紅角洲水廠排泥水處理工程設(shè)計

陳心鳳，張 恒

(中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

城市建設(shè)和環(huán)境保護事業(yè)的不斷發(fā)展，給城市給水廠的相關(guān)工作帶來了一定的挑戰(zhàn)，尤其是對排泥水的處理工藝要求更為嚴格。國內(nèi)給水廠“重水輕泥”現(xiàn)象普遍，排泥水處理還存在很多不足。給水廠的排泥水主要來自反應(yīng)沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗廢水，這些排泥水如果處理不善，會引起二次污染，嚴重污染水體，威脅供水安全，浪費大量水資源[1]。鑒于此，以南昌市紅角洲水廠為例，介紹其排泥水處理工藝流程。

1 水廠概況

紅角洲水廠位于南昌市紅谷灘新區(qū)九龍湖片區(qū)，供水水源為贛江，設(shè)計總規(guī)模為20×104m3/d，分兩期建設(shè)：一期規(guī)模為10×104m3/d，已運行；二期規(guī)模為10×104m3/d，正在建設(shè)中。紅角洲水廠凈水工藝流程如圖1所示。

圖1 紅角洲水廠凈水工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram of Hongjiaozhou WTP

紅角洲水廠的生產(chǎn)廢水由兩部分組成：一是來自折板反應(yīng)池和平流沉淀池的排泥水；二是濾池反沖洗水及初濾水。根據(jù)紅角洲水廠一期工程2018年—2019年的運行實測結(jié)果，排泥水量約為1 000 m3/d，濾池按24 h周期進行氣水反沖洗，反沖洗和初濾水量約為3 500 m3/d。紅角洲水廠排水總量約占制水規(guī)模的4.5%。

2 污泥處理系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模

2.1 原水渾濁度

根據(jù)紅角洲水廠2018年9月—2019年9月的原水渾濁度測定結(jié)果可知：渾濁度最高為84.5 NTU，出現(xiàn)在2019年6月；最低為8.6 NTU，出現(xiàn)在2019年1月；平均為25.1 NTU。

根據(jù)《室外給水設(shè)計標準》(GB 50013—2018)，設(shè)計采用的原水渾濁度按能完全處理全年75%～95%(一般取90%～95%)日數(shù)所對應(yīng)的原水渾濁度確定，紅角洲水廠90%保證率的原水渾濁度是36.4 NTU。濁度與SS的換算系數(shù)，應(yīng)經(jīng)過實測確定，一般在0.7～2.2。紅角洲水廠由于缺少原水SS的實測數(shù)據(jù)，參考南昌市其他以贛江為水源的水廠經(jīng)驗，設(shè)計中SS與NTU的比值取1.4∶1。

2.2 投藥量

紅角洲水廠采用的混凝劑為液體聚合氯化鋁PAC，Al2O3含量約10%，其投加量為20～60 mg/L，投藥量隨原水濁度的升高而增加。設(shè)計中按平均投藥量40 mg/L計。

2.3 排泥水污泥總量的確定

干泥量是決定給水廠排泥水處理工程規(guī)模的重要依據(jù)。根據(jù)《室外給水設(shè)計標準》(GB 50013—2018)中推薦的設(shè)計處理干泥量計算公式，算得紅角洲水廠二期工程建成后設(shè)計干泥量為12 t/d。按照最高濁度84.5 NTU和最大加藥量60 mg/L，得最大干泥量為26.8 t/d。設(shè)計時采用12 t/d干泥量作為各構(gòu)筑物設(shè)計處理量，以26.8 t/d干泥量校核排泥水處理系統(tǒng)。

3 工藝流程

給水廠污泥處理處置主要包括給水污泥單獨處理、給水污泥與污水廠的污水共同處理和給水污泥綜合處置利用3種技術(shù)路線[2]。

紅角洲水廠的排泥不同于污水廠污泥，其無機質(zhì)含量較高，易于脫水?？紤]到紅角洲水廠二期工程建成后，規(guī)模較大，宜設(shè)置獨立的污泥處理系統(tǒng)。

紅角洲水廠的生產(chǎn)廢水排放都是間歇性的，且排放的水量和水質(zhì)均在變化。因此，設(shè)置調(diào)節(jié)設(shè)施能使水量和水質(zhì)均化，便于排泥水的后續(xù)工藝處理。紅角洲水廠采用分別截留的方式處理生產(chǎn)廢水。設(shè)置排泥池收集折板反應(yīng)池和平流沉淀池的排泥水，排泥水經(jīng)水泵提升后進入后續(xù)處理工藝流程。設(shè)置排水池收集濾池反沖洗水及初濾水，廢水經(jīng)水泵提升后回流到凈水處理工藝前端再利用。

