用地約束下的重慶某自來水廠排泥水處理工程設計

王志標，鄭熒輝

(重慶市市政設計研究院有限公司，重慶 400020)

1 引言

城市自來水廠在生產自來水的同時，會產生一定量的排泥水，其排放量約為水廠產水量的4%～7%，其含水率約為98%～99%[1]，這些排泥水主要來自沉淀池排泥水和濾池的反沖洗排水。排泥水除含有凈水過程中從原水中去除的懸浮雜質和有機物質外，還包括凈水過程中投加的無機鹽等物質，嚴重影響水環境質量。對城市自來水廠排泥水的處理目前被逐步重視，已有很多城市的自來水廠進行了排泥水處理研究并進行工程實踐，如上海市閔行水廠[2]、深圳市梅林水廠[3]等。排泥水在處理過程中一般采用濃縮、混凝、沉淀或澄清的處理工藝，如上海某水廠排泥水應急處理工程采用了混凝—絮凝—斜管澄清的處理工藝[4]，蘇州某水廠[5]和北京亦莊水廠[6]排泥水僅采用了重力濃縮—污泥脫水的處理工藝，童禎恭[7]等則研究了微渦流絮凝池-斜管沉淀池的處理工藝。

我國部分水廠建成較早，缺少排泥水處理設施，由于受到了廠區用地的約束，使排泥水處理工程的建設受到了限制，如南安市石井鎮第二自來水廠在建設時為了應對用地緊張，進行了總圖優化布置，實現土地的精細化利用[8]。因此，針對已建自來水廠用地緊張問題，以重慶市江北水廠為例，開展用地約束下的自來水廠排泥水處理工程設計，實現排泥水的有效處理，可為我國自來水廠改造提供參考。

2 工程概況

2.1 水廠概況

江北水廠是重慶市萬州區3 座主要水廠之一，該水廠現有的處理工藝為混合、絮凝、澄清、過濾和消毒的常規處理工藝，具體為“脈沖澄清池+氣水反沖洗V 形濾池”。由于該自來水廠的建設年限較早，現有廠區無排泥水處理設施，廠區澄清池、反沖洗廢水均通過排水箱涵排出廠外，對下游生態環境造成嚴重破壞。該自來水廠現狀處理規模為10 萬m3/d，廠區現狀建設用地面積為2 733.07 m2，擬新建排泥水處理設施占地面積為1 889.64 m2。

2.2 排泥水處理規模

處理對象為生產過程中所產生的全部生產廢水，即全廠澄清池排泥水和濾池反沖洗廢水，廢水中的主要污染物為原水中的懸浮物質、部分溶解物質以及凈水過程中投加的藥劑。通過對江北水廠澄清池及濾池部分的排泥系統分析計算，江北水廠日生產系統排泥水總量為6 048.8 m3，其中澄清池排泥水量為1 920 m3，濾池的沖洗廢水總量為2 180 m3，炭濾池反沖洗廢水水量為1 948.8 m3。

水廠排泥水中所產生的干泥量主要與原水的懸浮固體以及投加的混凝劑量和品種有關，原水濁度計算取值為90%概率時的濁度為14.5NTU，原水濁度與懸浮固體含量之比值基本為1∶1，藥劑投加量按平均投加量18 mg/L，根據GB 50013—2021《室外給水設計標準》得出設計干泥量為2.4 t/d。

3 工藝比選

自來水廠排泥水處理工藝的選擇主要取決于水廠凈水工藝、運行方式、原水水質和泥餅的最終處置。工藝選擇的主要內容是確定濃縮和脫水方式。選擇時應綜合考慮運行維護費用、管理難易、處理效果和占地大小等因素。水廠排泥水處理工藝及系統組成可能各有不同，但根本區別在于將澄清池排泥水和濾池反沖洗廢水兩類排泥水合并處理還是分別處理，工藝流程分別如圖1和圖2所示。

水廠沉淀池排泥水的懸浮雜質含固率一般為0.2%～1.0%，高出濾池沖洗廢水的含固率20～30 倍，且濾池反沖洗廢水量很大，若同時將沉淀池排泥水和濾池反沖洗廢水排入調節池，雖可減少廢水調節池的基建投資和占地，但沉淀池排泥水卻被濾池反沖洗廢水稀釋，非常不利于其后的污泥脫水效果，合建式較分建式濃縮池體積增大并伴隨成本提高。同時，該自來水廠澄清池的排泥槽的標高低于濾池反沖洗排水槽，在澄清池排泥的階段不能進行濾池反沖洗，且濾池反沖洗的時候必須關閉閘門以防止反沖洗廢水倒灌進入澄清池的排泥槽內，導致排泥水處理工程中控制復制，管理不便。

