北京亦莊水廠排泥水處理工藝設(shè)計(jì)

管清坤

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082）

隨著城市建設(shè)的發(fā)展及環(huán)保要求的逐漸提高，凈水廠排泥水對(duì)環(huán)境的影響也越發(fā)受到了關(guān)注，凈水廠排泥水不經(jīng)處理直接排入水體將成為水體的重要污染源[1][2][3]，隨著時(shí)間的推移，排泥水中所含污泥也會(huì)淤積河床，影響河道行洪能力和航運(yùn)[4]。據(jù)有關(guān)資料顯示，排泥水水量可占凈水廠產(chǎn)水量的2%～4%[5]，因此凈水廠排泥水處理系統(tǒng)的建設(shè)在改善水體環(huán)境、降低凈水廠的自用水率、實(shí)現(xiàn)排泥水減量化[6]和資源化等方面具有十分重要的意義。

1.項(xiàng)目概況

北京亦莊水廠為南水北調(diào)工程配套凈水廠，遠(yuǎn)景規(guī)劃規(guī)模為150萬m3/d，分兩期建設(shè)，本次一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為50萬m3/d。水源為南水北調(diào)水源，引自丹江口水庫陶岔渠首，經(jīng)南水北調(diào)中線工程進(jìn)入水廠處理單元。凈水廠出水滿足國(guó)家現(xiàn)行的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求，其中出水濁度小于0.3 NTU（保證率＞95%）。

2.排泥水的組成

凈水廠排泥水一般由沉淀池或澄清池的排泥和砂濾池或炭吸附池的反沖洗排水組成，排泥水量可占凈水廠總規(guī)模的4%～7%，凈水廠排泥水總含水率約為98%～99.9%之間，排泥水中的固體物質(zhì)以無機(jī)顆粒和泥沙為主。

北京亦莊水廠核心處理構(gòu)筑物為機(jī)械攪拌澄清池、砂濾池及炭吸附池，排泥水主要來源為砂濾池反沖洗排水、炭吸附池反沖洗排水、排泥池和濃縮池上清液、水線機(jī)械攪拌澄清池排泥及沖洗水處理車間排泥。

2.1 總廢水量計(jì)算

砂濾池設(shè)計(jì)為24格，單格過濾面積112.50m2，沖洗強(qiáng)度為氣+水反沖時(shí)水沖強(qiáng)度為 4L/（m2·s），沖洗時(shí)間 5min；水沖強(qiáng)度為 8L/（m2·s），沖洗時(shí)間 6 min；表面沖洗強(qiáng)度為 1.8L/（m2·s），沖洗時(shí)間 13min，沖洗周期為1d，單格砂濾池每天沖洗水量如表1所示。

表1 單格濾池每天沖洗水量計(jì)算表

砂濾池每天沖洗水量為616.95×24=14806.8m3/d。

炭吸附池設(shè)計(jì)為24格，單格過濾面積94.5m2，沖洗強(qiáng)度為 12L/（m2·s），沖洗時(shí)間10min，沖洗周期為5d。單格炭吸附池每天沖洗水量如表2所示。

表2 單格濾池每天沖洗水量計(jì)算表

炭吸附池每天沖洗水量為680.4×24/5=3265.9m3/d。

排泥池和濃縮池上清液回流量為5250m3/d。

故總廢水量為14806.8+3265.9+5250=23322.7m3/d。

2.2 干泥量計(jì)算

干泥量依據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50013-2018）10.1.4公式計(jì)算得出，公式如下：

干泥量：S=Q（K1×C0+ K2D1+ K3D2+粉炭投加量）×10-6

其中：C0—原水濁度取值

K1—濁度與SS轉(zhuǎn)換系數(shù)：取K1=1.5

K2—鋁鹽轉(zhuǎn)換成泥量的系數(shù)：取K2=1.53

K3—鐵鹽轉(zhuǎn)換成泥量的系數(shù)：取K3=0.66

D1—鋁鹽投加量（以Al2O3計(jì)）（純品）

D2—鐵鹽投加量（以FeCl3計(jì)）（純品）

2.2.1 計(jì)算條件

干泥量計(jì)算分為設(shè)計(jì)和校核兩種工況，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 干泥量計(jì)算條件

