脉冲澄清池的优化排泥方法与流程

本发明属于饮用水处理领域，尤其涉及一种脉冲澄清池的优化排泥方法。

背景技术：

沉淀是常规净水处理工艺中的重要环节之一，常规沉淀池主要有平流沉淀池、斜管(板)沉淀池、澄清池和气浮池等。脉冲澄清池是污泥层式絮凝澄清池，并配备斜管以强化澄清效果。在投加粉末活性炭的情况下，在去除浊度和有机物方面效果明显。该池型将絮凝、澄清、沉淀、吸附功能建在一个构筑物内，和其它絮凝沉淀池相比，减少了占地面积，提高了净水效率。该池型由于对实际运行管理的要求较高，抗冲击负荷和超负荷能力较低，因此实际应用和运行管理经验较少。专利文献101862554A公开了一种脉冲澄清池，包括由原水进水管、进水室、鼓风机、真空破坏阀组成的脉冲发生器和由原水配水管、澄清水集水槽、排泥沟、整流板、澄清池、污泥浓缩室组成的池体，进水室的上部的真空室连接有鼓风机、真空破坏阀，进水室的下部的原水配水室连有原水进水管，原水配水室与澄清池的底部相连，澄清池内设有上部的清水层和底部的污泥层，其中在清水层上部设有澄清水集水槽，其特征在于：在污泥层和清水层之间设有一层斜管。专利文献1176839公开了一种脉冲澄清池水处理装置，包括脉冲发生器、进水至、进水管、进水井、布水廊道、穿孔布水管、稳流人字板、斜板、出水槽、集泥斗、排气管、排泥管，其特征在于在脉冲澄清池泥斗高度以上的泥水分离区安装有斜板或蜂窝斜管。

常规水厂净水处理工艺中的脉冲澄清池结构包括真空室、污泥层区、澄清水区和污泥浓缩单元四个部分，控制系统由可编程逻辑控制器(PLC)执行。投加混凝剂的原水以重力流方式稳定进入真空室，由真空风机将室内顶部的空气抽出，使水位上升，到达一定水位后真空破坏阀打开，让空气进入室内，此时真空室内水位突降，并通过配水渠和穿孔配水管将室内水快速排放，使水流形成脉冲进入澄清池。水中的絮体颗粒凝聚集结，并形成污泥层，水流穿过污泥层时会发生碰撞、接触、吸附，泥层在脉冲水流的作用下会保持均质蓬松状态，当泥层的高度高于污泥浓缩区隔墙高度后会溢流到污泥浓缩(区)单元内，浓缩区不存在上升流速，使污泥在浓缩区内浓缩后排放。

脉冲澄清池在投入运行初期，操作指导文件中关于初始运行后何时启动排泥和正式运行后排泥控制方式两个方面存在问题。其一，初始运行后何时启动排泥，在其操作指导书中只给出人工观测法，由于初始泥层形成时长不确定，人工观测不是很可靠和很准确，一旦观测不到位或人为失误，会造成排泥不及时而导致水质不合格；其二，正式运行后的排泥方式设有累积流量和累计时间两种方式，运行时两种方式二选一，均可在可编程逻辑控制器(PLC)控制下完成。在经过一段时间的运行监测发现，系统中累积流量或累计时间方式设置的排泥参数都是固定值(固定流量或固定时间)，当原水水质发生变化或生产水量进行调整时，排泥量就会和实际值有误差。如果不及时调整排泥参数，就会出现排泥不足或排泥过度的情况，排泥不足会造成澄清池出水浊度升高，排泥过度会造成浪费，如果依靠人为调整又存在很多不可靠因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种脉冲澄清池的优化排泥方法，以流量配比方式控制排泥以及通过原水水质变化来修改污泥沉降比的方法，将人为设定改为系统自动控制，致使排泥量更加准确可靠。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种脉冲澄清池的优化排泥方法，其特征是：脉冲澄清池正式运行以“排出泥量等于生成泥量”为原则，以保持悬浮泥层的相对稳定为运行标准，选用原水后通过混凝实验分别测得：

