凈水廠污泥處理系統優化設計分析

梁 斌， 王秋慧

(天津市華淼給排水研究設計院有限公司， 天津 300190)

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的深入發展，居民對生活環境的要求越來越高，相應對水環境改善也提出了更高的要求。凈水廠污泥處理一直備受關注，2022年10月1日起實施的全文強制性工程建設規范《城市給水工程項目規范》(GB 55026—2022)要求水處理過程中產生的排泥水、浮渣、廢水和廢液均應進行處理處置，嚴禁直接排入環境水體。

1 凈水廠污泥設計工藝分析

1.1 污泥來源

常規凈水廠污泥主要來自沉淀池排泥、氣浮池排渣和濾池反沖洗廢水，泥水經排水調節池沉淀后形成待脫水污泥，污泥以無機顆粒和泥沙為主，同時含有少量有機物，主要來源于原水中色度、浮游生物等[1]。

1.2 常規污泥處理工藝

目前，凈水廠污泥處理工藝路線相對比較固定，基本采用“濃縮+機械脫水”的處理方法。即凈水廠沉淀池污泥和排水調節池污泥排入排泥調節池，混合均勻后用泵打入污泥濃縮池，經污泥濃縮池濃縮后排入污泥均質池，然后進入污泥脫水機脫水，最終外運處置，污泥處理工藝如圖1所示。污泥處理建、構筑物主要包括排泥調節池、污泥濃縮池、污泥均質池和污泥脫水機房。

1.3 污泥處理工藝優化設計

當凈水廠處理工藝采用高速氣浮池而非沉淀池時，污泥處理系統接收的污泥為高速氣浮池的浮渣和排水調節池的排泥。優化后的污泥處理工藝如圖2所示，污泥處理系統利用氣浮池的浮渣池替代傳統的排泥調節池，將排水調節池產生的排泥排入高速氣浮池的浮渣池，在浮渣池內將泥渣混合均勻后排入污泥濃縮池，濃縮后的污泥排至污泥均質池。污泥均質池的污泥經攪拌器混合均勻后直接由污泥泵輸送至污泥脫水機，污泥脫水機脫水后的污泥由螺旋輸送機輸送到運泥車或者污泥料倉。

污泥脫水機排水調節池污泥沉淀池污泥排泥調節池污泥濃縮池污泥均質池污泥脫水機高速氣浮池污泥排水調節池污泥浮渣池污泥濃縮池污泥均質池圖1 常規污泥處理工藝流程Fig.1 Conventional sludge treatment process圖2 優化污泥處理工藝流程Fig.2 Optimized sludge treatment process

根據氣浮池或者沉淀池排泥含固率的不同以及不同類型脫水機對進泥含固率的要求，對污泥提出不同的處理建議[2]，如表1所示。

表1 不同含固率污泥的處理建議Tab.1 Suggestions on the treatment of sludge with different solid contents

2 工程案例分析

2.1 工程概況

天津市某凈水廠設計規模為10×104m3/d，凈水工藝采用“前臭氧接觸池+機械混合、水力反應及高速氣浮池+V型濾池+后臭氧接觸池+活性炭濾池+消毒”，在污泥處理系統設計方案中直接以氣浮池的浮渣池替代排泥調節池，即污泥處理工藝為“浮渣池+污泥濃縮池+污泥均衡池+離心脫水機”。

2.2 干泥量計算

根據干泥量計算公式[3]：

TDS=Q×(T×E1+0.2C+1.9F+1.53A+B)×10-6

計算得出該水廠設計干泥總量為2.5 t/d。其中設計進水濁度為4.0 NTU，出水濁度取0.2 NTU，能滿足全年95%以上處理要求；原水色度取30，出水色度取5.0；凈水處理前絮凝聚合氯化鋁投加量為40 mg/L，原液濃度為10%；以鐵鹽混凝劑為主，設計商品三氯化鐵投加量為30 mg/L，原液濃度為38%。

2.3 污泥處理建、構筑物設計

根據經驗值，浮渣池污泥含水率以99.7%計，污泥量為834 m3/d，以此為基礎進行污泥處理構筑物的設計。考慮冬季正常運行要求，將污泥濃縮池、均衡池、污泥投藥系統和離心脫水機建在室內，建筑物平面尺寸為40.0 m×24.0 m。