紅角洲水廠排泥水處理工藝采用調(diào)節(jié)、濃縮、預(yù)處理(平衡)、脫水處理，以及回用水系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 紅角洲水廠排泥水處理工藝流程圖Fig.2 Sludge Wastewater Treatment Process Flow Diagram of Hongjiaozhou WTP

4 工程設(shè)計

4.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池共設(shè)2座，1座為排水池，1座為排泥池。兩池均采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)池的作用主要是將水廠排放的生產(chǎn)廢水均值均量。因此，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C以使池內(nèi)污泥處于懸浮狀態(tài)，并保持濃度均勻。同時，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)潛水泵，以恒定流量將排水池和排泥池內(nèi)的排泥水分別提升回流至凈水處理工藝前端和濃縮池。

排水池平面尺寸為26.50 m×20.90 m，分為2格，有效水深為2.4 m，總深為4.6 m。排水池總?cè)莘e為1 204 m3，大于2格氣水反沖洗濾池沖洗的排水量。配置潛水泵4臺(2用2備)，水泵規(guī)格：流量Q=630 m3/h，揚程H=11 m，功率N=29.3 kW。池內(nèi)設(shè)4臺立式攪拌器，單臺功率N=2.2 kW。

排泥池平面尺寸為26.50 m×20.90 m，分2格，有效水深為3.0 m，總深為5.3 m。排泥池的有效容積為1 505 m3，大于水廠沉淀池最大一次排泥量(1 000 m3)，且能儲存回流的脫水后分離液約48 m3/d。內(nèi)設(shè)4臺潛水泵，2用2備，水泵規(guī)格：流量Q=130 m3/h，揚程H=13 m，功率N=7.5 kW。池內(nèi)設(shè)4臺立式攪拌器，單臺N=2.2 kW。排泥池中的排泥水經(jīng)水泵提升后進入濃縮池，在水泵到濃縮池之間的壓力管上接出三通支管至平衡池，供平衡池稀釋用水，管道上安裝閥門控制。

4.2 濃縮池

濃縮池是整個排泥水處理過程的核心部分，能降低污泥含水率、減少污泥體積，從而滿足后續(xù)污泥脫水機對進泥含水率的要求。濃縮池共設(shè)2座，均為半地下式鋼筋混凝土圓形水池，直徑為18 m。濃縮池采用輻流式重力濃縮，24 h連續(xù)運行。紅角洲水廠二期工程建成后，濃縮池進泥量為2 000 m3/d，進泥含固率按0.6%計，水力負荷為0.16 m3/(m2·h)，污泥固體通量為0.98 kg干固體/(m2·h)。濃縮池有效水深為5 m，濃縮區(qū)體積約為1 200 m3。濃縮池底部設(shè)泥斗，配置中心傳動懸掛式刮泥機。濃縮池的排泥管上設(shè)置電動閥門，底部濃縮污泥定期排至平衡池，上清液通過周邊集水槽匯集后達標排入廠區(qū)雨水系統(tǒng)。濃縮后污泥含固率為2.5%～4.5%。

4.3 平衡池

平衡池用于接納濃縮污泥，使?jié)饪s污泥含固率保持相對穩(wěn)定，從而提高后續(xù)污泥機械脫水效率。此外，平衡池兼作污泥調(diào)質(zhì)池，在此投加調(diào)質(zhì)藥劑PAM，改善污泥的脫水性能[3]。紅角洲水廠一期工程的排泥水處理系統(tǒng)不含平衡池，排泥水經(jīng)濃縮池后直接進入污泥脫水系統(tǒng)。運行期間發(fā)現(xiàn)：在夏季原水濁度高時，濃縮池的出泥含固率高，污泥機械脫水系統(tǒng)容易堵塞，脫水效率低；在冬季原水渾濁度低時，濃縮池的出泥含固率低，污泥機械脫水藥耗增大，且脫水機運行時間延長。因此，紅角洲二期工程在排泥水處理系統(tǒng)中增加了1座平衡池，在濃縮池和脫水機械之間起平衡緩沖作用。平衡池平面尺寸為12.0 m×12.0 m，分2格，有效水深為2.50 m，有效調(diào)節(jié)容積為360 m3。每格配潛水?dāng)嚢杵?臺，以防污泥沉積。平衡池可儲存約1 d的污泥量。平衡池上設(shè)計了稀釋系統(tǒng)，當(dāng)原水濁度高時，需要對濃縮池的出泥進行稀釋，以滿足污泥機械脫水系統(tǒng)的進泥要求。稀釋水可選用廠區(qū)自來水或排泥池中的排泥水。排泥池中提升泵運行時，開啟排泥池到平衡池之間管道上的閥門，用排泥水稀釋。排泥池中提升泵停運時，則用廠區(qū)自來水稀釋。稀釋系統(tǒng)采用PLC自動控制。

