南方某縣城自來水廠改造升級工程排泥水處理設計

曠楊歡

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著城鎮化進程的加速，環境保護要求日益提高，供水廠排出的生產廢水對環境污染事宜越來越引起關注，供水廠絮凝、沉淀池排泥水及濾池沖洗水主要組成為無機泥砂，但也有少量有機物，其懸浮物含量遠遠超過國家排放標準，如不處理達標就直排自然水體，給接納水體造成污染。隨著相關研究的深入，排泥水直排的問題逐步得到重視，本文結合工程實例對某縣城自來水升級改造排泥水部分進行研究探討。

1 工程概況

某縣城水廠是該縣規模最大的水廠，占地面積約為2.4 萬m2，設計供水能力為8 萬m3/d，由日供水能力2 萬m3的1 號生產線和日供水能力為6 萬m3的2 號生產線構成。為滿足區域內現狀及近期規劃供水需求，對水廠進行全面改造，排泥水部分改造建設內容如下：按8 萬m3/d 產水規模新建一套排泥水簡易脫水系統。

2 泥水處理目標

對絮凝池、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，勢必造成對水體的污染，為了減輕排泥廢水對周圍環境的影響，必須對水廠的排泥廢水進行處理，同時回收上清液。

3 處理工藝設計原則

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

4 排泥水水量水質特點

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特征有關。

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、大流量且有規律的排放。一次排泥水量大小與運行管理有關，排泥和反沖洗越均勻分散，則一次排泥水量越小；如集中反沖和排泥，則一次排泥水量大。

另外，應考慮常態清洗池子產生的廢水對排水池調節容積的影響，一次常態清洗濾池的水量約為375m3，大于反沖洗1 次的排水量，成為確定排水池調節容積及排水泵參數的主要因素。

4.2 排泥水水質特征

排泥水水質與當地水質相符，既受當地水文地質、氣候、地理等自然條件影響，保持著當地水質的基本特性，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。本次以SS 作為主要控制指標，沉淀池排泥水和濾池反洗廢水水質有以下特點。

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15000mg/L，對于高濁度的河流，沉淀池的排泥濃度甚至達到100000mg/L，因此，根據這一特點，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30～60s 后，排泥濃度陡然下降，因此運行中最好測定沉淀池排泥濃度歷時曲線，選擇最佳排泥歷時，以提高排泥濃度，減小排泥水量。

4.2.2 濾池反沖洗排水

進入濾池的原水中僅含有不能沉降去除的細小顆粒，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。據一些文獻記載及運營數據，如采用直接過濾，濾池反沖洗排水濃度可達1000mg/L；設置沉淀池的情況下，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，單一水沖洗，沖洗強度大，沖洗歷時長，耗水量大，排水污泥濃度低，一般為200mg/L。氣水聯合反沖洗耗水率低，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，化學手段為輔，主要處理工序包括調節、濃縮、平衡、脫水等。本工程實例為新建一套排泥水簡易脫水系統，其主要處理工序為調節和脫水。

5.1 調節池

調節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、大流量轉化為均勻、連續、小流量。調節池的停留時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，調節池必須排空，以接納下一次排水。設置調節池主要基于兩個原因：①處理流程的下一道工序為脫水，脫水機械對入流物料的含固率要求不低于1%，水在調節池內的停留時間不低于5h，均衡水量的同時，靜止沉淀，提高底泥的含固率，滿足脫水機的入流要求。②靜止沉淀后，排水池的上清液可回流至水廠重復利用，排泥池上清液提升至雨水管網排放。

5.2 脫水

污泥脫水一般采用高機械力降低污泥含水率至不超過80%，方便儲存及外運處置，為提高脫水效率，需添加PAM 對污泥進行調質。

6 排泥水工藝比選

調節、脫水工序均較為獨立，各工序工藝的選擇互相干擾性不強，下文就調節、脫水工序分別進行工藝比選。

6.1 調節池形式的選擇

調節構筑物按組合形式分為合建式與分建式，分建式則分別設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、分建式調節池對比如表1 所示。

