南方某縣城自來水廠改造升級(jí)工程排泥水處理設(shè)計(jì)

曠楊歡

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，環(huán)境保護(hù)要求日益提高，供水廠排出的生產(chǎn)廢水對(duì)環(huán)境污染事宜越來越引起關(guān)注，供水廠絮凝、沉淀池排泥水及濾池沖洗水主要組成為無機(jī)泥砂，但也有少量有機(jī)物，其懸浮物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)，如不處理達(dá)標(biāo)就直排自然水體，給接納水體造成污染。隨著相關(guān)研究的深入，排泥水直排的問題逐步得到重視，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)某縣城自來水升級(jí)改造排泥水部分進(jìn)行研究探討。

1 工程概況

某縣城水廠是該縣規(guī)模最大的水廠，占地面積約為2.4 萬m2，設(shè)計(jì)供水能力為8 萬m3/d，由日供水能力2 萬m3的1 號(hào)生產(chǎn)線和日供水能力為6 萬m3的2 號(hào)生產(chǎn)線構(gòu)成。為滿足區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀及近期規(guī)劃供水需求，對(duì)水廠進(jìn)行全面改造，排泥水部分改造建設(shè)內(nèi)容如下：按8 萬m3/d 產(chǎn)水規(guī)模新建一套排泥水簡易脫水系統(tǒng)。

2 泥水處理目標(biāo)

對(duì)絮凝池、沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗廢水如直接排入雨水管網(wǎng)，勢(shì)必造成對(duì)水體的污染，為了減輕排泥廢水對(duì)周圍環(huán)境的影響，必須對(duì)水廠的排泥廢水進(jìn)行處理，同時(shí)回收上清液。

3 處理工藝設(shè)計(jì)原則

具體原則如下：①回收利用上清液，節(jié)約水資源。②處理后泥餅含水率不大于80%，便于運(yùn)輸。③采用簡單實(shí)用的處理工藝。

4 排泥水水量水質(zhì)特點(diǎn)

排泥水包括絮凝池排泥水、沉淀池排泥水和濾池反洗廢水，總量約占制水量的2%～5%，具體取值與原水水質(zhì)特征有關(guān)。

4.1 排泥水水量特征

水廠排泥水95%以上來自沉淀池排泥水和濾池反洗廢水，間斷、大流量且有規(guī)律的排放。一次排泥水量大小與運(yùn)行管理有關(guān)，排泥和反沖洗越均勻分散，則一次排泥水量越?。蝗缂蟹礇_和排泥，則一次排泥水量大。

另外，應(yīng)考慮常態(tài)清洗池子產(chǎn)生的廢水對(duì)排水池調(diào)節(jié)容積的影響，一次常態(tài)清洗濾池的水量約為375m3，大于反沖洗1 次的排水量，成為確定排水池調(diào)節(jié)容積及排水泵參數(shù)的主要因素。

4.2 排泥水水質(zhì)特征

排泥水水質(zhì)與當(dāng)?shù)厮|(zhì)相符，既受當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)、氣候、地理等自然條件影響，保持著當(dāng)?shù)厮|(zhì)的基本特性，還因自來水處理過程中投加了混凝劑等懸浮性顆粒，具有高懸浮物（SS）的特性，因此，SS 是排泥水工程中的主要控制指標(biāo)。本次以SS 作為主要控制指標(biāo)，沉淀池排泥水和濾池反洗廢水水質(zhì)有以下特點(diǎn)。

4.2.1 沉淀池排泥水

自來水廠的排泥水中，由于大顆粒SS 都沉積在沉淀池，其沉淀池排泥水的污泥濃度最高，一般為5000mg/L，最高可達(dá)15000mg/L，對(duì)于高濁度的河流，沉淀池的排泥濃度甚至達(dá)到100000mg/L，因此，根據(jù)這一特點(diǎn)，沉淀池排泥水不能直接排入天然水體和市政排水管道，必須處理后才能排放。

沉淀池排泥水濃度開始很高，持續(xù)30～60s 后，排泥濃度陡然下降，因此運(yùn)行中最好測(cè)定沉淀池排泥濃度歷時(shí)曲線，選擇最佳排泥歷時(shí)，以提高排泥濃度，減小排泥水量。

4.2.2 濾池反沖洗排水

進(jìn)入濾池的原水中僅含有不能沉降去除的細(xì)小顆粒，濾池反沖洗排水濃度一般是沉淀池排泥水濃度的1/30～1/20。據(jù)一些文獻(xiàn)記載及運(yùn)營數(shù)據(jù)，如采用直接過濾，濾池反沖洗排水濃度可達(dá)1000mg/L；設(shè)置沉淀池的情況下，濾池反沖洗排水濃度一般為200～500mg/L。濾池反沖洗排水污泥濃度高低還與反沖洗方式有關(guān)，單一水沖洗，沖洗強(qiáng)度大，沖洗歷時(shí)長，耗水量大，排水污泥濃度低，一般為200mg/L。氣水聯(lián)合反沖洗耗水率低，帶走同量的污泥，耗水量小，排水污泥濃度較高，可達(dá)400～500mg/L[1]。