4.4 污泥脫水車間

污泥脫水車間1座，框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為12.4 m×35.4 m。脫水車間內(nèi)的污泥脫水系統(tǒng)包括進料裝置、加藥裝置、離心脫水機、沖洗裝置、螺旋輸送機裝置等。進料裝置包括3臺污泥進料泵(2用1備)和3臺污泥切割機(2用1備)。加藥裝置包括1套PAM制備系統(tǒng)和3臺投加計量泵(2用1備)。紅角洲水廠一期有2臺規(guī)格為20 m3/h的離心脫水機，1用1備。水廠運行過程中發(fā)現(xiàn)離心脫水機容量偏小，每天工作時間較長。因此，二期工程新增了1臺規(guī)格為40 m3/h的離心脫水機，對進泥含固率要求在2%～3%[4]，每天運行時間約為13 h，脫水后泥餅含水率≤80%。污泥轉(zhuǎn)運間緊鄰脫水車間，脫水后的泥餅經(jīng)螺旋輸送機送至運泥車，再由運泥車定期外運。脫水車間有PLC柜，水廠控制室內(nèi)有主控計算機1臺，在控制室內(nèi)可自動遠程控制整個排泥水處理系統(tǒng)。

5 運行效果

紅角洲水廠一期工程已運行，排泥水處理效果穩(wěn)定，污泥處理量為3.5～4 t干固體/d，處理后的泥餅含水率為75%～80%。PAM投加量為2～2.5 kg/(t干固體)。泥餅外運到距離水廠約15 km的麥園垃圾填埋場進行填埋或作為覆蓋土土源。排水池的水回用到凈水處理工藝前端，回用水量占水廠處理水量的3%～4%，對水廠出水水質(zhì)未產(chǎn)生影響。

紅角洲水廠2018年—2019年濃縮池上清液和脫水后分離液的水質(zhì)檢測結(jié)果如表1所示。

由表1可知，排泥水經(jīng)處理后的排放水均能達到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(GB/T 31962—2015)。

紅角洲水廠二期工程對一期工程的排泥水處理

表1 紅角洲水廠濃縮池上清液和脫水后分離液水質(zhì)Tab.1 Wastewater Quality of Sludge Thickening Supernatant and Centrifugal Leachate after Dewatering in Hongjiaozhou WTP

系統(tǒng)進行了優(yōu)化，增加了平衡池，并更新了設(shè)備。因此，紅角洲二期工程建成后，排泥水處理系統(tǒng)定會達到預(yù)期目標。

6 結(jié)論

(1)排泥水處理工藝采用調(diào)節(jié)、濃縮、平衡和脫水，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化，工藝成熟、運行穩(wěn)定。濃縮采用輻流式重力濃縮池，能耗低，運行維護方便，處理效果穩(wěn)定，且較大的容積能在原水渾濁度較高時，儲存較多的污泥，起到緩沖調(diào)節(jié)作用。脫水采用離心脫水機，投資較低，占地面積小，運行管理簡單。

(2)水廠將生產(chǎn)過程中的排水進行回收利用，有效地降低了廠區(qū)自用水量，節(jié)約用水，且水廠外排水減少，符合給水廠“零排放”設(shè)計發(fā)展趨勢。在原水渾濁度高時，平衡池采用排泥池中的水對濃縮池的排泥進行稀釋，以達到后續(xù)離心脫水機對進泥含固率的要求，進而提高脫水效率。將排水池中收集的濾池反沖洗水和初濾水回用到凈水處理工藝前端。離心脫水機的分離液回流至排泥池。

(3)設(shè)置平衡池調(diào)節(jié)濃縮池的出泥濃度，以滿足離心脫水機高效運行所需的進泥濃度，提高脫水效率，降低藥耗，使污泥脫水后的泥餅含水率穩(wěn)定，便于后續(xù)的污泥處置。同時，平衡池兼做調(diào)質(zhì)池，減少占地及工程投資，運行管理方便。