凈水廠污泥處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

梁 斌， 王秋慧

(天津市華淼給排水研究設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300190)

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的深入發(fā)展，居民對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高，相應(yīng)對(duì)水環(huán)境改善也提出了更高的要求。凈水廠污泥處理一直備受關(guān)注，2022年10月1日起實(shí)施的全文強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范《城市給水工程項(xiàng)目規(guī)范》(GB 55026—2022)要求水處理過(guò)程中產(chǎn)生的排泥水、浮渣、廢水和廢液均應(yīng)進(jìn)行處理處置，嚴(yán)禁直接排入環(huán)境水體。

1 凈水廠污泥設(shè)計(jì)工藝分析

1.1 污泥來(lái)源

常規(guī)凈水廠污泥主要來(lái)自沉淀池排泥、氣浮池排渣和濾池反沖洗廢水，泥水經(jīng)排水調(diào)節(jié)池沉淀后形成待脫水污泥，污泥以無(wú)機(jī)顆粒和泥沙為主，同時(shí)含有少量有機(jī)物，主要來(lái)源于原水中色度、浮游生物等[1]。

1.2 常規(guī)污泥處理工藝

目前，凈水廠污泥處理工藝路線相對(duì)比較固定，基本采用“濃縮+機(jī)械脫水”的處理方法。即凈水廠沉淀池污泥和排水調(diào)節(jié)池污泥排入排泥調(diào)節(jié)池，混合均勻后用泵打入污泥濃縮池，經(jīng)污泥濃縮池濃縮后排入污泥均質(zhì)池，然后進(jìn)入污泥脫水機(jī)脫水，最終外運(yùn)處置，污泥處理工藝如圖1所示。污泥處理建、構(gòu)筑物主要包括排泥調(diào)節(jié)池、污泥濃縮池、污泥均質(zhì)池和污泥脫水機(jī)房。

1.3 污泥處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)凈水廠處理工藝采用高速氣浮池而非沉淀池時(shí)，污泥處理系統(tǒng)接收的污泥為高速氣浮池的浮渣和排水調(diào)節(jié)池的排泥。優(yōu)化后的污泥處理工藝如圖2所示，污泥處理系統(tǒng)利用氣浮池的浮渣池替代傳統(tǒng)的排泥調(diào)節(jié)池，將排水調(diào)節(jié)池產(chǎn)生的排泥排入高速氣浮池的浮渣池，在浮渣池內(nèi)將泥渣混合均勻后排入污泥濃縮池，濃縮后的污泥排至污泥均質(zhì)池。污泥均質(zhì)池的污泥經(jīng)攪拌器混合均勻后直接由污泥泵輸送至污泥脫水機(jī)，污泥脫水機(jī)脫水后的污泥由螺旋輸送機(jī)輸送到運(yùn)泥車或者污泥料倉(cāng)。

污泥脫水機(jī)排水調(diào)節(jié)池污泥沉淀池污泥排泥調(diào)節(jié)池污泥濃縮池污泥均質(zhì)池污泥脫水機(jī)高速氣浮池污泥排水調(diào)節(jié)池污泥浮渣池污泥濃縮池污泥均質(zhì)池圖1 常規(guī)污泥處理工藝流程Fig.1 Conventional sludge treatment process圖2 優(yōu)化污泥處理工藝流程Fig.2 Optimized sludge treatment process

根據(jù)氣浮池或者沉淀池排泥含固率的不同以及不同類型脫水機(jī)對(duì)進(jìn)泥含固率的要求，對(duì)污泥提出不同的處理建議[2]，如表1所示。

表1 不同含固率污泥的處理建議Tab.1 Suggestions on the treatment of sludge with different solid contents