(1)污泥濃縮池

設計采用高密度濃縮池1座(含2池)，采用上部斜板、下部豎流式相結合的池型，單池平面尺寸為8.0 m×8.0 m，有效水深為6.5 m，連續運行，固體通量為1.0 kg/(m2·h)，上升流速為0.142 mm/s；濃縮池進泥濃度為0.3%，底泥排出濃度為3.0%。

在污泥濃縮池中設有污泥濃度計，通過設定開始排泥和終止排泥時的濃縮污泥濃度值(或污泥界面儀)來控制排泥泵的開、停。濃縮池沉淀的底泥由排泥螺桿泵輸送至污泥均衡池。

(2)污泥均衡池

污泥均衡池是一個緩沖池，功能為調節污泥濃縮池排泥的不均勻性，使污泥在均衡池內進行充分的混合，以適應污泥脫水機的進泥需求。

均衡池進泥濃度按3%考慮，即脫水機進泥含水率97%，設計均質池1座，分2格，單格平面尺寸3.0 m×5.0 m，有效水深為3.5 m，單格可容納14 h的處理泥量。為保證池中污泥均勻度，均衡池內配潛水攪拌器，均衡池后設置變頻螺桿泵，同時均衡池內設有泥位計，用以控制污泥脫水機進泥螺桿泵及均衡池潛水攪拌機的開、停。運行中，由公用吸泥管抽取池內污泥輸送至污泥脫水機。

(3) 污泥脫水機

污泥脫水采用機械脫水方式，選用離心脫水機作為機械脫水設備，其原理是利用離心力加速污泥沉淀，使其與液體分離開來。污泥脫水機進泥含水率按97%，出泥含水率按80%計。為了保持脫水機脫水污泥的質量不變，離心機進泥量需均衡穩定。脫水機前設流量計，通過流量信號對污泥泵、加藥泵進行控制。同時對離心脫水機沖洗泵、加藥泵、相應閥門、螺旋輸送器實現連鎖及自動控制。

選用單機處理量為5～15 m3/h，N=20.5 kW的離心機2臺，2臺同時運行工作8 h/d，單臺運行工作16 h/d。脫水后泥餅通過1臺水平式螺旋輸送器和1臺傾斜式螺旋輸送器送至污泥間，污泥間設計運泥車2輛，交替工作，實現污泥不落地的目的，最大限度保護周圍環境。

(4)加藥系統

污泥脫水藥劑選用陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)干粉，設計2個投加點，可分別投加到濃縮池的反應池和離心脫水機的進泥管處。設計聚合物藥液自動配制裝置2套，制備能力分別為4 000和1 000 L，分別用于脫水機和濃縮池加藥；加藥泵均采用隔膜計量泵。設計投加量見表2。

表2 絮凝劑投加參數Tab.2 Dosing parameters of flocculant

3 優化設計建議

3.1 用污泥料倉代替儲泥間

該工程案例設計脫水后泥餅直接掉落在運泥車上，需要運泥車長期停在污泥間才能滿足調度要求，運泥車使用效率極低，且運泥車接泥時處于敞開狀態，影響環境，存在臭味外泄的問題。建議設計室外污泥料倉用于儲存污泥，再定期外運，從而方便運行管理，節省運行費用，使運行環境良好且防止臭味外泄。

3.2 濃縮池運行優化

在長期運行過程中，發現濃縮池配泥管容易積泥堵塞，同時控制閥門存在銹蝕等問題影響操作，造成配泥管很難清理。建議設計時在配泥管最始端增加高壓水沖洗裝置，方便后續運行管理。

3.3 脫水機分離液處理優化

脫水機分離液雖然水量不大，但是懸浮物含量較高，且通常含有鐵、鋁等金屬及助凝劑殘留，通常設計將其排入城市下水道。根據新規范要求，建議對脫水機分離液進行水質檢測，若不能達到排入城市下水道的水質標準，應單獨處理達標后排入城市下水道或環境水體。對于脫水機分離液，目前單獨進行處理的很少，尚未形成適宜的處理方法。目前已出現凈水廠采用氣浮工藝或過濾工藝進行處理，但其綜合處理效果還需要通過時間來驗證。

4 結論

隨著環保要求的提高以及污泥處理技術的日益提升，凈水廠污泥處理系統的設計也將愈加成熟，在天津市某凈水廠的應用效果表明，當凈水工藝為氣浮工藝時，利用氣浮系統的浮渣池替代傳統的排泥調節池是可行的。另外，通過優化設計，可逐步改善目前存在的污泥存放、運輸、除臭以及脫水機分離液的處理等問題，滿足城鄉生態環境發展的需求。