紅角洲水廠排泥水處理工程設計

陳心鳳，張 恒

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

城市建設和環境保護事業的不斷發展，給城市給水廠的相關工作帶來了一定的挑戰，尤其是對排泥水的處理工藝要求更為嚴格。國內給水廠“重水輕泥”現象普遍，排泥水處理還存在很多不足。給水廠的排泥水主要來自反應沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗廢水，這些排泥水如果處理不善，會引起二次污染，嚴重污染水體，威脅供水安全，浪費大量水資源[1]。鑒于此，以南昌市紅角洲水廠為例，介紹其排泥水處理工藝流程。

1 水廠概況

紅角洲水廠位于南昌市紅谷灘新區九龍湖片區，供水水源為贛江，設計總規模為20×104m3/d，分兩期建設：一期規模為10×104m3/d，已運行；二期規模為10×104m3/d，正在建設中。紅角洲水廠凈水工藝流程如圖1所示。

圖1 紅角洲水廠凈水工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram of Hongjiaozhou WTP

紅角洲水廠的生產廢水由兩部分組成：一是來自折板反應池和平流沉淀池的排泥水；二是濾池反沖洗水及初濾水。根據紅角洲水廠一期工程2018年—2019年的運行實測結果，排泥水量約為1 000 m3/d，濾池按24 h周期進行氣水反沖洗，反沖洗和初濾水量約為3 500 m3/d。紅角洲水廠排水總量約占制水規模的4.5%。

2 污泥處理系統設計規模

2.1 原水渾濁度

根據紅角洲水廠2018年9月—2019年9月的原水渾濁度測定結果可知：渾濁度最高為84.5 NTU，出現在2019年6月；最低為8.6 NTU，出現在2019年1月；平均為25.1 NTU。

根據《室外給水設計標準》(GB 50013—2018)，設計采用的原水渾濁度按能完全處理全年75%～95%(一般取90%～95%)日數所對應的原水渾濁度確定，紅角洲水廠90%保證率的原水渾濁度是36.4 NTU。濁度與SS的換算系數，應經過實測確定，一般在0.7～2.2。紅角洲水廠由于缺少原水SS的實測數據，參考南昌市其他以贛江為水源的水廠經驗，設計中SS與NTU的比值取1.4∶1。

2.2 投藥量

紅角洲水廠采用的混凝劑為液體聚合氯化鋁PAC，Al2O3含量約10%，其投加量為20～60 mg/L，投藥量隨原水濁度的升高而增加。設計中按平均投藥量40 mg/L計。

2.3 排泥水污泥總量的確定

干泥量是決定給水廠排泥水處理工程規模的重要依據。根據《室外給水設計標準》(GB 50013—2018)中推薦的設計處理干泥量計算公式，算得紅角洲水廠二期工程建成后設計干泥量為12 t/d。按照最高濁度84.5 NTU和最大加藥量60 mg/L，得最大干泥量為26.8 t/d。設計時采用12 t/d干泥量作為各構筑物設計處理量，以26.8 t/d干泥量校核排泥水處理系統。

3 工藝流程

給水廠污泥處理處置主要包括給水污泥單獨處理、給水污泥與污水廠的污水共同處理和給水污泥綜合處置利用3種技術路線[2]。

紅角洲水廠的排泥不同于污水廠污泥，其無機質含量較高，易于脫水。考慮到紅角洲水廠二期工程建成后，規模較大，宜設置獨立的污泥處理系統。

紅角洲水廠的生產廢水排放都是間歇性的，且排放的水量和水質均在變化。因此，設置調節設施能使水量和水質均化，便于排泥水的后續工藝處理。紅角洲水廠采用分別截留的方式處理生產廢水。設置排泥池收集折板反應池和平流沉淀池的排泥水，排泥水經水泵提升后進入后續處理工藝流程。設置排水池收集濾池反沖洗水及初濾水，廢水經水泵提升后回流到凈水處理工藝前端再利用。