因此，為保證污泥濃縮效果，結合水廠運行情況及場地現狀等，該自來水廠采用澄清池排泥水和濾池反沖洗廢水分別處理的分建式處理工藝，澄清池排泥水采用“調節+ 重力濃縮+ 離心機機械脫水”，反沖洗廢水采用 “調節+ 直接回流”工藝，該自來水廠排泥水處理工藝流程圖如圖3所示。

4 排泥水系統設計及優化

4.1 排水、濃縮組合池

設置排水池1 座，分2 格，總有效容積1 050 m3，進水端設2 只700 mm×700 mm手動閘門，為防止底泥沉積，每格排水回用水池均設有3 套潛水攪拌機，電機功率4 kW。池內設4 臺潛水排污泵，3 用1 備，用于回流至混合池，事故情況下可同時啟動。單泵流量為105 m3/h，揚程15 m，電機功率11 kW，自藕式安裝。

濃縮池設并聯2 座，當中以共壁疊合在排水池上，每座內徑尺寸8 m×8 m，水深約6.8 m，固體通量約2.0 kg/(m2·d）。每格濃縮池中心設1 套中心傳動刮泥機，上部設斜板板長1 m、板寬1 m 的不銹鋼斜板，以增強濃縮效果，泥斗底部敷設1 根DN150 mm 排泥管至平衡池。濃縮池上清液由集水槽收集，排入上清液回用池回流至混合池。

4.2 排泥池

利用排泥池收集澄清池排泥水，總有效容積為120 m3，分兩格。進水端設2 只500 mm×500 mm 手動閘門，為防止水中顆粒物沉降，每格排水池均設有2 臺潛水攪拌機，池內設4 臺潛水排污泵，2 用2 備，事故情況下可同時啟動。

4.3 平衡池

平衡池設1 座，分2 格，按設計干泥量1.5 d 時的貯量設計，總有效容積為126 m3。有效水深約3.8 m。為防止污泥在池中沉降，在每格平衡池中均設有2 臺潛水攪拌機。

4.4 脫水機房

脫水機房由進料泵房、脫水機房、污泥堆棚3 部分組成，脫水后污泥含固率大于20%。進料泵房設2 臺凸輪泵作為2 臺離心機的進料泵。單泵流量12 m3/h，揚程30 m，電機功率約2.2 kW。為防止污泥中的大顆粒物損壞離心機的旋轉葉片，每臺螺桿泵前均設置污泥切割機。PAM 加注間設1 套PAM 調配系統，調配系統的能力為2 kg/h 干粉，配液濃度為0.2%～0.5%，在線稀釋后投加濃度0.1%～0.05%，通過螺桿泵加注至離心機進口。離心機房設2 臺離心機，配套電動刀閘閥，單臺流量8～10 m3/h，電機功率約27.5 kW，設計干泥量時，1 臺離心機每日運行12 h，事故高濁度(最大進水濁度）時可2 臺同時開啟連續24 h 運行。離心機運行時產生的分離液由集水坑收集，重力輸送至排泥池。泥餅通過螺旋輸送機輸送至污泥堆棚外運。

各構筑物尺寸和規格等如表1所示。

表1 尾水處理工程構建筑物一覽表

4.5 設計優化

受廠區用地條件限制并結合廠區地形高程條件，按照工藝流程及場地條件進行排泥水處理系統優化布置。根據高程關系將排水池和濃縮池疊合起來，組成排水、濃縮組合池。西側布置排泥池，排水、濃縮組合池緊鄰排泥池，布置在現狀廠區東側。北側布置平衡池、脫水機房。排泥池接納廠區由南向北的現狀排水管，經調節后提升進入濃縮池，濃縮池底泥進入脫水機房內的平衡池。后經提升進入離心脫水機內，進行離心脫水處理。脫水機房的污泥堆棚布置在廠區進門大門處，以方便將處理的脫水污泥外運，整體污泥管路呈回轉型布置。

5 結語

重慶江北水廠由于存在用地約束，在進行排泥水處理工程設計時，經方案比選、論證，選用分建式排泥水處理工藝，其中澄清池排泥水“采用調節+重力濃縮+ 離心機械脫水”處理工藝，濾池反沖洗廢水采用“調節+直接回流”處理工藝。處理構筑物主要包括排水濃縮組合池、排泥池、平衡池、脫水機房等，整體采用緊湊布置，利用高程關系將排水池和濃縮池疊合，最大化利用現狀土地，可為我國自來水廠改造提供參考。