表1 合建式、分建式調節池對比

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，濾池反洗廢水水質比沉淀池排泥水好，且反洗廢水水量大，因此排泥水系統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節池工藝。廠區已有現狀排泥塘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 座現狀排泥塘作為排水池，另1 座作為排泥池使用，滿足生產要求。

6.2 脫水機型式的選擇

目前脫水機型式主要有板框壓濾機、離心脫水機，其性能對比如表2 所示。

表2 離心脫水機與板框壓濾機的性能比較

離心脫水機體積小，占地少，機房環境較好，運行管理簡單，但轉速高，噪聲大，電耗、藥耗高，脫水泥餅含固率低于廂式自動壓濾機，且對設備材質及制造精度要求極高，以保證其長時間連續運行。以往污泥脫水行業采用的離心機多為進口設備。近年來，國產離心機的質量有了較大提高，已逐步在一些自來水廠污泥處理工程中得到應用，總體而言其質量與進口設備尚有一定的差距，但從國內水廠運行的情況來看，國產離心脫水機使用效果還是不錯的。

板框壓濾機對材質及加工精度要求不高，運行較可靠、使用壽命長，某些易損件如濾布等更換方便，價格較低，其脫水性能優于離心機，出泥含固率較高，總投資較低，節省電耗，運行成本較省，生產、使用歷史較長，具有成熟的經驗，但其體形龐大，操作繁雜，安裝維護較復雜。

因此，從節省投資和今后運行管理等方面考慮，本工程案例推薦采用國產離心脫水機。

7 排泥水處理工藝設計

考慮現狀水廠未設置污泥處理工藝，本次改造一并考慮凈水生產線的排泥水處理，排泥水處理系統按1號生產線設計供水規模2 萬m3/d 和2 號生產線設計供水規模6 萬m3/d，共8 萬m3/d 凈水規模進行設計。

7.1 參數設計

凈水廠排泥水處理規模由所處理的干泥量的大小決定的[3]。干泥量可依據《室外給水設計標準》（GB 50013—2018）[4]第10.1.4 條計算。本工程按照濁度15NTU 計算，產水規模共8 萬m3/d，計算結果如下。

（1）干泥量為1.5t/d。

（2）按照排泥水濃度的0.5%計，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，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 主要建構筑物設計

7.2.1 排水池

排水池主要用于收集、調節濾池反沖洗水，對水質水量起調節作用，池內設回收水泵和底泥泵，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間不低于1d。池內增設上清液水泵2 臺，2 用，每臺泵流量130m3/h，揚程12m。上清液回收水泵安裝在新建的上清液排水井內。底泥泵1 臺，1 用，流量130m3/h，揚程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，對水質水量起調節作用[5]。池內設有潛水泵，提升排泥水底泥至脫水處理。本工程案列利用現狀其中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間不低于1d。池內增設上清液水泵1 臺，1 用，泵流量130m3/h，揚程12m。上清液水泵安裝在新建的上清液排水井內。底泥泵利用現狀潛水泵。

7.2.3 污泥脫水

污泥脫水主要采用離心脫水機，提高污泥含固率，以利儲存和外運。本工程案列設計處理干污泥量為1.5t/d，進泥含水率為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。設置1 臺離心機，其物料進料額定流量10m3/h，進料污泥濃度1%～3%，固體負荷≥250kg（DS）/h，出泥含水率≤80%，固體回收率≥98%，同時配置配套控制柜、液壓泵、液壓差速系統以及隔音罩等。污泥進料泵利用現狀潛污泵。設置1 套PAM 制備、投加系統，最大固體粉料制備能力2kg/h；投加泵采用1 臺螺桿泵，性能參數Q=1.50m3/h，最大出口壓力為0.6MPa，電機功率0.75kW。新建污泥脫水機平臺1 座，尺寸為4.165m×6.14m×2.8（H）m。

8 結語

排泥水排放是否達標對周邊水體水質產生直接影響，甚至事關周邊居民飲水安全。保證飲用水安全，確保人民群眾身體健康，是“以人為本、建設和諧社會、實現人與自然和諧以及經濟社會全面、協調和可持續發展”的頭等大事。本工程案例的建設，減少了排入周邊水體的污染物，保護了城市水環境。此外，排泥水的安全回用，有效提升了重復用水率，降低運行成本。