紅角洲水廠排泥水處理工藝采用調節、濃縮、預處理(平衡)、脫水處理，以及回用水系統，如圖2所示。

圖2 紅角洲水廠排泥水處理工藝流程圖Fig.2 Sludge Wastewater Treatment Process Flow Diagram of Hongjiaozhou WTP

4 工程設計

4.1 調節池

調節池共設2座，1座為排水池，1座為排泥池。兩池均采用地下式鋼筋混凝土結構。調節池的作用主要是將水廠排放的生產廢水均值均量。因此，調節池內設潛水攪拌機以使池內污泥處于懸浮狀態，并保持濃度均勻。同時，調節池內設潛水泵，以恒定流量將排水池和排泥池內的排泥水分別提升回流至凈水處理工藝前端和濃縮池。

排水池平面尺寸為26.50 m×20.90 m，分為2格，有效水深為2.4 m，總深為4.6 m。排水池總容積為1 204 m3，大于2格氣水反沖洗濾池沖洗的排水量。配置潛水泵4臺(2用2備)，水泵規格：流量Q=630 m3/h，揚程H=11 m，功率N=29.3 kW。池內設4臺立式攪拌器，單臺功率N=2.2 kW。

排泥池平面尺寸為26.50 m×20.90 m，分2格，有效水深為3.0 m，總深為5.3 m。排泥池的有效容積為1 505 m3，大于水廠沉淀池最大一次排泥量(1 000 m3)，且能儲存回流的脫水后分離液約48 m3/d。內設4臺潛水泵，2用2備，水泵規格：流量Q=130 m3/h，揚程H=13 m，功率N=7.5 kW。池內設4臺立式攪拌器，單臺N=2.2 kW。排泥池中的排泥水經水泵提升后進入濃縮池，在水泵到濃縮池之間的壓力管上接出三通支管至平衡池，供平衡池稀釋用水，管道上安裝閥門控制。

4.2 濃縮池

濃縮池是整個排泥水處理過程的核心部分，能降低污泥含水率、減少污泥體積，從而滿足后續污泥脫水機對進泥含水率的要求。濃縮池共設2座，均為半地下式鋼筋混凝土圓形水池，直徑為18 m。濃縮池采用輻流式重力濃縮，24 h連續運行。紅角洲水廠二期工程建成后，濃縮池進泥量為2 000 m3/d，進泥含固率按0.6%計，水力負荷為0.16 m3/(m2·h)，污泥固體通量為0.98 kg干固體/(m2·h)。濃縮池有效水深為5 m，濃縮區體積約為1 200 m3。濃縮池底部設泥斗，配置中心傳動懸掛式刮泥機。濃縮池的排泥管上設置電動閥門，底部濃縮污泥定期排至平衡池，上清液通過周邊集水槽匯集后達標排入廠區雨水系統。濃縮后污泥含固率為2.5%～4.5%。

4.3 平衡池

平衡池用于接納濃縮污泥，使濃縮污泥含固率保持相對穩定，從而提高后續污泥機械脫水效率。此外，平衡池兼作污泥調質池，在此投加調質藥劑PAM，改善污泥的脫水性能[3]。紅角洲水廠一期工程的排泥水處理系統不含平衡池，排泥水經濃縮池后直接進入污泥脫水系統。運行期間發現：在夏季原水濁度高時，濃縮池的出泥含固率高，污泥機械脫水系統容易堵塞，脫水效率低；在冬季原水渾濁度低時，濃縮池的出泥含固率低，污泥機械脫水藥耗增大，且脫水機運行時間延長。因此，紅角洲二期工程在排泥水處理系統中增加了1座平衡池，在濃縮池和脫水機械之間起平衡緩沖作用。平衡池平面尺寸為12.0 m×12.0 m，分2格，有效水深為2.50 m，有效調節容積為360 m3。每格配潛水攪拌器2臺，以防污泥沉積。平衡池可儲存約1 d的污泥量。平衡池上設計了稀釋系統，當原水濁度高時，需要對濃縮池的出泥進行稀釋，以滿足污泥機械脫水系統的進泥要求。稀釋水可選用廠區自來水或排泥池中的排泥水。排泥池中提升泵運行時，開啟排泥池到平衡池之間管道上的閥門，用排泥水稀釋。排泥池中提升泵停運時，則用廠區自來水稀釋。稀釋系統采用PLC自動控制。

