水廠生產廢水處理工藝節地高效化設計探索

陳 晨，李 志

(昆明通用水務自來水有限公司，云南昆明 650000)

水廠的生產廢水懸浮物含量高，常可達到500 mg/L以上，隨意排放，會造成城市排污管道或天然河道淤塞，也會造成其他一系列的環保問題[1]。“水十條”及《室外給水設計標準》中均有生產廢水須達標排放的規定。另外昆明是國內嚴重缺水的城市之一，降低自用水率對減少水資源浪費十分重要。因此，既有水廠新建生產廢水處理工藝是必要的[2]。

目前的水廠廢水處理工藝按排泥池、排水池是否合建，分為合建式和分建式。合建式如深圳梅林水廠，該工藝雖有利于節省調節池占地，但排泥水與反沖洗水濃度相差5～8倍，沖擊負荷大，不利于濃縮池運行[3]，而且濃縮池進水量增大，濃縮池設計處理量大于分建式工藝的水廠，梅林水廠通過多點投加輔助藥劑緩解該工藝問題，但增加了運行復雜性[4]。分建式是目前推薦采用的工藝，如天津津濱水廠、北京第九水廠[5]，排泥池、排水池分建有利于濃縮池運行、有利于減少濃縮池占地，但排水池、排泥池占地增加。

寶象河水廠位于昆明市，生產規模為8萬m3/d，由于供水需求大經多次擴建用地緊張，水廠要求廢水處理工藝系統的占地須小于600 m2，而生產規模相當采用分建式的昆明二水廠，廢水處理系統占地面積約為966 m2，通過優化工藝節約用地是在工藝設計階段必須解決的問題。原有的廢水處理工藝是通過靜置沉淀回收上清液，回收水濁度波動大，回收時常導致濾后水濁度上升，必須尋找高效穩定的沉淀工藝。本文通過優化合建式工藝，利用斜管沉淀池提高沉淀效率，利用疊螺脫水機降低對進泥含固率的要求，設計出一種既可以減少排泥池、排水池占地面積，又可以減少濃縮單元占地面積的工藝方案，可以有效解決既有水廠改造廢水處理工藝可用地不足的問題，為亟須進行廢水處理工藝改造又面臨用地困難的水廠提供設計參考。

1 廢水處理工藝優化設計

1.1 水線工藝設計優化思路

分建式工藝中的排水池通過靜置沉淀作用使上清液澄清達到回收水質要求，靜置沉淀效率低在梅林水廠的運行管理中須停留4～8 h才達到回收要求[6]。昆明其他水廠生產實踐，也須停留2 h。靜置沉淀過程中不得進水，主工藝濾池反沖洗受到條件限制，而且排水池調節容積也須設置得較大，占地面積及投資相應增加。以上問題的核心是沉淀工藝低效導致的，提高沉淀效率是解決問題的關鍵。

首先斜管沉淀相比靜置或平流沉淀更高效，設計表面負荷可提高3～5倍[7]，再者斜管沉淀運行過程可連續進水不須靜置，減小排水調節池的容積。昆明其他水廠生產性試驗證明，斜管沉淀工藝可以用于處理高SS的濾池反沖洗水和沉淀池排泥水的凈化處理。在SS<1 000 mg/L時，其出水渾濁度可穩定控制在5 NTU以內，滿足回收水關于濁度的控制要求[8]。

根據以上分析，寶象河水廠水線設計使用加入斜管沉淀池的合建式廢水處理工藝。

1.2 泥線工藝設計優化思路

水廠傳統廢水處理工藝中常用的污泥脫水設備是離心脫水機或者板框壓濾機。兩種設備的進泥含固率要求在2%～3%，而排水池或排泥水的排泥含固率約為0.8%，還不能滿足要求，必須設置濃縮池。兩種設備運行噪聲大，可能對運行員工造成職業傷害，遭到周圍居民投訴。水廠污泥濃縮停留時間較長，污泥發酵，脫水時產生大量臭味。離心脫水機對進泥含固率、泥質、主轉速、差速等運行參數敏感[9]，脫水全自動實現困難，須人工巡視甚至值守，運行人員也須經培訓和長期訓練才能勝任。以上四個傳統工藝的問題是選用的脫水設備特性所導致的，改變脫水機設備是解決問題的關鍵。

疊螺脫水機是運用了螺桿擠壓原理，污泥中的水分在螺桿直徑和螺距變化產生的壓力作用下，從固定環和游動環中的微小縫隙中擠出，實現污泥脫水[10]。表1為離心脫水機與疊螺脫水機性能對比。

表1 離心脫水機與疊螺脫水機性能對比

疊螺脫水機對進泥濃度要求降低，排水池或排泥池的排泥水含固率已經能滿足要求，可取消濃縮池，降低工藝停留時間減輕臭味問題。疊螺脫水機轉速低，噪聲明顯降低[11]。疊螺脫水機控制邏輯明確，控制參數少，較易實現全自動控制。

綜上,寶象河水廠泥線設計使用疊螺脫水機代替離心脫水機。

1.3 寶象河水廠廢水處理工藝設計簡介

寶象河水廠供水設計能力為8萬m3/d，處理工藝由穿孔旋流絮凝、斜管沉淀、虹吸過濾、加氯消毒構成，水廠由4組老工藝加1組新工藝組成，原有回收水系統通過排水池靜置沉淀后便回收，回收水濁度高，對主工藝影響大。設計生產廢水主要包括沉定池排泥水、濾池反沖洗水，設計回收水量為3 000～7 000 m3/d，設計泥處理量為1.18 t/d(干泥)，設計回收水渾濁度<10 NTU。

如圖1所示，寶象河水廠廢水處理系統中原有排水調節池2座，占地面積共計238.4 m2，有效容積為1 400 m3，可滿足系統設計要求，無需擴容，新增潛水攪拌器混合進水水質。設計一體式鋼制斜管沉淀池2座，單座尺寸為7.48 m×3.1 m，單座處理量為250 m3/h。污泥平衡池1座，有效容積為56 m3，占地面積為16 m2。脫水車間1座，占地面積為128 m2。工藝構筑物總占地面積約為491 m2。

圖1 寶象河水廠廢水處理工藝流程圖

2 實際運行效果總結

2.1 濾后水濁度降低

寶象河水廠原廢水處理系統回收時初期濁度高且變化范圍大，對凈水工藝沖擊大，加藥調整難以控制，濾后水平均渾濁度>0.15 NTU。6月引入斜管沉淀池的新工藝建成使用后，回收水渾濁度<10 NTU，工藝運行穩定，回收時無需調整加藥量，濾后水渾濁度可穩定控制在0.15 NTU以下(圖2)。

圖2 寶象河水廠濾后水平均渾濁度變化

2.2 排放水達標排放

昆明使用離心脫水機的水廠，其分離液均小于100 mg/L，疊螺脫水機實際運行過程中排放水SS均小于70 mg/L(圖3)，出水滿足《污水綜合排放標準》。

圖3 2020年10月寶象河水廠排水SS含量

2.3 其他方面的運行效果

本項目脫水工藝全自動運行，未增加水廠必要崗位設置，同時脫水機房臭味小、噪音小，運行后未收到周圍居民的投訴。

4 結論

(1)運用斜管沉淀池有利于高效處理廢水，減少主工藝沖擊負荷。

(2)運用疊螺脫水機有利于節省占地與投資，減少噪聲與臭味。

(3)該優化設計思路可以運用于用地緊張、預算有限的水廠廢水處理工藝建設項目。

(4)該工藝未按照連續運行設計，啟動初期回收水水質不穩定，下一步應加強自控設計整合，實現工藝連續運行。