某水廠節水策略及經濟性分析

李祥林 胡道田 吳瀚

（蕪湖華衍水務有限公司，安徽蕪湖 241000）

1.背景介紹

1.1 水廠介紹、原水介紹

某水廠采用常規的平流沉淀池加V型濾池的水處理工藝，消毒劑和絮凝劑分別采用液氯和聚合氯化鋁。在水處理的資源再利用方面率先加入了污泥處理系統。即對污泥進行調制、濃縮、脫水、穩定、干化等無害化加工過程，不僅提高了原水的利用率，還滿足了環保的要求。

長江水該流段水質變化具有較明顯的季節性規律。原水濁度在7～10月間較高，2015―2020年原水濁度最大值達到170NTU，其他月平均值在20NTU～50NTU左右；pH值常年在7.8～8.3；CODMn常年在2.2mg/L～3.0mg/L；溶解氧1～3月在6.0mg/L～6.3mg/L，其他月份在6.5mg/L～7.0mg/L；總磷常年在0.04mg/L～0.08mg/L；總氮常年在0.3mg/L～0.7mg/L；鐵常年在0.1mg/L～0.7mg/L；氨氮12～4月在0.6mg/L～ 0.9mg/L，其他月份在0.1mg/L～0.4mg/L。綜上所示，水廠總體原水水質達到或優于GB3838-2002《地表水環境質量標準》中II類標準。

1.2 基本自用水結構分析

經統計，該水廠自用水中，濾池反沖洗水量最大，為107.26萬m3/a，占46.10%；沉淀池排泥水量次之，為84.18萬m3/a，占36.18%；絮凝池排泥水量再次之，為39.63萬m3/a，占17.03%；三者占自用水量的99.31%，而其他用水僅為1.58萬m3/a，占0.69%。因此，在進行節水策略研究及示范研究時將其他用水均忽略不計。

2.節水策略分析及優化

2.1 混凝池排泥模式優化

現結合本水廠水質情況，在排泥管下方加裝在線污泥濃度測定儀，當開啟排泥閥排泥時，將污泥排出后，污泥濃度降至標準下，自動關閉排泥閥。根據實際情況，監測數據得出每天排泥閥開啟時間僅為之前的1/3。長期平穩運行時，可節約用水。

2.2 新方案效果呈現

原來混凝池每天排泥需消耗水量為π0.2m×0.2m×1.5m/s×2min×48=1085.70m3，一年消耗用水量為39.63萬t。加裝在線污泥濃度測定儀后，每年可節約用水量26.42 萬 t。

2.2.1 沉淀池積泥規律

一般平流沉淀池前部為進水區，后部為出水區，下部為存泥區，中部為沉淀區。沉淀池底部積泥從沉淀池前端至末端呈逐步減少走勢，特別是沉淀池前端1/3部分的積泥量遠遠大于后端。為了排出進水端較多積泥，并且節約用水，我們需要改變目前刮泥機往返一次的運行模式。我們進行試驗來分析制定出具體的優化方案。

2.2.2 制定新方案

針對原運行方案中，吸泥機返回（從沉淀池出水端運行至進水端）過程時，靠近出水端排泥水較清澈，而運行至后半段（靠近進水端一側）排泥水仍較渾濁的現象，查閱相關資料，并結合實際情況，考慮沉淀池底部存泥區存泥分布不均勻，主要集中在靠近進水端部分。由此制定出新方案如圖1：

圖1 吸泥機運行對比圖

第一天：吸泥機由沉淀池進水端出發，至中間一節點，再返回至進水端，最后由進水端運行至出水端停止。

第二天：吸泥機由沉淀池出水端出發，運行至進水端，再由進水端運行至中間一節點，最后返回進水端停止。

由交替運行，新方案周期仍是每日運行一次，行程進行了改善。

2.2.3 制定采樣試驗

制定吸泥機排泥水采樣實驗：在沉淀池各段設置吸泥機排泥水采樣點，使用1000mL量杯在指定采樣點進行的采樣，取回靜置2h（觀察發現2h后泥漿沉降變化很小），使排泥水自然沉降后，觀察試管中的泥位，算出其與原1000mL水位的百分比，定為泥位占比。

以沉淀池池底排泥閥（分布在排水槽兩側）為參考，設定采樣點。

一期沉淀池：沉淀池長97m，排泥閥共3個，（由進水端向出水端方向），分別在沉淀池16m、36m和90m處，則可設定8個采樣點，分別是：0m、16m、36m、50m、63m、77m、90m和97m處。

二期沉淀池：沉淀池長120m，排泥閥共3個，（由進水端向出水端方向）分別在沉淀池30m、60m和90m處，則可設定9個采樣點，分別是：0m、15m、30m、45m、60m、75m、90m、105m和120m處。