4.4 污泥脫水車間

污泥脫水車間1座，框架結構，平面尺寸為12.4 m×35.4 m。脫水車間內的污泥脫水系統包括進料裝置、加藥裝置、離心脫水機、沖洗裝置、螺旋輸送機裝置等。進料裝置包括3臺污泥進料泵(2用1備)和3臺污泥切割機(2用1備)。加藥裝置包括1套PAM制備系統和3臺投加計量泵(2用1備)。紅角洲水廠一期有2臺規格為20 m3/h的離心脫水機，1用1備。水廠運行過程中發現離心脫水機容量偏小，每天工作時間較長。因此，二期工程新增了1臺規格為40 m3/h的離心脫水機，對進泥含固率要求在2%～3%[4]，每天運行時間約為13 h，脫水后泥餅含水率≤80%。污泥轉運間緊鄰脫水車間，脫水后的泥餅經螺旋輸送機送至運泥車，再由運泥車定期外運。脫水車間有PLC柜，水廠控制室內有主控計算機1臺，在控制室內可自動遠程控制整個排泥水處理系統。

5 運行效果

紅角洲水廠一期工程已運行，排泥水處理效果穩定，污泥處理量為3.5～4 t干固體/d，處理后的泥餅含水率為75%～80%。PAM投加量為2～2.5 kg/(t干固體)。泥餅外運到距離水廠約15 km的麥園垃圾填埋場進行填埋或作為覆蓋土土源。排水池的水回用到凈水處理工藝前端，回用水量占水廠處理水量的3%～4%，對水廠出水水質未產生影響。

紅角洲水廠2018年—2019年濃縮池上清液和脫水后分離液的水質檢測結果如表1所示。

由表1可知，排泥水經處理后的排放水均能達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)。

紅角洲水廠二期工程對一期工程的排泥水處理

表1 紅角洲水廠濃縮池上清液和脫水后分離液水質Tab.1 Wastewater Quality of Sludge Thickening Supernatant and Centrifugal Leachate after Dewatering in Hongjiaozhou WTP

系統進行了優化，增加了平衡池，并更新了設備。因此，紅角洲二期工程建成后，排泥水處理系統定會達到預期目標。

6 結論

(1)排泥水處理工藝采用調節、濃縮、平衡和脫水，能夠實現污泥的減量化，工藝成熟、運行穩定。濃縮采用輻流式重力濃縮池，能耗低，運行維護方便，處理效果穩定，且較大的容積能在原水渾濁度較高時，儲存較多的污泥，起到緩沖調節作用。脫水采用離心脫水機，投資較低，占地面積小，運行管理簡單。

(2)水廠將生產過程中的排水進行回收利用，有效地降低了廠區自用水量，節約用水，且水廠外排水減少，符合給水廠“零排放”設計發展趨勢。在原水渾濁度高時，平衡池采用排泥池中的水對濃縮池的排泥進行稀釋，以達到后續離心脫水機對進泥含固率的要求，進而提高脫水效率。將排水池中收集的濾池反沖洗水和初濾水回用到凈水處理工藝前端。離心脫水機的分離液回流至排泥池。

(3)設置平衡池調節濃縮池的出泥濃度，以滿足離心脫水機高效運行所需的進泥濃度，提高脫水效率，降低藥耗，使污泥脫水后的泥餅含水率穩定，便于后續的污泥處置。同時，平衡池兼做調質池，減少占地及工程投資，運行管理方便。