用地約束下的重慶某自來水廠排泥水處理工程設(shè)計(jì)

王志標(biāo)，鄭熒輝

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400020)

1 引言

城市自來水廠在生產(chǎn)自來水的同時，會產(chǎn)生一定量的排泥水，其排放量約為水廠產(chǎn)水量的4%～7%，其含水率約為98%～99%[1]，這些排泥水主要來自沉淀池排泥水和濾池的反沖洗排水。排泥水除含有凈水過程中從原水中去除的懸浮雜質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)外，還包括凈水過程中投加的無機(jī)鹽等物質(zhì)，嚴(yán)重影響水環(huán)境質(zhì)量。對城市自來水廠排泥水的處理目前被逐步重視，已有很多城市的自來水廠進(jìn)行了排泥水處理研究并進(jìn)行工程實(shí)踐，如上海市閔行水廠[2]、深圳市梅林水廠[3]等。排泥水在處理過程中一般采用濃縮、混凝、沉淀或澄清的處理工藝，如上海某水廠排泥水應(yīng)急處理工程采用了混凝—絮凝—斜管澄清的處理工藝[4]，蘇州某水廠[5]和北京亦莊水廠[6]排泥水僅采用了重力濃縮—污泥脫水的處理工藝，童禎恭[7]等則研究了微渦流絮凝池-斜管沉淀池的處理工藝。

我國部分水廠建成較早，缺少排泥水處理設(shè)施，由于受到了廠區(qū)用地的約束，使排泥水處理工程的建設(shè)受到了限制，如南安市石井鎮(zhèn)第二自來水廠在建設(shè)時為了應(yīng)對用地緊張，進(jìn)行了總圖優(yōu)化布置，實(shí)現(xiàn)土地的精細(xì)化利用[8]。因此，針對已建自來水廠用地緊張問題，以重慶市江北水廠為例，開展用地約束下的自來水廠排泥水處理工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)排泥水的有效處理，可為我國自來水廠改造提供參考。

2 工程概況

2.1 水廠概況

江北水廠是重慶市萬州區(qū)3 座主要水廠之一，該水廠現(xiàn)有的處理工藝為混合、絮凝、澄清、過濾和消毒的常規(guī)處理工藝，具體為“脈沖澄清池+氣水反沖洗V 形濾池”。由于該自來水廠的建設(shè)年限較早，現(xiàn)有廠區(qū)無排泥水處理設(shè)施，廠區(qū)澄清池、反沖洗廢水均通過排水箱涵排出廠外，對下游生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。該自來水廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為10 萬m3/d，廠區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)用地面積為2 733.07 m2，擬新建排泥水處理設(shè)施占地面積為1 889.64 m2。

2.2 排泥水處理規(guī)模

處理對象為生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的全部生產(chǎn)廢水，即全廠澄清池排泥水和濾池反沖洗廢水，廢水中的主要污染物為原水中的懸浮物質(zhì)、部分溶解物質(zhì)以及凈水過程中投加的藥劑。通過對江北水廠澄清池及濾池部分的排泥系統(tǒng)分析計(jì)算，江北水廠日生產(chǎn)系統(tǒng)排泥水總量為6 048.8 m3，其中澄清池排泥水量為1 920 m3，濾池的沖洗廢水總量為2 180 m3，炭濾池反沖洗廢水水量為1 948.8 m3。

水廠排泥水中所產(chǎn)生的干泥量主要與原水的懸浮固體以及投加的混凝劑量和品種有關(guān)，原水濁度計(jì)算取值為90%概率時的濁度為14.5NTU，原水濁度與懸浮固體含量之比值基本為1∶1，藥劑投加量按平均投加量18 mg/L，根據(jù)GB 50013—2021《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》得出設(shè)計(jì)干泥量為2.4 t/d。

3 工藝比選

自來水廠排泥水處理工藝的選擇主要取決于水廠凈水工藝、運(yùn)行方式、原水水質(zhì)和泥餅的最終處置。工藝選擇的主要內(nèi)容是確定濃縮和脫水方式。選擇時應(yīng)綜合考慮運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、管理難易、處理效果和占地大小等因素。水廠排泥水處理工藝及系統(tǒng)組成可能各有不同，但根本區(qū)別在于將澄清池排泥水和濾池反沖洗廢水兩類排泥水合并處理還是分別處理，工藝流程分別如圖1和圖2所示。

水廠沉淀池排泥水的懸浮雜質(zhì)含固率一般為0.2%～1.0%，高出濾池沖洗廢水的含固率20～30 倍，且濾池反沖洗廢水量很大，若同時將沉淀池排泥水和濾池反沖洗廢水排入調(diào)節(jié)池，雖可減少廢水調(diào)節(jié)池的基建投資和占地，但沉淀池排泥水卻被濾池反沖洗廢水稀釋，非常不利于其后的污泥脫水效果，合建式較分建式濃縮池體積增大并伴隨成本提高。同時，該自來水廠澄清池的排泥槽的標(biāo)高低于濾池反沖洗排水槽，在澄清池排泥的階段不能進(jìn)行濾池反沖洗，且濾池反沖洗的時候必須關(guān)閉閘門以防止反沖洗廢水倒灌進(jìn)入澄清池的排泥槽內(nèi)，導(dǎo)致排泥水處理工程中控制復(fù)制，管理不便。

