南方某县城自来水厂改造升级工程排泥水处理设计

旷杨欢

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着城镇化进程的加速，环境保护要求日益提高，供水厂排出的生产废水对环境污染事宜越来越引起关注，供水厂絮凝、沉淀池排泥水及滤池冲洗水主要组成为无机泥砂，但也有少量有机物，其悬浮物含量远远超过国家排放标准，如不处理达标就直排自然水体，给接纳水体造成污染。随着相关研究的深入，排泥水直排的问题逐步得到重视，本文结合工程实例对某县城自来水升级改造排泥水部分进行研究探讨。

1 工程概况

某县城水厂是该县规模最大的水厂，占地面积约为2.4 万m2，设计供水能力为8 万m3/d，由日供水能力2 万m3的1 号生产线和日供水能力为6 万m3的2 号生产线构成。为满足区域内现状及近期规划供水需求，对水厂进行全面改造，排泥水部分改造建设内容如下：按8 万m3/d 产水规模新建一套排泥水简易脱水系统。

2 泥水处理目标

对絮凝池、沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗废水如直接排入雨水管网，势必造成对水体的污染，为了减轻排泥废水对周围环境的影响，必须对水厂的排泥废水进行处理，同时回收上清液。

3 处理工艺设计原则

具体原则如下：①回收利用上清液，节约水资源。②处理后泥饼含水率不大于80%，便于运输。③采用简单实用的处理工艺。

4 排泥水水量水质特点

排泥水包括絮凝池排泥水、沉淀池排泥水和滤池反洗废水，总量约占制水量的2%～5%，具体取值与原水水质特征有关。

4.1 排泥水水量特征

水厂排泥水95%以上来自沉淀池排泥水和滤池反洗废水，间断、大流量且有规律的排放。一次排泥水量大小与运行管理有关，排泥和反冲洗越均匀分散，则一次排泥水量越小；如集中反冲和排泥，则一次排泥水量大。

另外，应考虑常态清洗池子产生的废水对排水池调节容积的影响，一次常态清洗滤池的水量约为375m3，大于反冲洗1 次的排水量，成为确定排水池调节容积及排水泵参数的主要因素。

4.2 排泥水水质特征

排泥水水质与当地水质相符，既受当地水文地质、气候、地理等自然条件影响，保持着当地水质的基本特性，还因自来水处理过程中投加了混凝剂等悬浮性颗粒，具有高悬浮物（SS）的特性，因此，SS 是排泥水工程中的主要控制指标。本次以SS 作为主要控制指标，沉淀池排泥水和滤池反洗废水水质有以下特点。

4.2.1 沉淀池排泥水

自来水厂的排泥水中，由于大颗粒SS 都沉积在沉淀池，其沉淀池排泥水的污泥浓度最高，一般为5000mg/L，最高可达15000mg/L，对于高浊度的河流，沉淀池的排泥浓度甚至达到100000mg/L，因此，根据这一特点，沉淀池排泥水不能直接排入天然水体和市政排水管道，必须处理后才能排放。

沉淀池排泥水浓度开始很高，持续30～60s 后，排泥浓度陡然下降，因此运行中最好测定沉淀池排泥浓度历时曲线，选择最佳排泥历时，以提高排泥浓度，减小排泥水量。

4.2.2 滤池反冲洗排水

进入滤池的原水中仅含有不能沉降去除的细小颗粒，滤池反冲洗排水浓度一般是沉淀池排泥水浓度的1/30～1/20。据一些文献记载及运营数据，如采用直接过滤，滤池反冲洗排水浓度可达1000mg/L；设置沉淀池的情况下，滤池反冲洗排水浓度一般为200～500mg/L。滤池反冲洗排水污泥浓度高低还与反冲洗方式有关，单一水冲洗，冲洗强度大，冲洗历时长，耗水量大，排水污泥浓度低，一般为200mg/L。气水联合反冲洗耗水率低，带走同量的污泥，耗水量小，排水污泥浓度较高，可达400～500mg/L[1]。

5 主要工艺原理

由于排泥水中主要污染物为悬浮物（SS），处理工艺以物理处理为准，化学手段为辅，主要处理工序包括调节、浓缩、平衡、脱水等。本工程实例为新建一套排泥水简易脱水系统，其主要处理工序为调节和脱水。

5.1 调节池

调节池包括排水池和排泥池，功能是接收滤池反洗废水和沉淀池排泥水，把间断、大流量转化为均匀、连续、小流量。调节池的停留时间就是反洗废水和沉淀池排泥水的排放间隔。在排放间隔内，调节池必须排空，以接纳下一次排水。设置调节池主要基于两个原因：①处理流程的下一道工序为脱水，脱水机械对入流物料的含固率要求不低于1%，水在调节池内的停留时间不低于5h，均衡水量的同时，静止沉淀，提高底泥的含固率，满足脱水机的入流要求。②静止沉淀后，排水池的上清液可回流至水厂重复利用，排泥池上清液提升至雨水管网排放。

5.2 脱水

污泥脱水一般采用高机械力降低污泥含水率至不超过80%，方便储存及外运处置，为提高脱水效率，需添加PAM 对污泥进行调质。

6 排泥水工艺比选

调节、脱水工序均较为独立，各工序工艺的选择互相干扰性不强，下文就调节、脱水工序分别进行工艺比选。

6.1 调节池形式的选择

调节构筑物按组合形式分为合建式与分建式，分建式则分别设置接收滤池反洗废水的排水池和接收絮凝池、沉淀池排泥的排泥池，合建式则将这两个池子合建在一起。合建式处理工艺流程如图1 所示，分建式处理工艺流程如图2 所示，合建式、分建式调节池对比如表1 所示。