5 主要工藝原理

由于排泥水中主要污染物為懸浮物（SS），處理工藝以物理處理為準(zhǔn)，化學(xué)手段為輔，主要處理工序包括調(diào)節(jié)、濃縮、平衡、脫水等。本工程實(shí)例為新建一套排泥水簡易脫水系統(tǒng)，其主要處理工序?yàn)檎{(diào)節(jié)和脫水。

5.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池包括排水池和排泥池，功能是接收濾池反洗廢水和沉淀池排泥水，把間斷、大流量轉(zhuǎn)化為均勻、連續(xù)、小流量。調(diào)節(jié)池的停留時(shí)間就是反洗廢水和沉淀池排泥水的排放間隔。在排放間隔內(nèi)，調(diào)節(jié)池必須排空，以接納下一次排水。設(shè)置調(diào)節(jié)池主要基于兩個(gè)原因：①處理流程的下一道工序?yàn)槊撍?，脫水機(jī)械對(duì)入流物料的含固率要求不低于1%，水在調(diào)節(jié)池內(nèi)的停留時(shí)間不低于5h，均衡水量的同時(shí)，靜止沉淀，提高底泥的含固率，滿足脫水機(jī)的入流要求。②靜止沉淀后，排水池的上清液可回流至水廠重復(fù)利用，排泥池上清液提升至雨水管網(wǎng)排放。

5.2 脫水

污泥脫水一般采用高機(jī)械力降低污泥含水率至不超過80%，方便儲(chǔ)存及外運(yùn)處置，為提高脫水效率，需添加PAM 對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)。

6 排泥水工藝比選

調(diào)節(jié)、脫水工序均較為獨(dú)立，各工序工藝的選擇互相干擾性不強(qiáng)，下文就調(diào)節(jié)、脫水工序分別進(jìn)行工藝比選。

6.1 調(diào)節(jié)池形式的選擇

調(diào)節(jié)構(gòu)筑物按組合形式分為合建式與分建式，分建式則分別設(shè)置接收濾池反洗廢水的排水池和接收絮凝池、沉淀池排泥的排泥池，合建式則將這兩個(gè)池子合建在一起。合建式處理工藝流程如圖1 所示，分建式處理工藝流程如圖2 所示，合建式、分建式調(diào)節(jié)池對(duì)比如表1 所示。

表1 合建式、分建式調(diào)節(jié)池對(duì)比

圖1 合建式處理工藝流程

圖2 分建式處理工藝流程

沉淀池排泥水懸浮雜質(zhì)含固率一般為0.5%，高出濾池反洗廢水含固率20～30 倍，濾池反洗廢水水質(zhì)比沉淀池排泥水好，且反洗廢水水量大，因此排泥水系統(tǒng)回用水主要來自濾池反洗廢水，分建式有利于反洗廢水回收。本工程案例推薦采用分建式調(diào)節(jié)池工藝。廠區(qū)已有現(xiàn)狀排泥塘2 座，單座排泥塘有效容積不低于800m3，而單次排泥水量、濾池的反洗水量均在500m3以下，因此，1 座現(xiàn)狀排泥塘作為排水池，另1 座作為排泥池使用，滿足生產(chǎn)要求。

6.2 脫水機(jī)型式的選擇

目前脫水機(jī)型式主要有板框壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)，其性能對(duì)比如表2 所示。

表2 離心脫水機(jī)與板框壓濾機(jī)的性能比較

離心脫水機(jī)體積小，占地少，機(jī)房環(huán)境較好，運(yùn)行管理簡單，但轉(zhuǎn)速高，噪聲大，電耗、藥耗高，脫水泥餅含固率低于廂式自動(dòng)壓濾機(jī)，且對(duì)設(shè)備材質(zhì)及制造精度要求極高，以保證其長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。以往污泥脫水行業(yè)采用的離心機(jī)多為進(jìn)口設(shè)備。近年來，國產(chǎn)離心機(jī)的質(zhì)量有了較大提高，已逐步在一些自來水廠污泥處理工程中得到應(yīng)用，總體而言其質(zhì)量與進(jìn)口設(shè)備尚有一定的差距，但從國內(nèi)水廠運(yùn)行的情況來看，國產(chǎn)離心脫水機(jī)使用效果還是不錯(cuò)的。

板框壓濾機(jī)對(duì)材質(zhì)及加工精度要求不高，運(yùn)行較可靠、使用壽命長，某些易損件如濾布等更換方便，價(jià)格較低，其脫水性能優(yōu)于離心機(jī)，出泥含固率較高，總投資較低，節(jié)省電耗，運(yùn)行成本較省，生產(chǎn)、使用歷史較長，具有成熟的經(jīng)驗(yàn)，但其體形龐大，操作繁雜，安裝維護(hù)較復(fù)雜。

