紧凑型水厂排泥水处理设计应用

赖竺

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

0 引言

过去认为给水厂产生的排泥水对环境造成的危害性较小，给水厂排泥水处理容易被忽略，大多数给水厂将排泥水直接排入附近水体，部分不存在适宜受纳水体或产生排泥水量较大的水厂才考虑进行排泥水处理。但实际上给水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗水等自用水水量一般约占水厂总净水量的4%～7%[1]，对水资源日益紧缺的现状来说弥足珍贵，是不容放任流弃的水资源。随着经济的发展和人们环保意识的增强，国家对环境保护日益重视，除了新建水厂会考虑排泥水处理以外，一些有条件的水厂也陆续开始排泥水处理的改造项目。但对于目前大部分的排泥水处理建设项目用地均较为紧缺，尤其是改造项目，建设年代较久远的水厂通常没有给排泥水处理系统预留用地，从而导致排泥水处理工程改造十分困难。

针对该类型用地紧张的紧凑型给水厂排泥水处理，以广州市某改造扩建水厂为例，开展排泥水改造工程设计，可为同类排泥水处理项目提供参考。

1 常规水厂排泥水处理系统

1.1 排泥水处理工艺流程

常规的排泥水处理工艺流程通常包括调节、浓缩及脱水3 道工艺[1]。

1.1.1 水量调节构筑物

给水厂沉淀池排泥及滤池的反冲洗水均为间歇性排放，而排泥水处理流程中浓缩及脱水均需要均匀进水，设置调节构筑物有助于均衡来水流量、适当调匀排泥水水质，起到缓冲作用。

1.1.2 浓缩

目前常用的几类脱水机对进泥的含固率要求均不小于1.5%，而给水厂排泥水含固率通常在0.05%～0.5%，无法直接进入脱水机。为最大限度地提高排泥水含固率，以保证能达到脱水机的进泥要求，需要在脱水之前进行浓缩。目前常用的浓缩方式有重力浓缩、气浮浓缩和机械浓缩3 种形式，通常能将排泥水的含固率浓缩至约3%，从而保证浓缩池的出泥满足脱水机的技术要求。

1.1.3 脱水

脱水是降低排泥水中含固率的主要手段，脱水后泥饼含固率通常在20%～45%，这样污泥的运输以及储存都会更加的便捷，同时处置污泥的费用也被大大降低。几乎所有的给水厂中都不会设置污泥处理处置设施，厂内排泥水经处理后泥饼需外运处置，因此需要通过脱水大幅压缩泥饼的体积，降低运输成本以及满足污泥处理厂对接收污泥的要求。

1.2 常规水厂污泥处理工艺参数选择

（1）《室外给水设计标准》（GB 50013—2018）对排泥水处理的相关参数规定如下[2]：①原水浊度设计取值应根据全量完全处理保证率达到75%～95%。②浓缩后污泥的含固率应满足选用脱水机械的进泥浓度要求，且不低于2%。③固体通量、液面负荷宜通过沉降浓缩试验，或按相似排泥水浓缩数据确定。当无试验数据和资料时，辐流式浓缩池的固体通量可取干固体0.5～1.0kg/（m2·h），液面负荷不大于1.0m3/（m2·h）。

（2）部分已建给水厂工艺参数如表1 所示。

表1 部分水厂工艺参数

由于处理干泥量取决于水厂设计规模、原水浊度、加药量等参数，干泥量是表示排泥水处理规模的重要参数，因此采用单位干泥量用地面积来表示排泥水处理构筑物所需占地面积大小。由于脱水机房占地面积主要取决于所采用的脱水工艺，故未纳入用地面积指标估算。由表1 可知，除南洲水厂，其他水厂的单位干泥量用地面积基本接近，单位干泥量用地面积介于120～160m2/（t·d-1）。

2 广州市某水厂排泥水系统设计案例

2.1 项目概况

2.1.1 项目简介

该厂现状为3 万m3/d，本项目为改造扩建工程，厂区红线占地面积约15335m2。扩建后供水总规模为15 万m3/d，净水主体工艺流程为絮凝沉淀—超滤膜—清水池，排泥采用虹吸排泥。沉淀池设两座，排泥水总量为3546m3/d；膜池设14 格，冲洗废水排放量4066m3/d、化学清洗废水单次最大排放量450m3。

该厂现状无排泥水处理设施，水厂净水规模改造扩建的同时需配套同规模的排泥水处理系统。原水浊度计算取值按90%保证率时为73NTU，药剂采用铝盐混凝剂，平均投加量为2mg/L，根据《室外给水设计标准》（GB 50013—2018）[2]计算得排泥水总干泥量为17.73t/d，最终处理后外运泥饼含固率大于40%。

2.1.2 改造存在问题

（1） 建设用地不足。该厂的单位用地面积为0.1m2/（m3·d-1），用地标准仅为《城市给水工程规划规范》（GB 50282—2016）[6]推荐值的18%，且厂区外围周边地块均为基本农田，用地红线无法外扩，属于用地极其紧凑的给水厂。项目范围内可供排泥水处理使用的地块面积约为1800m2，单位干泥量用地面积约为102m2/（t·d-1），而按照常规水厂排泥水处理构筑物的计算并结合表1 中的案例参考，在保证泥水处理效果的前提下，至少需要约2900m2的用地面积，因此该厂可供排泥水处理的建设用地严重不足。

（2）调节构筑物需匹配膜池的排水。该厂的净水主体工艺采用超滤膜工艺，不仅有常规的过滤冲洗废水，还存在间歇性排放的化学清洗废水，需进行中和处理。因此，在常规的排泥水处理构筑物基础上，还需增设化学中和池，以供化学清洗废水的处理。在该厂的排泥水设计中，如何平衡所需调节容积较大与用地不足之间的矛盾则是一个需要重点关注的问题。

