗期間，東平河處于枯水期，水體濁度主要由有機物和水中懸浮物所致。如圖1所示，水源水濁度最高值達到27.8 NTU，最低值為10.2 NTU，平均濁度在 15.8 NTU 左右。

目前，水廠使用虹吸式排泥車進行排泥。排泥車行走速度快，容易帶起底部礬花，同時造成礬花破體，大量破體礬花浮于水面，導致排泥水平均含固率僅為1%左右。根據資料所得[3-4]，南方一給水廠排泥水污泥中含有大量的藻類以及有機物，污泥中有機物質量分數在30%左右。據此可知，沙口水廠枯水期排泥水可能也含有部分有機物和少量泥沙。以下針對此排泥水進行試驗。

圖1 2019年第四季度水源水濁度

1.3 檢測方法的優(yōu)化

根據《生活飲用水標準》中溶解性總固體的測定稱量法，結合排泥水的性質，設定了3種檢測方法，見表1。

《生活飲用水標準》和《水和廢水監(jiān)測分析方法》提供的2種溫度分別是（105±3）℃和（180±2）℃。有機物在（180±2）℃下進行烘干會揮發(fā)逸失，而排泥水含部分有機物，此溫度下進行烘干會影響檢測數據的準確性。因此，實驗選擇（105±3）℃作為烘干溫度。

排泥水中的有機物含有破體礬花和藻類。水樣靜置后，密度小于水的破體礬花和藻類會懸浮于水面。為避免將懸浮物過濾除去，從而影響實驗結果，方法1和方法2均采用不過濾水樣上清液的操作。

從減少工作量的角度出發(fā)，方法2減少樣品量，并采取直接烘干的操作。排泥水的含水率高，方法3先使用直接過濾的操作，過濾掉樣品中大部分的水分，后烘干濾后固體。

1.3.1 檢測容器

通過對3種方法中的容器進行空白烘干對比實驗，選擇出適合排泥水含固率檢測的實驗容器。（1）將燒杯、蒸發(fā)皿和濾紙分別放入電恒溫烘箱中，在（105±3）℃條件下進行烘干處理；（2）烘干至設定的溫度后將燒杯、蒸發(fā)皿和濾紙分別放入干燥器冷卻，冷卻后稱重，記為m1；（3）第2次烘干30 min，冷卻后稱量，記為m2，如此類推，第三、四、五次分別記為m3、m4、m5。

1.3.2 方法精密度

方法1與方法2均使用稱重法，根據資料顯示[5]，重量分析法的相對誤差較少，準確度高，但是其靈敏度較低。對方法1與方法2進行精密度對比實驗，進而選擇出排泥水含固率檢測的最優(yōu)方法。分別取同一水樣于5個蒸發(fā)皿中和5個100 mL燒杯中進行平行測試（n=5）。

1.4 取樣數量的確定

排泥水含固率作為沉淀池改造效果的主要驗收標準，了解排泥水含固率的變化情況有助于了解沉淀池的改造效果。如圖2所示，水廠沉淀池目前共設置6個排泥水取樣點，排泥車在各取樣點的排泥時間均為1 min。根據實際生產情況，設定2種取樣方法。（1）三點取樣法：在各個取樣點排泥過程中，前、中、后 3 段（10 s、30 s和 50 s）各取一個水樣，每個水樣取500 mL；（2）六點取樣法：在各個取樣點排泥過程中，每隔 5 s（5 s、15 s、25 s、35 s、45 s和 55 s）取一個水樣，每個水樣取500 mL，共取6個樣。

表1 排泥水含固率檢測方法

圖2 水廠沉淀池排泥水取樣點

2 結果與分析

2.1 容器的空白烘干對比實驗

從表2可以看到，燒杯和蒸發(fā)皿在第3、第4次冷卻后的重量差值（m3-m4）已小于 0.000 4 g；而濾紙5次稱重結果變化較大，且m4與m5之間的恒重允差值為0.004 5 g。燒杯和蒸發(fā)皿均符合《生活飲用水標準》對容器的要求，而濾紙吸濕性好，經干燥的濾紙在稱量期間會吸收空氣中的水分，導致重量變化較大，會影響排泥水含固率檢測的結果。分析認為應選擇性質穩(wěn)定、耐熱性好的容器進行排泥水含固率檢測，故宜選用方法1的燒杯和方法2的蒸發(fā)皿。

表2 容器的空白烘干對比實驗

2.2 精密度對比實驗

精密度分析結果如表3所示。方法1與方法2檢測出的水樣平均含固率值接近，但對比兩者標準偏差與精密度，方法1得出的數據誤差更小，精密度更好，更適用于排泥水含固率的檢測。因此，采用方法1作為排泥水含固率的最終檢測方法。

表3 精密度分析

2.3 取樣點數量對比實驗

如圖3所示，兩種方法呈現該段排泥水含固率變化情況的差別較大。三點取樣法得出的曲線說明該段排泥水的含固率逐步下降；而六點取樣法得出的曲線說明該段排泥含固率先下降后回升。排泥水水樣為非均勻溶質混合液體，水樣的含固率存在波動是正常現象。

三點取樣法的優(yōu)點在于取樣的工作量小，后續(xù)的驗收工作量也小，不容易受到時間、人力、實驗室條件等的限制；缺點在于取樣數量較小，難以獲得清晰的含固率變化情況。六點取樣法的優(yōu)點在于取樣的數量較多，排泥水含固率的變化較清晰，更接近真實；缺點在于取樣數量過高，會導致后續(xù)的驗收工作量過大，需要投入較大的人力、物力，對于常規(guī)的水廠來說，實驗條件也會有所限制，不適合作為通用的排泥水含固量檢測取樣方法進行推廣。結合沙口水廠的實際生產情況和實驗條件，排泥水含固率檢測的取樣方法采用六點取樣法。

圖3 不同取樣方法下水樣含固率變化對比圖

4 結論

由試驗可知，為了更精準地測出水廠沉淀池排泥水的含固率，應選用性質穩(wěn)定的容器進行含固率檢測的烘干操作，并選取精密度更好的實驗方法。在此前提下，謹慎減少水樣的數量，因為數量過小易增加實驗數據的誤差，降低數據的可信性。由于不同水廠的排泥水性質有所不同，應結合各水廠的原水情況、生產情況和實驗條件綜合對取樣數量做出相應選擇。