因此，從節(jié)省投資和今后運(yùn)行管理等方面考慮，本工程案例推薦采用國產(chǎn)離心脫水機(jī)。

7 排泥水處理工藝設(shè)計(jì)

考慮現(xiàn)狀水廠未設(shè)置污泥處理工藝，本次改造一并考慮凈水生產(chǎn)線的排泥水處理，排泥水處理系統(tǒng)按1號(hào)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)供水規(guī)模2 萬m3/d 和2 號(hào)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)供水規(guī)模6 萬m3/d，共8 萬m3/d 凈水規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

凈水廠排泥水處理規(guī)模由所處理的干泥量的大小決定的[3]。干泥量可依據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50013—2018）[4]第10.1.4 條計(jì)算。本工程按照濁度15NTU 計(jì)算，產(chǎn)水規(guī)模共8 萬m3/d，計(jì)算結(jié)果如下。

（1）干泥量為1.5t/d。

（2）按照排泥水濃度的0.5%計(jì)，沉淀池排泥水量為300m3/d，1 天排泥1 次。

（3）按照反洗周期48h 計(jì)，一期工程濾池6 格，沖洗間隔8h，每次沖洗水量約100m3；二期工程濾池4格，沖洗間隔12h，每次沖洗水量約250m3。

7.2 主要建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

7.2.1 排水池

排水池主要用于收集、調(diào)節(jié)濾池反沖洗水，對(duì)水質(zhì)水量起調(diào)節(jié)作用，池內(nèi)設(shè)回收水泵和底泥泵，上清液回流至混合池。本工程案列利用現(xiàn)狀其中1 座排泥塘（排泥塘A）作為排水池，其尺寸為34m×10m×4.5（H）m，有效水深3m，有效容積不低于800m3，濾池反洗水在本排泥塘中停留時(shí)間不低于1d。池內(nèi)增設(shè)上清液水泵2 臺(tái)，2 用，每臺(tái)泵流量130m3/h，揚(yáng)程12m。上清液回收水泵安裝在新建的上清液排水井內(nèi)。底泥泵1 臺(tái)，1 用，流量130m3/h，揚(yáng)程12m。

7.2.2 排泥池

排泥池主要用于收集沉淀池排泥水及排水池底泥水，對(duì)水質(zhì)水量起調(diào)節(jié)作用[5]。池內(nèi)設(shè)有潛水泵，提升排泥水底泥至脫水處理。本工程案列利用現(xiàn)狀其中1 座排泥塘（排泥塘B）作為排泥池，其尺寸為34m×10m×4.5（H）m，有效水深3m，有效容積不低于800m3，排泥水在本排泥塘中停留時(shí)間不低于1d。池內(nèi)增設(shè)上清液水泵1 臺(tái)，1 用，泵流量130m3/h，揚(yáng)程12m。上清液水泵安裝在新建的上清液排水井內(nèi)。底泥泵利用現(xiàn)狀潛水泵。

7.2.3 污泥脫水

污泥脫水主要采用離心脫水機(jī)，提高污泥含固率，以利儲(chǔ)存和外運(yùn)。本工程案列設(shè)計(jì)處理干污泥量為1.5t/d，進(jìn)泥含水率為97%～99%，泥餅含水率≤80%，處理能力為10m3/h，聚合物投加量≤2.5kg/t 干泥。設(shè)置1 臺(tái)離心機(jī)，其物料進(jìn)料額定流量10m3/h，進(jìn)料污泥濃度1%～3%，固體負(fù)荷≥250kg（DS）/h，出泥含水率≤80%，固體回收率≥98%，同時(shí)配置配套控制柜、液壓泵、液壓差速系統(tǒng)以及隔音罩等。污泥進(jìn)料泵利用現(xiàn)狀潛污泵。設(shè)置1 套PAM 制備、投加系統(tǒng)，最大固體粉料制備能力2kg/h；投加泵采用1 臺(tái)螺桿泵，性能參數(shù)Q=1.50m3/h，最大出口壓力為0.6MPa，電機(jī)功率0.75kW。新建污泥脫水機(jī)平臺(tái)1 座，尺寸為4.165m×6.14m×2.8（H）m。

8 結(jié)語

排泥水排放是否達(dá)標(biāo)對(duì)周邊水體水質(zhì)產(chǎn)生直接影響，甚至事關(guān)周邊居民飲水安全。保證飲用水安全，確保人民群眾身體健康，是“以人為本、建設(shè)和諧社會(huì)、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展”的頭等大事。本工程案例的建設(shè)，減少了排入周邊水體的污染物，保護(hù)了城市水環(huán)境。此外，排泥水的安全回用，有效提升了重復(fù)用水率，降低運(yùn)行成本。