初始排泥沉淀时间的污泥沉降比，以此计算出脉冲澄清池初始化的完成时间作为判定初始运行结束和排泥启动的依据；

正式运行排泥时间的污泥沉降比，以脉冲澄清池处理水量为变量，通过计算后自动生成脉冲澄清池排泥需要的时长，作为完成正式运行自动排泥控制的判定依据；

具体步骤如下：

1)污泥沉降比的测定

对不同来源、不同季节的原水，通过混凝实验确定药剂投加量，以此为基础再分别进行混凝试验，分别测得初始排泥沉淀时间的污泥沉降比和正式运行排泥时间的污泥沉降比；

混凝实验步骤如下：

①用五个1升的烧杯进行混凝试验，获得最佳药剂投加量：三氯化铁投加量为15-25mg/L和聚合氯化铝投加量为20-40mg/L；

②以上述药剂投加量再进行模拟生产的混凝实验，沉淀10分钟后，将泥与上清液分离，收集五个烧杯中的污泥，轻轻倒入1升量筒中；

③将收集的泥水再静置沉淀,初始排泥沉淀时间为10分钟及正式运行排泥沉淀时间为20-40分钟，模拟污泥浓缩的过程,分别记录污泥沉降的每ml刻度数P₁、P₂；其中P₁为初始排泥沉淀时间的浓缩污泥的毫升数；P₂为正式运行排泥沉淀时间的浓缩污泥的毫升数；

④分别计算初始排泥沉淀时间和正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比R₁、R₂

R₁为初始排泥沉淀时间的污泥沉降百分比

R₂为正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比

2)初始排泥启动

初始运行阶段以初始排泥沉淀时间的污泥沉降比为依据，通过公式计算得出脉冲澄清池初始运行完成所需要的时间，作为判定初始运行结束和排泥启动的依据，具体计算如下：

①每小时生成泥量＝脉冲澄清池初始运行期间单池处理流量×R₁

②脉冲澄清池单池泥层区容积＝单池泥层区面积×泥层区高度

③初始运行泥层形成所需时间＝单池泥层区容积÷每小时生成泥量

其中：取自流量在线仪表的单池处理流量；

经过计算得到脉冲澄清池初始运行泥层形成所需时间，作为脉冲澄清池初始运行多久后开启排泥系统的重要依据；

3)正式运行排泥启动

设定排泥时间间隔和混凝试验获得的正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比R₂，

计算公式如下：

①Q₁＝Q₂×T÷60

②t＝Q₁×R₂÷Q₃

其中：

Q₁为排泥启动累计流量值

Q₂为脉冲澄清池单池取自在线仪表的处理流量

Q₃为脉冲澄清池排泥管常数设定的每秒排泥量

T为设定的排泥时间间隔

R₂为正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比

t为单池排泥时长

在PLC控制系统中增加排泥启动累计流量值和单池排泥时长两个计算公式，程序即可自动计算出排泥启动累计流量和单池排泥时长，从而实现以流量配比方式自动启动排泥程序；

4)通过目测排泥过程，观察排泥管排出的污泥浓度是否均匀，取泥样进行检测，分别测定排泥开始和结束时的污泥沉降比，两个泥样的污泥沉降比差值应控制在10％以内。

所述正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比的混凝实验静置沉淀时间与设定的正式运行排泥时间间隔相同。

所述正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比的混凝实验静置沉淀时间优选为25分钟。

所述单池排泥时长为20-40秒，排泥时间间隔为20-40分钟。

有益效果：本发明以流量配比方式的排泥和通过水质变化修改污泥沉降比的方法，通过试验对相关数据进行量化，并将人为设定改为系统自动控制，能够更加科学地启动初始排泥和制定合理的排泥方式。与原来固定参数和人工设定方式相比，能够保证脉冲澄清池出水水质，确保脉冲澄清池工艺稳定运行，在提高运行准确性和可靠性的同时，还实现了节水、节药和节电的目标。

附图说明

图1是脉冲澄清池的结构示意图。

图中：1-进水管；2-集水槽；3-排泥管；4-稳流板；5-泥层区；6-真空室；7-真空泵；8-自动真空破坏阀；9-配水管；10-污泥浓缩区；11-加药管。

具体实施方式

下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

详见附图1，本实施例提供了一种脉冲澄清池的优化排泥方法，其特征是：脉冲澄清池正式运行以“排出泥量等于生成泥量”为原则，以保持悬浮泥层的相对稳定为运行标准，选用原水后通过混凝实验分别测得：

