紅角洲水廠排泥水處理工程設(shè)計(jì)

陳心鳳，張 恒

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

城市建設(shè)和環(huán)境保護(hù)事業(yè)的不斷發(fā)展，給城市給水廠的相關(guān)工作帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)排泥水的處理工藝要求更為嚴(yán)格。國(guó)內(nèi)給水廠“重水輕泥”現(xiàn)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(lái)自反應(yīng)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(huì)引起二次污染，嚴(yán)重污染水體，威脅供水安全，浪費(fèi)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(qū)九龍湖片區(qū)，供水水源為贛江，設(shè)計(jì)總規(guī)模為20×104m3/d，分兩期建設(shè)：一期規(guī)模為10×104m3/d，已運(yùn)行；二期規(guī)模為10×104m3/d，正在建設(shè)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(chǎn)廢水由兩部分組成：一是來(lái)自折板反應(yīng)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(jù)紅角洲水廠一期工程2018年—2019年的運(yùn)行實(shí)測(cè)結(jié)果，排泥水量約為1 000 m3/d，濾池按24 h周期進(jìn)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(guī)模的4.5%。

2 污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模

2.1 原水渾濁度

根據(jù)紅角洲水廠2018年9月—2019年9月的原水渾濁度測(cè)定結(jié)果可知：渾濁度最高為84.5 NTU，出現(xiàn)在2019年6月；最低為8.6 NTU，出現(xiàn)在2019年1月；平均為25.1 NTU。

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)，設(shè)計(jì)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(shù)所對(duì)應(yīng)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(shù)，應(yīng)經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)確定，一般在0.7～2.2。紅角洲水廠由于缺少原水SS的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，參考南昌市其他以贛江為水源的水廠經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中按平均投藥量40 mg/L計(jì)。

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(guī)模的重要依據(jù)。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)中推薦的設(shè)計(jì)處理干泥量計(jì)算公式，算得紅角洲水廠二期工程建成后設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)采用12 t/d干泥量作為各構(gòu)筑物設(shè)計(jì)處理量，以26.8 t/d干泥量校核排泥水處理系統(tǒng)。

3 工藝流程

給水廠污泥處理處置主要包括給水污泥單獨(dú)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(shù)路線[2]。

紅角洲水廠的排泥不同于污水廠污泥，其無(wú)機(jī)質(zhì)含量較高，易于脫水。考慮到紅角洲水廠二期工程建成后，規(guī)模較大，宜設(shè)置獨(dú)立的污泥處理系統(tǒng)。

紅角洲水廠的生產(chǎn)廢水排放都是間歇性的，且排放的水量和水質(zhì)均在變化。因此，設(shè)置調(diào)節(jié)設(shè)施能使水量和水質(zhì)均化，便于排泥水的后續(xù)工藝處理。紅角洲水廠采用分別截留的方式處理生產(chǎn)廢水。設(shè)置排泥池收集折板反應(yīng)池和平流沉淀池的排泥水，排泥水經(jīng)水泵提升后進(jìn)入后續(xù)處理工藝流程。設(shè)置排水池收集濾池反沖洗水及初濾水，廢水經(jīng)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(diào)節(jié)、濃縮、預(yù)處理(平衡)、脫水處理，以及回用水系統(tǒng)，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(shè)計(jì)

4.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池共設(shè)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(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)池的作用主要是將水廠排放的生產(chǎn)廢水均值均量。因此，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)以使池內(nèi)污泥處于懸浮狀態(tài)，并保持濃度均勻。同時(shí)，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水泵，以恒定流量將排水池和排泥池內(nèi)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?cè)莘e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(tái)(2用2備)，水泵規(guī)格：流量Q=630 m3/h，揚(yáng)程H=11 m，功率N=29.3 kW。池內(nèi)設(shè)4臺(tái)立式攪拌器，單臺(tái)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(chǔ)存回流的脫水后分離液約48 m3/d。內(nèi)設(shè)4臺(tái)潛水泵，2用2備，水泵規(guī)格：流量Q=130 m3/h，揚(yáng)程H=13 m，功率N=7.5 kW。池內(nèi)設(shè)4臺(tái)立式攪拌器，單臺(tái)N=2.2 kW。排泥池中的排泥水經(jīng)水泵提升后進(jìn)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(mén)控制。