2 工程案例分析

2.1 工程概況

天津市某凈水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10×104m3/d，凈水工藝采用“前臭氧接觸池+機(jī)械混合、水力反應(yīng)及高速氣浮池+V型濾池+后臭氧接觸池+活性炭濾池+消毒”，在污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中直接以氣浮池的浮渣池替代排泥調(diào)節(jié)池，即污泥處理工藝為“浮渣池+污泥濃縮池+污泥均衡池+離心脫水機(jī)”。

2.2 干泥量計(jì)算

根據(jù)干泥量計(jì)算公式[3]：

TDS=Q×(T×E1+0.2C+1.9F+1.53A+B)×10-6

計(jì)算得出該水廠設(shè)計(jì)干泥總量為2.5 t/d。其中設(shè)計(jì)進(jìn)水濁度為4.0 NTU，出水濁度取0.2 NTU，能滿足全年95%以上處理要求；原水色度取30，出水色度取5.0；凈水處理前絮凝聚合氯化鋁投加量為40 mg/L，原液濃度為10%；以鐵鹽混凝劑為主，設(shè)計(jì)商品三氯化鐵投加量為30 mg/L，原液濃度為38%。

2.3 污泥處理建、構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，浮渣池污泥含水率以99.7%計(jì)，污泥量為834 m3/d，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行污泥處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)?？紤]冬季正常運(yùn)行要求，將污泥濃縮池、均衡池、污泥投藥系統(tǒng)和離心脫水機(jī)建在室內(nèi)，建筑物平面尺寸為40.0 m×24.0 m。

(1)污泥濃縮池

設(shè)計(jì)采用高密度濃縮池1座(含2池)，采用上部斜板、下部豎流式相結(jié)合的池型，單池平面尺寸為8.0 m×8.0 m，有效水深為6.5 m，連續(xù)運(yùn)行，固體通量為1.0 kg/(m2·h)，上升流速為0.142 mm/s；濃縮池進(jìn)泥濃度為0.3%，底泥排出濃度為3.0%。

在污泥濃縮池中設(shè)有污泥濃度計(jì)，通過(guò)設(shè)定開始排泥和終止排泥時(shí)的濃縮污泥濃度值(或污泥界面儀)來(lái)控制排泥泵的開、停。濃縮池沉淀的底泥由排泥螺桿泵輸送至污泥均衡池。

(2)污泥均衡池

污泥均衡池是一個(gè)緩沖池，功能為調(diào)節(jié)污泥濃縮池排泥的不均勻性，使污泥在均衡池內(nèi)進(jìn)行充分的混合，以適應(yīng)污泥脫水機(jī)的進(jìn)泥需求。

均衡池進(jìn)泥濃度按3%考慮，即脫水機(jī)進(jìn)泥含水率97%，設(shè)計(jì)均質(zhì)池1座，分2格，單格平面尺寸3.0 m×5.0 m，有效水深為3.5 m，單格可容納14 h的處理泥量。為保證池中污泥均勻度，均衡池內(nèi)配潛水?dāng)嚢杵?，均衡池后設(shè)置變頻螺桿泵，同時(shí)均衡池內(nèi)設(shè)有泥位計(jì)，用以控制污泥脫水機(jī)進(jìn)泥螺桿泵及均衡池潛水?dāng)嚢铏C(jī)的開、停。運(yùn)行中，由公用吸泥管抽取池內(nèi)污泥輸送至污泥脫水機(jī)。

(3) 污泥脫水機(jī)

污泥脫水采用機(jī)械脫水方式，選用離心脫水機(jī)作為機(jī)械脫水設(shè)備，其原理是利用離心力加速污泥沉淀，使其與液體分離開來(lái)。污泥脫水機(jī)進(jìn)泥含水率按97%，出泥含水率按80%計(jì)。為了保持脫水機(jī)脫水污泥的質(zhì)量不變，離心機(jī)進(jìn)泥量需均衡穩(wěn)定。脫水機(jī)前設(shè)流量計(jì)，通過(guò)流量信號(hào)對(duì)污泥泵、加藥泵進(jìn)行控制。同時(shí)對(duì)離心脫水機(jī)沖洗泵、加藥泵、相應(yīng)閥門、螺旋輸送器實(shí)現(xiàn)連鎖及自動(dòng)控制。