初始排泥沉淀时间的污泥沉降比，以此计算出脉冲澄清池初始化的完成时间作为判定初始运行结束和排泥启动的依据；

正式运行排泥时间的污泥沉降比，以脉冲澄清池处理水量为变量，通过计算后自动生成脉冲澄清池排泥需要的时长，作为完成正式运行自动排泥控制的判定依据；

具体步骤如下：

1)污泥沉降比的测定

对不同来源、不同季节的原水，通过混凝实验确定药剂投加量，以此为基础再分别进行混凝试验，分别测得初始排泥沉淀时间的污泥沉降比和正式运行排泥时间的污泥沉降比；

混凝实验步骤如下：

①用五个1升的烧杯进行混凝试验，获得最佳药剂投加量：三氯化铁投加量为15-25mg/L和聚合氯化铝投加量为20-40mg/L；

②以上述药剂投加量再进行模拟生产的混凝实验，沉淀10分钟后，将泥与上清液分离，收集五个烧杯中的污泥，轻轻倒入1升量筒中；

③将收集的泥水再静置沉淀,初始排泥沉淀时间为10分钟及正式运行排泥沉淀时间为20-40分钟，模拟污泥浓缩的过程,分别记录污泥沉降的每ml刻度数P₁、P₂；其中P₁为初始排泥沉淀时间的浓缩污泥的毫升数；P₂为正式运行排泥沉淀时间的浓缩污泥的毫升数；

④分别计算初始排泥沉淀时间和正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比R₁、R₂

R₁为初始排泥沉淀时间的污泥沉降百分比

R₂为正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比

2)初始排泥启动

初始运行阶段以初始排泥沉淀时间的污泥沉降比为依据，通过公式计算得出脉冲澄清池初始运行完成所需要的时间，作为判定初始运行结束和排泥启动的依据，具体计算如下：

①每小时生成泥量＝脉冲澄清池初始运行期间单池处理流量×R₁

②脉冲澄清池单池泥层区容积＝单池泥层区面积×泥层区高度

③初始运行泥层形成所需时间＝单池泥层区容积÷每小时生成泥量

其中：取自流量在线仪表的单池处理流量；

经过计算得到脉冲澄清池初始运行泥层形成所需时间，作为脉冲澄清池初始运行多久后开启排泥系统的重要依据；

3)正式运行排泥启动

设定排泥时间间隔和混凝试验获得的正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比R₂，

计算公式如下：

①Q₁＝Q₂×T÷60

②t＝Q₁×R₂÷Q₃

其中：

Q₁为排泥启动累计流量值

Q₂为脉冲澄清池单池取自在线仪表的处理流量

Q₃为脉冲澄清池排泥管常数设定的每秒排泥量

T为设定的排泥时间间隔

R₂为正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比

t为单池排泥时长

在PLC控制系统中增加排泥启动累计流量值和单池排泥时长两个计算公式，程序即可自动计算出排泥启动累计流量和单池排泥时长，从而实现以流量配比方式自动启动排泥程序；

4)通过目测排泥过程，观察排泥管排出的污泥浓度是否均匀，取泥样进行检测，分别测定排泥开始和结束时的污泥沉降比，两个泥样的污泥沉降比差值应控制在10％以内。

所述正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比的混凝实验静置沉淀时间与设定的正式运行排泥间隔时间相同。

优选正式运行排泥沉淀时间的污泥沉降百分比的混凝实验静置沉淀时间为25分钟。

实施例1

影响污泥沉降比的因素主要包括：原水温度、原水浊度、药剂投加量等。当原水水质变化或药剂投加量变化时需及时通过混凝试验测得污泥沉降比。结合滦河水的特点，将全年划分成低温低浊、常温常浊和高温高藻三个水质期，根据每个水质期的原水特点确定适当的处理工艺，进行相关的混凝实验确定合理的药剂投加量。

以低温低浊期为例：

1)初始排泥启动

在线仪表读取脉冲池单池处理流量为800m³/h，测得原水10分钟污泥沉降比为4％，计算如下：

①每小时生成泥量(m³/h)＝800(m³/h)×4(％)＝32(m³/h)