因此，為保證污泥濃縮效果，結(jié)合水廠運(yùn)行情況及場地現(xiàn)狀等，該自來水廠采用澄清池排泥水和濾池反沖洗廢水分別處理的分建式處理工藝，澄清池排泥水采用“調(diào)節(jié)+ 重力濃縮+ 離心機(jī)機(jī)械脫水”，反沖洗廢水采用 “調(diào)節(jié)+ 直接回流”工藝，該自來水廠排泥水處理工藝流程圖如圖3所示。

4 排泥水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

4.1 排水、濃縮組合池

設(shè)置排水池1 座，分2 格，總有效容積1 050 m3，進(jìn)水端設(shè)2 只700 mm×700 mm手動閘門，為防止底泥沉積，每格排水回用水池均設(shè)有3 套潛水?dāng)嚢铏C(jī)，電機(jī)功率4 kW。池內(nèi)設(shè)4 臺潛水排污泵，3 用1 備，用于回流至混合池，事故情況下可同時啟動。單泵流量為105 m3/h，揚(yáng)程15 m，電機(jī)功率11 kW，自藕式安裝。

濃縮池設(shè)并聯(lián)2 座，當(dāng)中以共壁疊合在排水池上，每座內(nèi)徑尺寸8 m×8 m，水深約6.8 m，固體通量約2.0 kg/(m2·d）。每格濃縮池中心設(shè)1 套中心傳動刮泥機(jī)，上部設(shè)斜板板長1 m、板寬1 m 的不銹鋼斜板，以增強(qiáng)濃縮效果，泥斗底部敷設(shè)1 根DN150 mm 排泥管至平衡池。濃縮池上清液由集水槽收集，排入上清液回用池回流至混合池。

4.2 排泥池

利用排泥池收集澄清池排泥水，總有效容積為120 m3，分兩格。進(jìn)水端設(shè)2 只500 mm×500 mm 手動閘門，為防止水中顆粒物沉降，每格排水池均設(shè)有2 臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，池內(nèi)設(shè)4 臺潛水排污泵，2 用2 備，事故情況下可同時啟動。

4.3 平衡池

平衡池設(shè)1 座，分2 格，按設(shè)計(jì)干泥量1.5 d 時的貯量設(shè)計(jì)，總有效容積為126 m3。有效水深約3.8 m。為防止污泥在池中沉降，在每格平衡池中均設(shè)有2 臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)。

4.4 脫水機(jī)房

脫水機(jī)房由進(jìn)料泵房、脫水機(jī)房、污泥堆棚3 部分組成，脫水后污泥含固率大于20%。進(jìn)料泵房設(shè)2 臺凸輪泵作為2 臺離心機(jī)的進(jìn)料泵。單泵流量12 m3/h，揚(yáng)程30 m，電機(jī)功率約2.2 kW。為防止污泥中的大顆粒物損壞離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片，每臺螺桿泵前均設(shè)置污泥切割機(jī)。PAM 加注間設(shè)1 套PAM 調(diào)配系統(tǒng)，調(diào)配系統(tǒng)的能力為2 kg/h 干粉，配液濃度為0.2%～0.5%，在線稀釋后投加濃度0.1%～0.05%，通過螺桿泵加注至離心機(jī)進(jìn)口。離心機(jī)房設(shè)2 臺離心機(jī)，配套電動刀閘閥，單臺流量8～10 m3/h，電機(jī)功率約27.5 kW，設(shè)計(jì)干泥量時，1 臺離心機(jī)每日運(yùn)行12 h，事故高濁度(最大進(jìn)水濁度）時可2 臺同時開啟連續(xù)24 h 運(yùn)行。離心機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的分離液由集水坑收集，重力輸送至排泥池。泥餅通過螺旋輸送機(jī)輸送至污泥堆棚外運(yùn)。

各構(gòu)筑物尺寸和規(guī)格等如表1所示。

表1 尾水處理工程構(gòu)建筑物一覽表

4.5 設(shè)計(jì)優(yōu)化

受廠區(qū)用地條件限制并結(jié)合廠區(qū)地形高程條件，按照工藝流程及場地條件進(jìn)行排泥水處理系統(tǒng)優(yōu)化布置。根據(jù)高程關(guān)系將排水池和濃縮池疊合起來，組成排水、濃縮組合池。西側(cè)布置排泥池，排水、濃縮組合池緊鄰排泥池，布置在現(xiàn)狀廠區(qū)東側(cè)。北側(cè)布置平衡池、脫水機(jī)房。排泥池接納廠區(qū)由南向北的現(xiàn)狀排水管，經(jīng)調(diào)節(jié)后提升進(jìn)入濃縮池，濃縮池底泥進(jìn)入脫水機(jī)房內(nèi)的平衡池。后經(jīng)提升進(jìn)入離心脫水機(jī)內(nèi)，進(jìn)行離心脫水處理。脫水機(jī)房的污泥堆棚布置在廠區(qū)進(jìn)門大門處，以方便將處理的脫水污泥外運(yùn)，整體污泥管路呈回轉(zhuǎn)型布置。

5 結(jié)語

重慶江北水廠由于存在用地約束，在進(jìn)行排泥水處理工程設(shè)計(jì)時，經(jīng)方案比選、論證，選用分建式排泥水處理工藝，其中澄清池排泥水“采用調(diào)節(jié)+重力濃縮+ 離心機(jī)械脫水”處理工藝，濾池反沖洗廢水采用“調(diào)節(jié)+直接回流”處理工藝。處理構(gòu)筑物主要包括排水濃縮組合池、排泥池、平衡池、脫水機(jī)房等，整體采用緊湊布置，利用高程關(guān)系將排水池和濃縮池疊合，最大化利用現(xiàn)狀土地，可為我國自來水廠改造提供參考。