表1 合建式、分建式调节池对比

图1 合建式处理工艺流程

图2 分建式处理工艺流程

沉淀池排泥水悬浮杂质含固率一般为0.5%，高出滤池反洗废水含固率20～30 倍，滤池反洗废水水质比沉淀池排泥水好，且反洗废水水量大，因此排泥水系统回用水主要来自滤池反洗废水，分建式有利于反洗废水回收。本工程案例推荐采用分建式调节池工艺。厂区已有现状排泥塘2 座，单座排泥塘有效容积不低于800m3，而单次排泥水量、滤池的反洗水量均在500m3以下，因此，1 座现状排泥塘作为排水池，另1 座作为排泥池使用，满足生产要求。

6.2 脱水机型式的选择

目前脱水机型式主要有板框压滤机、离心脱水机，其性能对比如表2 所示。

表2 离心脱水机与板框压滤机的性能比较

离心脱水机体积小，占地少，机房环境较好，运行管理简单，但转速高，噪声大，电耗、药耗高，脱水泥饼含固率低于厢式自动压滤机，且对设备材质及制造精度要求极高，以保证其长时间连续运行。以往污泥脱水行业采用的离心机多为进口设备。近年来，国产离心机的质量有了较大提高，已逐步在一些自来水厂污泥处理工程中得到应用，总体而言其质量与进口设备尚有一定的差距，但从国内水厂运行的情况来看，国产离心脱水机使用效果还是不错的。

板框压滤机对材质及加工精度要求不高，运行较可靠、使用寿命长，某些易损件如滤布等更换方便，价格较低，其脱水性能优于离心机，出泥含固率较高，总投资较低，节省电耗，运行成本较省，生产、使用历史较长，具有成熟的经验，但其体形庞大，操作繁杂，安装维护较复杂。

因此，从节省投资和今后运行管理等方面考虑，本工程案例推荐采用国产离心脱水机。

7 排泥水处理工艺设计

考虑现状水厂未设置污泥处理工艺，本次改造一并考虑净水生产线的排泥水处理，排泥水处理系统按1号生产线设计供水规模2 万m3/d 和2 号生产线设计供水规模6 万m3/d，共8 万m3/d 净水规模进行设计。

7.1 参数设计

净水厂排泥水处理规模由所处理的干泥量的大小决定的[3]。干泥量可依据《室外给水设计标准》（GB 50013—2018）[4]第10.1.4 条计算。本工程按照浊度15NTU 计算，产水规模共8 万m3/d，计算结果如下。

（1）干泥量为1.5t/d。

（2）按照排泥水浓度的0.5%计，沉淀池排泥水量为300m3/d，1 天排泥1 次。

（3）按照反洗周期48h 计，一期工程滤池6 格，冲洗间隔8h，每次冲洗水量约100m3；二期工程滤池4格，冲洗间隔12h，每次冲洗水量约250m3。

7.2 主要建构筑物设计

7.2.1 排水池

排水池主要用于收集、调节滤池反冲洗水，对水质水量起调节作用，池内设回收水泵和底泥泵，上清液回流至混合池。本工程案列利用现状其中1 座排泥塘（排泥塘A）作为排水池，其尺寸为34m×10m×4.5（H）m，有效水深3m，有效容积不低于800m3，滤池反洗水在本排泥塘中停留时间不低于1d。池内增设上清液水泵2 台，2 用，每台泵流量130m3/h，扬程12m。上清液回收水泵安装在新建的上清液排水井内。底泥泵1 台，1 用，流量130m3/h，扬程12m。

7.2.2 排泥池

排泥池主要用于收集沉淀池排泥水及排水池底泥水，对水质水量起调节作用[5]。池内设有潜水泵，提升排泥水底泥至脱水处理。本工程案列利用现状其中1 座排泥塘（排泥塘B）作为排泥池，其尺寸为34m×10m×4.5（H）m，有效水深3m，有效容积不低于800m3，排泥水在本排泥塘中停留时间不低于1d。池内增设上清液水泵1 台，1 用，泵流量130m3/h，扬程12m。上清液水泵安装在新建的上清液排水井内。底泥泵利用现状潜水泵。

7.2.3 污泥脱水

污泥脱水主要采用离心脱水机，提高污泥含固率，以利储存和外运。本工程案列设计处理干污泥量为1.5t/d，进泥含水率为97%～99%，泥饼含水率≤80%，处理能力为10m3/h，聚合物投加量≤2.5kg/t 干泥。设置1 台离心机，其物料进料额定流量10m3/h，进料污泥浓度1%～3%，固体负荷≥250kg（DS）/h，出泥含水率≤80%，固体回收率≥98%，同时配置配套控制柜、液压泵、液压差速系统以及隔音罩等。污泥进料泵利用现状潜污泵。设置1 套PAM 制备、投加系统，最大固体粉料制备能力2kg/h；投加泵采用1 台螺杆泵，性能参数Q=1.50m3/h，最大出口压力为0.6MPa，电机功率0.75kW。新建污泥脱水机平台1 座，尺寸为4.165m×6.14m×2.8（H）m。

8 结语

排泥水排放是否达标对周边水体水质产生直接影响，甚至事关周边居民饮水安全。保证饮用水安全，确保人民群众身体健康，是“以人为本、建设和谐社会、实现人与自然和谐以及经济社会全面、协调和可持续发展”的头等大事。本工程案例的建设，减少了排入周边水体的污染物，保护了城市水环境。此外，排泥水的安全回用，有效提升了重复用水率，降低运行成本。