4.2 濃縮池

濃縮池是整個(gè)排泥水處理過(guò)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(xù)污泥脫水機(jī)對(duì)進(jìn)泥含水率的要求。濃縮池共設(shè)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(xù)運(yùn)行。紅角洲水廠二期工程建成后，濃縮池進(jìn)泥量為2 000 m3/d，進(jìn)泥含固率按0.6%計(jì)，水力負(fù)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(qū)體積約為1 200 m3。濃縮池底部設(shè)泥斗，配置中心傳動(dòng)懸掛式刮泥機(jī)。濃縮池的排泥管上設(shè)置電動(dòng)閥門(mén)，底部濃縮污泥定期排至平衡池，上清液通過(guò)周邊集水槽匯集后達(dá)標(biāo)排入廠區(qū)雨水系統(tǒng)。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?jié)饪s污泥含固率保持相對(duì)穩(wěn)定，從而提高后續(xù)污泥機(jī)械脫水效率。此外，平衡池兼作污泥調(diào)質(zhì)池，在此投加調(diào)質(zhì)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(tǒng)不含平衡池，排泥水經(jīng)濃縮池后直接進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)。運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)：在夏季原水濁度高時(shí)，濃縮池的出泥含固率高，污泥機(jī)械脫水系統(tǒng)容易堵塞，脫水效率低；在冬季原水渾濁度低時(shí)，濃縮池的出泥含固率低，污泥機(jī)械脫水藥耗增大，且脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)。因此，紅角洲二期工程在排泥水處理系統(tǒng)中增加了1座平衡池，在濃縮池和脫水機(jī)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(diào)節(jié)容積為360 m3。每格配潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)，以防污泥沉積。平衡池可儲(chǔ)存約1 d的污泥量。平衡池上設(shè)計(jì)了稀釋系統(tǒng)，當(dāng)原水濁度高時(shí)，需要對(duì)濃縮池的出泥進(jìn)行稀釋，以滿足污泥機(jī)械脫水系統(tǒng)的進(jìn)泥要求。稀釋水可選用廠區(qū)自來(lái)水或排泥池中的排泥水。排泥池中提升泵運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟排泥池到平衡池之間管道上的閥門(mén)，用排泥水稀釋。排泥池中提升泵停運(yùn)時(shí)，則用廠區(qū)自來(lái)水稀釋。稀釋系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)控制。

4.4 污泥脫水車間

污泥脫水車間1座，框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為12.4 m×35.4 m。脫水車間內(nèi)的污泥脫水系統(tǒng)包括進(jìn)料裝置、加藥裝置、離心脫水機(jī)、沖洗裝置、螺旋輸送機(jī)裝置等。進(jìn)料裝置包括3臺(tái)污泥進(jìn)料泵(2用1備)和3臺(tái)污泥切割機(jī)(2用1備)。加藥裝置包括1套PAM制備系統(tǒng)和3臺(tái)投加計(jì)量泵(2用1備)。紅角洲水廠一期有2臺(tái)規(guī)格為20 m3/h的離心脫水機(jī)，1用1備。水廠運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)離心脫水機(jī)容量偏小，每天工作時(shí)間較長(zhǎng)。因此，二期工程新增了1臺(tái)規(guī)格為40 m3/h的離心脫水機(jī)，對(duì)進(jìn)泥含固率要求在2%～3%[4]，每天運(yùn)行時(shí)間約為13 h，脫水后泥餅含水率≤80%。污泥轉(zhuǎn)運(yùn)間緊鄰脫水車間，脫水后的泥餅經(jīng)螺旋輸送機(jī)送至運(yùn)泥車，再由運(yùn)泥車定期外運(yùn)。脫水車間有PLC柜，水廠控制室內(nèi)有主控計(jì)算機(jī)1臺(tái)，在控制室內(nèi)可自動(dòng)遠(yuǎn)程控制整個(gè)排泥水處理系統(tǒng)。

5 運(yùn)行效果

紅角洲水廠一期工程已運(yùn)行，排泥水處理效果穩(wěn)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(yùn)到距離水廠約15 km的麥園垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)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(duì)水廠出水水質(zhì)未產(chǎn)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(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，排泥水經(jīng)處理后的排放水均能達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)。

紅角洲水廠二期工程對(duì)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(zhì)Tab.1 Wastewater Quality of Sludge Thickening Supernatant and Centrifugal Leachate after Dewatering in Hongjiaozhou WTP

系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，增加了平衡池，并更新了設(shè)備。因此，紅角洲二期工程建成后，排泥水處理系統(tǒng)定會(huì)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

6 結(jié)論

(1)排泥水處理工藝采用調(diào)節(jié)、濃縮、平衡和脫水，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化，工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定。濃縮采用輻流式重力濃縮池，能耗低，運(yùn)行維護(hù)方便，處理效果穩(wěn)定，且較大的容積能在原水渾濁度較高時(shí)，儲(chǔ)存較多的污泥，起到緩沖調(diào)節(jié)作用。脫水采用離心脫水機(jī)，投資較低，占地面積小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。

(2)水廠將生產(chǎn)過(guò)程中的排水進(jìn)行回收利用，有效地降低了廠區(qū)自用水量，節(jié)約用水，且水廠外排水減少，符合給水廠“零排放”設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)。在原水渾濁度高時(shí)，平衡池采用排泥池中的水對(duì)濃縮池的排泥進(jìn)行稀釋，以達(dá)到后續(xù)離心脫水機(jī)對(duì)進(jìn)泥含固率的要求，進(jìn)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(jī)的分離液回流至排泥池。

(3)設(shè)置平衡池調(diào)節(jié)濃縮池的出泥濃度，以滿足離心脫水機(jī)高效運(yùn)行所需的進(jìn)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(wěn)定，便于后續(xù)的污泥處置。同時(shí)，平衡池兼做調(diào)質(zhì)池，減少占地及工程投資，運(yùn)行管理方便。