2.2.2 干泥量計(jì)算過程

設(shè)計(jì)工況干泥量：

S1=Q（K1×C0+1.53D1+1.9D2+粉炭投加量）×10-6

=500000×（1.5×10+1.53×10×12%+0.66×50×40%+0)/10-6

=14.97t/d

取 15t（DS）/d。

校核工況干泥量：

S2=Q（K1×C0+1.53D1+1.9D2+粉炭投加量）×10-6

=500000×（1.5×10+1.53×10×12%+0.66×50×40%+10)/10-6

=19.97t/d

取 20t（DS）/d。

設(shè)計(jì)時(shí)采用15t（DS）/d作為各處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)處理量，用20t（DS）/d作為各處理構(gòu)筑物的極限工況。

3.排泥水處理工藝流程

本工程排泥水處理主要分為廢水處理和污泥處理兩部分。廢水濃度一般較低，平均含固率僅0.02%～0.05%[7]，廢水處理設(shè)計(jì)采用混凝、沉淀處理工藝，由于機(jī)械攪拌澄清池具有很好的過濾功能，可去除反沖洗水中的藻類、細(xì)菌、兩蟲，可避免微生物富集，降低回流水對(duì)澄清池的沖擊負(fù)荷，因此廢水處理采用機(jī)械攪拌澄清池處理工藝。污泥處理采用重力濃縮，濃縮后的污泥進(jìn)入板框脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，處理流程如下圖所示。

圖1 排泥水處理工藝流程圖

4.構(gòu)筑物設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)

4.1 廢水處理系統(tǒng)

廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量按水廠沖洗廢水24小時(shí)/天均勻回流設(shè)計(jì)，盡量減少回流水對(duì)水廠的沖擊負(fù)荷。為考慮機(jī)械攪拌澄清池的維護(hù)及檢修，機(jī)械攪拌澄清池設(shè)計(jì)成獨(dú)立的兩個(gè)系列，且相互不影響。由于沖洗水處理車間機(jī)械攪拌澄清池尺寸較小，為降低施工及運(yùn)維難度，設(shè)計(jì)采用一體化設(shè)備。設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理沖洗水2.33萬m3，單座機(jī)械攪拌澄清池設(shè)計(jì)規(guī)模486m3/h，池內(nèi)直徑D=14.3m，設(shè)計(jì)總停留時(shí)間113.0min，設(shè)計(jì)液面負(fù)荷3.67m3/（m2·h），為提高澄清效率，清水區(qū)設(shè)置斜管。

4.2 污泥濃縮系統(tǒng)

污泥處理系統(tǒng)主要由排泥池、濃縮池、上清液集水池、污泥提升系統(tǒng)組成。

排泥池采用浮動(dòng)槽排泥池，設(shè)置兩座，單座平面凈尺寸為W×B=18m×18m，有效水深4m，接納來自水線和泥線機(jī)械攪拌澄清池的排泥水，浮動(dòng)槽浮動(dòng)范圍為1.5m，固體負(fù)荷按0.96kg/（m2·h）設(shè)計(jì)，停留時(shí)間為10.4h，排泥池兼有調(diào)節(jié)排泥水量和污泥預(yù)濃縮作用。

濃縮池采用輻流式重力濃縮池，設(shè)置兩座，單座平面凈尺寸為W×B=18m×18m，有效水深4m，接納來自排泥池底泥，固體負(fù)荷按0.96kg/（m2·h）設(shè)計(jì)。為了提高濃縮效果，刮泥機(jī)上設(shè)置濃縮柵條，隨刮泥機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為減少濃縮機(jī)運(yùn)行對(duì)污泥的擾動(dòng)，濃縮機(jī)外緣線速度控制在0.6m/min以下。

污泥經(jīng)過濃縮處理后，可有效減少濕污泥體積，污泥含水率一般可降低1%～2%。

4.3 污泥脫水系統(tǒng)