②单池泥层区容积＝泥层区面积×泥层区高度

＝442(m²)×1.9(m)＝840(m³)

③初始运行泥层形成所需时间＝单池泥层区容积÷每小时生成泥量＝840(m³)÷32(m³/h)＝26(h)

生产验证结果：初始运行期间，通过定时对脉冲池上的泥层取样管进行取样测定，确定泥层初步形成所需时长应在24小时以上，理论计算值与生产验证结果相近。考虑生产运行的安全可靠性，确定排泥系统在脉冲池初始运行25小时后开启排泥，并进入正式运行阶段。

2)正式运行排泥方式

在线仪表读取脉冲池单池处理流量为1000m³/h，测得原水25分钟污泥沉降比2％，设定排泥时间间隔25分钟，输入到PLC系统中，自动计算并生成排泥时长，实现自动控制。

排泥启动流量Q₁＝1000×25÷60＝417(m³)

排泥时长t＝417×2％÷0.36＝23(s)

据此，在单池处理流量1000m³/h情况下，系统确认每累计处理417m³水自动启动排泥一次，每次排泥时长为23秒。

生产验证结果：通过目测排泥过程，观察排泥管排出的污泥浓度比较均匀。取泥样进行检测，排泥开始污泥沉降比为99％，结束时污泥沉降比为95％，两个泥样的污泥沉降比差值为4％，完全满足污泥沉降比差值应控制在10％以内的要求。生产验证结果：通过目测排泥过程，观察排泥管排出的污泥浓度是否均匀。取泥样进行检测，分别测定排泥开始和结束时的污泥沉降比，两个泥样的污泥沉降比差值应控制在10％以内。

通常情况下，排泥时长控制在20-40秒为宜，排泥时间间隔控制在20-40分钟为宜。本实施例计算为23秒

按照本发明提供的混凝试验步骤，测得引滦原水不同水质期的污泥沉降比，如下表1所示。

表1不同水质期混凝试验测得的污泥沉降比

混凝试验作为实验室的测试是比较精确。它可以直观的看出混凝过程以及沉淀的过程，特别是对于最佳加药药剂的测定很准。

药剂投加量：实际的水处理工程中，限于药剂的浓度配比有误差、HRT、水质水温波动以及混凝条件设计会出现误差，但一般只要在设计规范的范围中，按照实验室测得的药剂值进行药剂投加，效果都会很好。

常规混凝实验确定药剂投加量方法

1)取原水时要搅拌均匀，要一次量取以尽量减少所取原水浓度上的差别；

2)混凝包括混合与凝聚，混合过程(即混凝剂刚加入水中的混合过程)要求快速，避免因时间间隔较长各水样加药后反应时间长短相差太大，而导致混凝效果悬殊。之后则要不断减慢速度，使脱稳胶体粒子相互凝聚。混合过程大约要在1-2分钟内完成，而凝聚过程则大约需要20-30分钟，沉淀过程则大约需要1个小时。试验室烧杯试验可适当缩短试验时间；

3)混凝过程要保持搅拌仪不被人为扰动，防止对混凝结果产生影响。

常规的最佳投药量采用优选法选混凝实验的最佳投药量。最佳投药量是配置一系列根据最小投药量的50％100％150％200％之类的药量来，通过多次实验逐步筛选出最佳投药量，而确定一个区间，然后选0.618x(上限+下限)的投药量，将这剂量的实验结果跟上限和下限各自的实验结果相比，得出新的区间。

本发明突出的技术创新点是：

1)通过水厂常规的生产指导性实验，即混凝实验测定污泥沉降比的方法；

2)通过污泥沉降比和处理水量确定初始运行排泥时间和正式运行自动化排泥方式；

3)正式排泥方式验证时取泥样进行检测，分别测定排泥开始和结束时的污泥沉降比，两个泥样的污泥沉降比差值应控制在10％以内的范围内；

4)通常情况下，排泥时长控制在20-40秒为宜，排泥时间间隔控制

在20-40分钟为宜。

上述参照实施例对该一种脉冲澄清池的优化排泥方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。