红角洲水厂排泥水处理工程设计

陈心凤，张 恒

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010)

城市建设和环境保护事业的不断发展，给城市给水厂的相关工作带来了一定的挑战，尤其是对排泥水的处理工艺要求更为严格。国内给水厂“重水轻泥”现象普遍，排泥水处理还存在很多不足。给水厂的排泥水主要来自反应沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗废水，这些排泥水如果处理不善，会引起二次污染，严重污染水体，威胁供水安全，浪费大量水资源[1]。鉴于此，以南昌市红角洲水厂为例，介绍其排泥水处理工艺流程。

1 水厂概况

红角洲水厂位于南昌市红谷滩新区九龙湖片区，供水水源为赣江，设计总规模为20×104m3/d，分两期建设：一期规模为10×104m3/d，已运行；二期规模为10×104m3/d，正在建设中。红角洲水厂净水工艺流程如图1所示。

图1 红角洲水厂净水工艺流程图Fig.1 Process Flow Diagram of Hongjiaozhou WTP

红角洲水厂的生产废水由两部分组成：一是来自折板反应池和平流沉淀池的排泥水；二是滤池反冲洗水及初滤水。根据红角洲水厂一期工程2018年—2019年的运行实测结果，排泥水量约为1 000 m3/d，滤池按24 h周期进行气水反冲洗，反冲洗和初滤水量约为3 500 m3/d。红角洲水厂排水总量约占制水规模的4.5%。

2 污泥处理系统设计规模

2.1 原水浑浊度

根据红角洲水厂2018年9月—2019年9月的原水浑浊度测定结果可知：浑浊度最高为84.5 NTU，出现在2019年6月；最低为8.6 NTU，出现在2019年1月；平均为25.1 NTU。

根据《室外给水设计标准》(GB 50013—2018)，设计采用的原水浑浊度按能完全处理全年75%～95%(一般取90%～95%)日数所对应的原水浑浊度确定，红角洲水厂90%保证率的原水浑浊度是36.4 NTU。浊度与SS的换算系数，应经过实测确定，一般在0.7～2.2。红角洲水厂由于缺少原水SS的实测数据，参考南昌市其他以赣江为水源的水厂经验，设计中SS与NTU的比值取1.4∶1。

2.2 投药量

红角洲水厂采用的混凝剂为液体聚合氯化铝PAC，Al2O3含量约10%，其投加量为20～60 mg/L，投药量随原水浊度的升高而增加。设计中按平均投药量40 mg/L计。

2.3 排泥水污泥总量的确定

干泥量是决定给水厂排泥水处理工程规模的重要依据。根据《室外给水设计标准》(GB 50013—2018)中推荐的设计处理干泥量计算公式，算得红角洲水厂二期工程建成后设计干泥量为12 t/d。按照最高浊度84.5 NTU和最大加药量60 mg/L，得最大干泥量为26.8 t/d。设计时采用12 t/d干泥量作为各构筑物设计处理量，以26.8 t/d干泥量校核排泥水处理系统。

3 工艺流程

给水厂污泥处理处置主要包括给水污泥单独处理、给水污泥与污水厂的污水共同处理和给水污泥综合处置利用3种技术路线[2]。

红角洲水厂的排泥不同于污水厂污泥，其无机质含量较高，易于脱水。考虑到红角洲水厂二期工程建成后，规模较大，宜设置独立的污泥处理系统。

红角洲水厂的生产废水排放都是间歇性的，且排放的水量和水质均在变化。因此，设置调节设施能使水量和水质均化，便于排泥水的后续工艺处理。红角洲水厂采用分别截留的方式处理生产废水。设置排泥池收集折板反应池和平流沉淀池的排泥水，排泥水经水泵提升后进入后续处理工艺流程。设置排水池收集滤池反冲洗水及初滤水，废水经水泵提升后回流到净水处理工艺前端再利用。

红角洲水厂排泥水处理工艺采用调节、浓缩、预处理(平衡)、脱水处理，以及回用水系统，如图2所示。

图2 红角洲水厂排泥水处理工艺流程图Fig.2 Sludge Wastewater Treatment Process Flow Diagram of Hongjiaozhou WTP

4 工程设计

4.1 调节池

调节池共设2座，1座为排水池，1座为排泥池。两池均采用地下式钢筋混凝土结构。调节池的作用主要是将水厂排放的生产废水均值均量。因此，调节池内设潜水搅拌机以使池内污泥处于悬浮状态，并保持浓度均匀。同时，调节池内设潜水泵，以恒定流量将排水池和排泥池内的排泥水分别提升回流至净水处理工艺前端和浓缩池。

排水池平面尺寸为26.50 m×20.90 m，分为2格，有效水深为2.4 m，总深为4.6 m。排水池总容积为1 204 m3，大于2格气水反冲洗滤池冲洗的排水量。配置潜水泵4台(2用2备)，水泵规格：流量Q=630 m3/h，扬程H=11 m，功率N=29.3 kW。池内设4台立式搅拌器，单台功率N=2.2 kW。

排泥池平面尺寸为26.50 m×20.90 m，分2格，有效水深为3.0 m，总深为5.3 m。排泥池的有效容积为1 505 m3，大于水厂沉淀池最大一次排泥量(1 000 m3)，且能储存回流的脱水后分离液约48 m3/d。内设4台潜水泵，2用2备，水泵规格：流量Q=130 m3/h，扬程H=13 m，功率N=7.5 kW。池内设4台立式搅拌器，单台N=2.2 kW。排泥池中的排泥水经水泵提升后进入浓缩池，在水泵到浓缩池之间的压力管上接出三通支管至平衡池，供平衡池稀释用水，管道上安装阀门控制。