4.3.1 污泥平衡池

污泥平衡池為濃縮池排泥調(diào)節(jié)池，接納濃縮池24小時(shí)連續(xù)排泥，保證濃縮池的連續(xù)運(yùn)行以及與污泥脫水系統(tǒng)的順暢連接。污泥平衡池共設(shè)置兩格，單格尺寸L×W×H=6.2m×5.0m×7.75m，污泥停留時(shí)間為11.8h。平衡池設(shè)有潛水?dāng)嚢杵饕苑乐刮勰喑练e。

4.3.2 污泥調(diào)質(zhì)池

污泥調(diào)質(zhì)池用于對(duì)脫水前的污泥進(jìn)行加藥預(yù)處理。平衡池內(nèi)的污泥由池污泥泵送至調(diào)質(zhì)池，污泥在調(diào)質(zhì)池中與PAM充分混合并反應(yīng)后通過脫水機(jī)進(jìn)泥泵污泥送入板框脫水機(jī)。污泥調(diào)質(zhì)池共設(shè)置兩格，單格尺寸L×W×H=5.0m×5.0 m×7.75m，有效容積為167.5m3，每格污泥調(diào)質(zhì)池容積可以滿足單臺(tái)脫水機(jī)兩個(gè)批次處理的泥量。

4.3.3 板框脫水系統(tǒng)

板框脫水系統(tǒng)主要包括板框脫水機(jī)、進(jìn)泥系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、泥餅輸送系統(tǒng)等。

脫水機(jī)房分為兩層，上層布置板框脫水機(jī)及清洗系統(tǒng)，下層布置進(jìn)泥系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、泥餅輸送系統(tǒng)等。本工程共設(shè)置3臺(tái)板框脫水機(jī)，單臺(tái)脫水機(jī)處理能力5tDS/d，工作時(shí)間為10 h/d，板框脫水機(jī)選擇薄膜擠壓型板框脫水機(jī)[8]，脫水后泥餅含水率可降低至60%及以下，由于添加PAM后的污泥黏性較大，脫水機(jī)設(shè)計(jì)選用濾布行走自動(dòng)排泥方式，板框脫水機(jī)由PLC控制自動(dòng)運(yùn)行。污泥棚緊鄰脫水機(jī)房，脫水后的泥餅經(jīng)螺旋輸送機(jī)送至運(yùn)泥車，再由運(yùn)泥車定期外運(yùn)。

5.結(jié)論

凈水廠排泥水處理系統(tǒng)一般包括廢水處理和污泥處理兩部分。本工程將廢水和污泥采用分別處理的方式，廢水采用絮凝、沉淀處理工藝，污泥采用調(diào)節(jié)、濃縮、脫水處理工藝。該系統(tǒng)工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定，當(dāng)原水濁度變化較大時(shí)有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

凈水廠排泥水回用系統(tǒng)可有效降低水廠的自用量，鑒于節(jié)能減排、環(huán)保等要求的逐漸提高，凈水廠應(yīng)注重排泥水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少廢水排放的同時(shí)提高水資源利用率。本工程通過設(shè)置排泥水處理及回用系統(tǒng)，除脫水機(jī)分離水外，水廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后全部回用，相較于不設(shè)置回用系統(tǒng)的凈水廠而言自用水率由4.8%降至0.15%，自用水率在國(guó)內(nèi)外凈水廠中處于較低水平。目前國(guó)內(nèi)外排泥水處理工藝流程一般由調(diào)節(jié)、濃縮、平衡、脫水、泥餅處置等基本工序組成，本工程廢水采用機(jī)械攪拌澄清池工藝進(jìn)行處理后回用，回用水水質(zhì)穩(wěn)定且水質(zhì)較好，對(duì)凈水廠沖擊較小，該工藝在凈水廠排泥水處理中的應(yīng)用鮮有報(bào)道。

由于機(jī)械攪拌澄清池排泥含水率較高，本工程采用浮動(dòng)槽排泥池，對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)濃縮后由濃縮池進(jìn)一步降低其含水率，最后經(jīng)板框脫水機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行脫水，可將污泥含水率降低至60%及以下，有效減少了外運(yùn)泥餅量及運(yùn)輸難度。