2.2 工艺设计

2.2.1 工艺流程

该厂排泥水处理系统主体工艺流程包括调节、浓缩、脱水，为保证排泥水的处理效果，通常来说这3 个步骤是环环相扣，紧密联系的。而针对该厂要在极其有限的用地条件下满足污泥外运的含固率要求，不压缩处理工艺，主要考虑以下两个设计思路。

（1）调节池采用合建式。针对沉淀池排泥水和膜池过滤冲洗废水，考虑合并收集，设置一座合建式调节池，相对于分建式调节池，总面积减小。但从目前国内一些采用合建式调节池的水厂运行经验来看，后续的浓缩池效果普遍不理想[7]，原因在于废水合并收集，稀释了沉淀池排泥水，导致浓缩池的入流量增大，液面负荷加大，要达到相同的浓缩效果，需增大浓缩池的面积和体积。

（2）采用分建式，调节浓缩池叠合布置。由于调节池合建仍然难以大幅压缩排泥水处理系统整体的占地，为保证浓缩效果，调节池仍考虑采用分建式。在传统排水调节池、污泥调节池和浓缩池分建的基础上，采用调节池与浓缩池叠合布置的形式，并增加化学中和池，排水调节池、化学中和池、污泥调节池设计为全地埋式，上部叠合布置浓缩池。该方案优势在于既没有牺牲排泥水处理的效果，也能够满足现状极有限的用地条件。

结合该厂的实际情况以及对排泥水出泥的要求，最终排泥水处理系统设计采用浓缩池与调节池叠合布置的形式，具体工艺流程如图1 所示。

图1 广州市某水厂排泥水处理工艺流程

2.2.2 排水调节池

排水调节池主要接收来自膜池过滤冲洗废水和污泥浓缩池上清液。为方便检修和清洗，排水调节池分两格，共用一格吸水井，单格尺寸L×B=6.5m×6m。设计容积Q 为537.93m3，有效水深为4.50m。为防止池内沉积，池内设搅拌器2 台。

2.2.3 化学中和池

化学中和池主要接收来自膜池化学清洗废水及稀释漂洗排水。为方便检修和清洗，化学中和池分两格，共用一格吸水井，单格尺寸L×B=6.5m×5m。设计容积Q为479.43m3，有效水深为4.50m。为防止池内沉积，池内设搅拌器2 台。

2.2.4 污泥调节池

污泥调节池主要接收沉淀池排泥水及脱水机分离液。该厂共设置1 座污泥调节池，为匹配上部浓缩池的土建结构，污泥调节池分3 格，其中两格的尺寸分别为L×B=22m×7.85m，及一格L×B=22m×11.9m，3 格共用吸水井。设计容积Q 为3110.5m3，有效水深为4.50m。为防止池内沉积，每格池内均设搅拌器。

2.2.5 污泥浓缩池

该厂设计浓缩池2 座，单座直径16m，浓缩时间5h，有效水深4.4m，浓缩后污泥含固率为3%。设计采用改良型重力浓缩池，内部铺设斜管，固体通量2.2kg/（m2·h），设计最大液面负荷q=0.42m3/（m2·h），在保证液面负荷及处理效果满足《室外给水设计标准》（GB 50013—2018）[2]要求的同时，固体通量可做到规范推荐值的2 倍，有效压缩浓缩池所需容积。

2.2.6 污泥平衡池及脱水机房

污泥经浓缩后含固率为3%，为保障污泥平衡池的运行安全，储存时间取t=24h，本次设计平衡池为1 座2格，总尺寸4.7m×4.7m，有效水深4.4m。

综合比选板框压滤机、带式压滤机及离心脱水机，由于该厂污泥最终外运处置，希望能尽可能减少脱水污泥体积，以便降低运输费用。而板框压滤机出泥含固率在三者之中最高，故本次设计选用3 台板框压滤机，两用一备，16h 工作，出泥泥饼含固率40%。

3 设计优化

该厂净水主体工艺采用膜处理工艺，排放废水较常规给水厂增加化学清洗废水，需单独处理。考虑废水水质的多样性，该厂排泥水系统采用分建式，分别设置排水调节池、化学中和池及污泥调节池以收集不同水质的废水。为满足用户对外运污泥的含固率要求，设计采用板框压滤机进行脱水处理，前端配套污泥调节池、浓缩池及平衡池，构成完整的全流程排泥水处理系统。

该厂排泥水系统设计最突出的问题在于对排泥水处理的高要求与建设用地极度有限之间的矛盾。针对这一问题，结合场地条件及高程关系，将调节、浓缩的土建构筑物集成化叠合布置，下层布置两类调节池及化学中和池，上层布置污泥浓缩池，废水进入该系统后，仅需从调节池至浓缩池提升一次，浓缩池上清液出水可利用重力排放。同时，该方案大幅压缩了整个处理系统所需的占地面积，实现了在极度有限的用地条件下对排泥水的全流程处理，最终出泥泥饼含固率达到40%。

4 结语

广州市某水厂用地极其紧凑，相对于常规的排泥水处理系统，还需增加化学中和池，且用户对污泥出泥含固率要求较高。经过综合比选采用分建式排泥水处理系统，系统处理构筑物包括排水调节池、化学中和池、污泥调节池、浓缩池、平衡池、脱水机房等，通过将调节、浓缩池叠合布置，既有效地利用了高程关系，又大幅减少占地面积，确保了在有限的用地条件下完成排泥水处理系统的设计，可为我国用地条件有限的紧凑型水厂排泥水处理设计提供参考。