選用單機(jī)處理量為5～15 m3/h，N=20.5 kW的離心機(jī)2臺(tái)，2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行工作8 h/d，單臺(tái)運(yùn)行工作16 h/d。脫水后泥餅通過(guò)1臺(tái)水平式螺旋輸送器和1臺(tái)傾斜式螺旋輸送器送至污泥間，污泥間設(shè)計(jì)運(yùn)泥車2輛，交替工作，實(shí)現(xiàn)污泥不落地的目的，最大限度保護(hù)周圍環(huán)境。

(4)加藥系統(tǒng)

污泥脫水藥劑選用陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(CPAM)干粉，設(shè)計(jì)2個(gè)投加點(diǎn)，可分別投加到濃縮池的反應(yīng)池和離心脫水機(jī)的進(jìn)泥管處。設(shè)計(jì)聚合物藥液自動(dòng)配制裝置2套，制備能力分別為4 000和1 000 L，分別用于脫水機(jī)和濃縮池加藥；加藥泵均采用隔膜計(jì)量泵。設(shè)計(jì)投加量見表2。

表2 絮凝劑投加參數(shù)Tab.2 Dosing parameters of flocculant

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)建議

3.1 用污泥料倉(cāng)代替儲(chǔ)泥間

該工程案例設(shè)計(jì)脫水后泥餅直接掉落在運(yùn)泥車上，需要運(yùn)泥車長(zhǎng)期停在污泥間才能滿足調(diào)度要求，運(yùn)泥車使用效率極低，且運(yùn)泥車接泥時(shí)處于敞開狀態(tài)，影響環(huán)境，存在臭味外泄的問(wèn)題。建議設(shè)計(jì)室外污泥料倉(cāng)用于儲(chǔ)存污泥，再定期外運(yùn)，從而方便運(yùn)行管理，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，使運(yùn)行環(huán)境良好且防止臭味外泄。

3.2 濃縮池運(yùn)行優(yōu)化

在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)濃縮池配泥管容易積泥堵塞，同時(shí)控制閥門存在銹蝕等問(wèn)題影響操作，造成配泥管很難清理。建議設(shè)計(jì)時(shí)在配泥管最始端增加高壓水沖洗裝置，方便后續(xù)運(yùn)行管理。

3.3 脫水機(jī)分離液處理優(yōu)化

脫水機(jī)分離液雖然水量不大，但是懸浮物含量較高，且通常含有鐵、鋁等金屬及助凝劑殘留，通常設(shè)計(jì)將其排入城市下水道。根據(jù)新規(guī)范要求，建議對(duì)脫水機(jī)分離液進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，若不能達(dá)到排入城市下水道的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)單獨(dú)處理達(dá)標(biāo)后排入城市下水道或環(huán)境水體。對(duì)于脫水機(jī)分離液，目前單獨(dú)進(jìn)行處理的很少，尚未形成適宜的處理方法。目前已出現(xiàn)凈水廠采用氣浮工藝或過(guò)濾工藝進(jìn)行處理，但其綜合處理效果還需要通過(guò)時(shí)間來(lái)驗(yàn)證。

4 結(jié)論

隨著環(huán)保要求的提高以及污泥處理技術(shù)的日益提升，凈水廠污泥處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也將愈加成熟，在天津市某凈水廠的應(yīng)用效果表明，當(dāng)凈水工藝為氣浮工藝時(shí)，利用氣浮系統(tǒng)的浮渣池替代傳統(tǒng)的排泥調(diào)節(jié)池是可行的。另外，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可逐步改善目前存在的污泥存放、運(yùn)輸、除臭以及脫水機(jī)分離液的處理等問(wèn)題，滿足城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境發(fā)展的需求。