4.2 浓缩池

浓缩池是整个排泥水处理过程的核心部分，能降低污泥含水率、减少污泥体积，从而满足后续污泥脱水机对进泥含水率的要求。浓缩池共设2座，均为半地下式钢筋混凝土圆形水池，直径为18 m。浓缩池采用辐流式重力浓缩，24 h连续运行。红角洲水厂二期工程建成后，浓缩池进泥量为2 000 m3/d，进泥含固率按0.6%计，水力负荷为0.16 m3/(m2·h)，污泥固体通量为0.98 kg干固体/(m2·h)。浓缩池有效水深为5 m，浓缩区体积约为1 200 m3。浓缩池底部设泥斗，配置中心传动悬挂式刮泥机。浓缩池的排泥管上设置电动阀门，底部浓缩污泥定期排至平衡池，上清液通过周边集水槽汇集后达标排入厂区雨水系统。浓缩后污泥含固率为2.5%～4.5%。

4.3 平衡池

平衡池用于接纳浓缩污泥，使浓缩污泥含固率保持相对稳定，从而提高后续污泥机械脱水效率。此外，平衡池兼作污泥调质池，在此投加调质药剂PAM，改善污泥的脱水性能[3]。红角洲水厂一期工程的排泥水处理系统不含平衡池，排泥水经浓缩池后直接进入污泥脱水系统。运行期间发现：在夏季原水浊度高时，浓缩池的出泥含固率高，污泥机械脱水系统容易堵塞，脱水效率低；在冬季原水浑浊度低时，浓缩池的出泥含固率低，污泥机械脱水药耗增大，且脱水机运行时间延长。因此，红角洲二期工程在排泥水处理系统中增加了1座平衡池，在浓缩池和脱水机械之间起平衡缓冲作用。平衡池平面尺寸为12.0 m×12.0 m，分2格，有效水深为2.50 m，有效调节容积为360 m3。每格配潜水搅拌器2台，以防污泥沉积。平衡池可储存约1 d的污泥量。平衡池上设计了稀释系统，当原水浊度高时，需要对浓缩池的出泥进行稀释，以满足污泥机械脱水系统的进泥要求。稀释水可选用厂区自来水或排泥池中的排泥水。排泥池中提升泵运行时，开启排泥池到平衡池之间管道上的阀门，用排泥水稀释。排泥池中提升泵停运时，则用厂区自来水稀释。稀释系统采用PLC自动控制。

4.4 污泥脱水车间

污泥脱水车间1座，框架结构，平面尺寸为12.4 m×35.4 m。脱水车间内的污泥脱水系统包括进料装置、加药装置、离心脱水机、冲洗装置、螺旋输送机装置等。进料装置包括3台污泥进料泵(2用1备)和3台污泥切割机(2用1备)。加药装置包括1套PAM制备系统和3台投加计量泵(2用1备)。红角洲水厂一期有2台规格为20 m3/h的离心脱水机，1用1备。水厂运行过程中发现离心脱水机容量偏小，每天工作时间较长。因此，二期工程新增了1台规格为40 m3/h的离心脱水机，对进泥含固率要求在2%～3%[4]，每天运行时间约为13 h，脱水后泥饼含水率≤80%。污泥转运间紧邻脱水车间，脱水后的泥饼经螺旋输送机送至运泥车，再由运泥车定期外运。脱水车间有PLC柜，水厂控制室内有主控计算机1台，在控制室内可自动远程控制整个排泥水处理系统。

5 运行效果

红角洲水厂一期工程已运行，排泥水处理效果稳定，污泥处理量为3.5～4 t干固体/d，处理后的泥饼含水率为75%～80%。PAM投加量为2～2.5 kg/(t干固体)。泥饼外运到距离水厂约15 km的麦园垃圾填埋场进行填埋或作为覆盖土土源。排水池的水回用到净水处理工艺前端，回用水量占水厂处理水量的3%～4%，对水厂出水水质未产生影响。

红角洲水厂2018年—2019年浓缩池上清液和脱水后分离液的水质检测结果如表1所示。

由表1可知，排泥水经处理后的排放水均能达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)。

红角洲水厂二期工程对一期工程的排泥水处理

表1 红角洲水厂浓缩池上清液和脱水后分离液水质Tab.1 Wastewater Quality of Sludge Thickening Supernatant and Centrifugal Leachate after Dewatering in Hongjiaozhou WTP

系统进行了优化，增加了平衡池，并更新了设备。因此，红角洲二期工程建成后，排泥水处理系统定会达到预期目标。

6 结论

(1)排泥水处理工艺采用调节、浓缩、平衡和脱水，能够实现污泥的减量化，工艺成熟、运行稳定。浓缩采用辐流式重力浓缩池，能耗低，运行维护方便，处理效果稳定，且较大的容积能在原水浑浊度较高时，储存较多的污泥，起到缓冲调节作用。脱水采用离心脱水机，投资较低，占地面积小，运行管理简单。

(2)水厂将生产过程中的排水进行回收利用，有效地降低了厂区自用水量，节约用水，且水厂外排水减少，符合给水厂“零排放”设计发展趋势。在原水浑浊度高时，平衡池采用排泥池中的水对浓缩池的排泥进行稀释，以达到后续离心脱水机对进泥含固率的要求，进而提高脱水效率。将排水池中收集的滤池反冲洗水和初滤水回用到净水处理工艺前端。离心脱水机的分离液回流至排泥池。

(3)设置平衡池调节浓缩池的出泥浓度，以满足离心脱水机高效运行所需的进泥浓度，提高脱水效率，降低药耗，使污泥脱水后的泥饼含水率稳定，便于后续的污泥处置。同时，平衡池兼做调质池，减少占地及工程投资，运行管理方便。