按照吸泥機原運行方式，對兩期吸泥機往返都進行一次全程采樣測量，并繪制曲線如圖2～圖5所示。

圖2 一期：吸泥機由沉淀池進水端運行至出水端方向

圖3 一期：吸泥機由沉淀池出水端運行至進水端方向（返程）

圖4 二期：吸泥機由沉淀池進水端運行至出水端方向

圖5 二期：吸泥機由沉淀池出水端運行至進水端方向（返程）

根據沉淀池積泥規律以及以上采樣試驗可知，沉淀池靠近配水花墻一端，池底積泥較多較集中，接近沉淀池中間以及集水槽部分，池底積泥逐漸趨于平穩，積泥較少，而靠近沉淀池出水端幾米處，分析由于集（出）水槽位于此處，故此處水流由水平流變為向上流，造成了積泥排出量陡增，如吸泥機可行駛到位，則影響不大。

故在新方案中，根據以上試驗及近期跟蹤觀察，吸泥機節點可設置在一期靠近沉淀池進水端41m（約總長3/7處），二期靠近沉淀池進水端48m（約總長2/5處）。

2.2.4 新方案的實施

節點確定后，按照新方案運行了兩期吸泥機，并針對第一天中吸泥機最后由進水端運行至出水端停止整個過程，同樣進行了排泥水采樣試驗，記錄數據，檢查排泥效果，并繪制曲線如圖6～圖7所示。

圖6 一期： 泥位占比圖

圖7 二期：泥位占比圖

2.2.5 新方案效果呈現

采用新方案運行后，吸泥機在完成排泥過程中，各段排泥較徹底，基本解決了沉淀水進水端一側排泥水含固率高，中間含固率低的問題，減少了不必要的水量電量的浪費，對保證沉淀水出水水質也起到一定的作用。根據資料與實際結合，估算一期兩臺吸泥機每小時排水量大約為600t，二期800t。根據新方案，每日，一期可少運行0.21h，二期可少運行0.35h，計算可得每日共可節省排水量約400t，全年可節省15萬t水量。查閱資料可知，7、8、9月份原水濁度將有所提高，且處在高峰供水期間，可適當延長節點距離，合理調整運行方案。

2.3 濾池分析及優化

濾池的反沖洗過程是指用過濾后的清潔水對濾層進行清潔工作，以清洗掉濾層在運行周期內所截留的懸浮固體。該廠分一二兩期，一期V型濾池共12格，12格總過濾面積976.86m2，濾速V=7.3m/d。二期V型濾池共14格，14格總過濾面積976.86m2，濾速V=7.87m/d。濾料選用天然海砂均粒濾料過濾，砂粒徑do=0.95-1.35mm，濾層厚1.2m，支撐層0.05m，粒徑do=4-8mm，設計恒水過濾，過濾水頭1.25m，長柄濾頭配水。

2.3.1 濾池反沖洗方式

反沖洗設備包括：水沖設3臺反沖洗泵（兩用一備）；氣沖設3臺鼓風機（兩用一備），通過變頻器進行調速。氣水反沖洗一般采用先氣、后氣水同時、最后水沖的三段式沖洗方式。

2.3.2 新方案效果呈現

采用新方案運行后，濾池在過濾過程中，既能保證出水水質，又減少了水資源的浪費。根據資料與實際結合，在現有的清洗濾池周期下，估算每個周期可節省水5L/m2s×976.86m2×2×3min=1758.35m3。已知該水廠清洗濾池周期為2d，故全年可節省水量約32.18萬t水。

2.4 綠化用水分析及優化

2.4.1 綠化用水標準

綠化用水水質國標標準為：GB/T 25499-2010城市污水再生，綠化用水對市政綠地所需用的水量，國家規定的用水在每個地區都不一樣。其中，一般園區或是企業草坪每平方米每年可以按照0.3m3水計算。

2.4.2 優化方案

原先的綠化用水采用清水庫的水，現改為回用水池的水，依照綠化水質標準，根據數據統計，該水廠的綠化用水每年可節省水量約為72000m2×20%×0.3m3/m2=4320m3。

3.經濟性分析

通過分析，如采取上述辦法，可有效的降低自用水量。經過計算，某水廠每年可節約水量26.42萬t+15萬t+32.18萬t+0.43萬t=74.03萬t。可直接節約水資源費0.08元/t×74.03萬t=5.92萬元，取水成本0.15元/t×74.03萬t=11.10萬元，合計共節約17.02萬元。

4.結論

（1）絮凝池排泥通過加裝污泥濁度儀改變排泥時間，實現可控制的自動排泥，較以往大大節約了用水量。（2）結合該水廠情況，通過改變刮泥機往返一次的運行模式，采用更優化的方案，從而達到了實現節約排泥用水的目的。（3）在不改變濾池清洗周期的前提下，調整反沖洗模式和沖洗時間，可大大降低反沖洗用水量。（4）當回用水達到中水回用標準時，綠化用水可全部取自回用水池，以達到節約用水的目的。