水廠排泥水的控制和處理
楊燕華，周夏海，朱先富
(得利滿水處理系統(tǒng)<北京>有限公司，北京100026)
1 排泥水特點(diǎn)
凈水廠的排泥水包括水廠水質(zhì)凈化過程中需要去除的污染物質(zhì)，以無機(jī)成分為主，含有某些微生物和病菌。排泥水排放時具有間歇排放、排放濃度差異大、排泥水瞬時流量大的特點(diǎn)，總的排泥水量占每日水廠產(chǎn)水量的2%~10%左右，具有一定的回用價值。除了將排泥水全部排放之外，還有排泥水部分回用模式，以及排泥水全部回用模式。目前國內(nèi)采用較多的排泥水回用模式為部分回用模式,通常是對反沖洗廢水進(jìn)行回用。水廠排泥水的控制和處理
水廠排泥水的控制和處理
楊燕華，周夏海，朱先富
(得利滿水處理系統(tǒng)<北京>有限公司，北京100026)
1 排泥水特點(diǎn)
凈水廠的排泥水包括水廠水質(zhì)凈化過程中需要去除的污染物質(zhì)，以無機(jī)成分為主，含有某些微生物和病菌。排泥水排放時具有間歇排放、排放濃度差異大、排泥水瞬時流量大的特點(diǎn)，總的排泥水量占每日水廠產(chǎn)水量的2%~10%左右，具有一定的回用價值。除了將排泥水全部排放之外，還有排泥水部分回用模式，以及排泥水全部回用模式。目前國內(nèi)采用較多的排泥水回用模式為部分回用模式,通常是對反沖洗廢水進(jìn)行回用。
2 排泥水水質(zhì)水量控制方式
2.1 不同排泥水減量措施
① 砂濾池反沖洗廢水
砂濾池在經(jīng)過一段時間過濾或過濾達(dá)到規(guī)定的阻塞值后，需要進(jìn)行反沖洗，反沖洗流出濾池的廢水成為砂濾池反沖洗廢水。得利滿最早開發(fā)的V型濾池氣洗、氣水聯(lián)合反沖模式可以大大減少反沖洗廢水的排出量，達(dá)到減少反沖洗水量的目的，在國內(nèi)廣泛使用，也是EPA推薦的濾池反洗方式。得利滿公司設(shè)計的V型濾池（Aquazur V®）的省水模式可以減少約23%的反沖洗水量。例如重慶某水廠在采用省水模式后，單個濾池的反沖洗水量從518 m3/次降低到401 m3/次。在保證出水水質(zhì)的情況下，適當(dāng)延長反沖洗的間隔時間也是減少排泥水量的重要方式。
② 炭濾池排泥水
炭濾池除了產(chǎn)生反沖洗廢水之外，在長時間不工作或者反沖洗之后，會排出一部分初濾水。這部分初濾水帶有細(xì)小的活性炭，最高濁度可以達(dá)到20~30 NTU。為了減少炭濾池的廢水量，得利滿公司設(shè)計的炭濾池（Carbazur GH）采取了以下優(yōu)化措施:
a.炭濾池省水模式。與砂濾池省水模式類似，炭濾池省水模式可以節(jié)約20%左右的反沖洗水。
b.炭濾池反沖洗水量自動調(diào)整模式。反沖洗水將根據(jù)活性炭的膨脹進(jìn)行自行調(diào)整，使活性炭層在反洗膨脹的同時，達(dá)到反沖洗水量最優(yōu)的目的，在保證工藝效果的基礎(chǔ)上，減少排泥水的水量。例如需要保持15%的活性炭反洗膨脹率，最高反洗水量同最低值相差約22%。
c.初濾水啟動控制模式。為了盡可能減少初濾水排放，除了對單個炭濾池進(jìn)行控制之外，還需要利用主PLC對整套炭濾池的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化控制，控制炭濾池的啟動和停止時間，使初濾水盡量少排或不排，節(jié)約水耗。
③ 濃縮池排泥水
普通沉淀池或平流沉淀池的出泥濃度變化范圍大，出泥濃度低，因此在污泥脫水之前，需設(shè)置濃縮池對沉淀池的排泥進(jìn)行濃縮。在污泥濃縮的同時排出上清液。而原水處理工藝中采用了得利滿公司高密度澄清池（Densadeg）的水廠，高密池排泥濃度為30~80 g/L，已經(jīng)滿足污泥脫水設(shè)備的進(jìn)泥濃度要求，因此無需再設(shè)置濃縮池，而是用污泥儲池取代，在正常運(yùn)行過程中，污泥儲池不會排出上清液。
④ 脫水機(jī)上清液
脫水機(jī)的上清液是排泥水的組成部分，其所攜帶的污染物質(zhì)比以上各類排泥水?dāng)y帶的污染物質(zhì)要多(見表1)。目前脫水機(jī)上清液通常采用直接排放的方式。無論是這部分上清液回流再利用或者直接排放，都需要盡可能提高脫水機(jī)上清液的固體回收率，減少上清液攜帶的污染物質(zhì)。通過減少上清液攜帶的SS，可以大幅減少鋁和鐵的含量。
表1 水廠原水和污泥脫水上清液中鋁、鐵、錳的含量
據(jù)調(diào)查，常見脫水機(jī)的固體回收率分別為：板框脫水機(jī)>帶式脫水機(jī)>離心脫水機(jī)。新型的脫水設(shè)備可以在獲得高固體回收率的同時產(chǎn)出高含固率的脫水污泥，例如得利滿公司在中國市場最新推出的新型活塞脫水機(jī)（DehydrisTM Twist）（見圖1）,目前正在上海、福州等地進(jìn)行的設(shè)備中試結(jié)果顯示，在僅添加PAM作為調(diào)理劑時，該脫水機(jī)處理給水污泥時，上清液的SS值僅為20~50 mg/L，脫水污泥的含固率可以達(dá)到45%~55%。
圖1 DehydrisTM Twist產(chǎn)出的濾液和脫水泥餅
2.2 排泥水處理方法
2.2.1 方式一
反沖洗廢水處理單元與污泥排泥單元合建。沉淀池污泥與反沖洗水經(jīng)過混合勻質(zhì)后，進(jìn)入濃縮儲存池，上清液循環(huán)利用或進(jìn)行后期處理，污泥進(jìn)行處理(見圖2)。需要注意的是高濃度的污泥（例如高密池產(chǎn)生的污泥）與反沖洗廢水不能進(jìn)行良好的混合，因此不推薦對濃度相差較大的兩股排泥水使用方式一進(jìn)行處理。
圖2 排泥水處理方式一
優(yōu)點(diǎn):將濃度較低的沉淀污泥與反沖洗廢水進(jìn)行混合，可以采用同一個污泥處理構(gòu)筑物；合理安排反沖洗水排水和澄清池排泥時間間隔，可以減少混合池的容積，節(jié)省初期投資。
缺點(diǎn):排泥濃度低，泥量較大，排泥水處理構(gòu)筑物和設(shè)備投資較大；僅用于污泥濃度較低的澄清池污泥。
2.2.2 方式二
反沖洗水進(jìn)入反沖洗廢水池進(jìn)行沉淀，反沖洗廢水池產(chǎn)生的清液根據(jù)需要進(jìn)行回用或排放。反沖洗廢水池沉淀后的反沖洗污泥同沉淀池污泥混合后進(jìn)入后續(xù)污泥處理單元。
優(yōu)點(diǎn):反沖洗廢水單獨(dú)進(jìn)行沉淀，相對于摻雜其他來水一起進(jìn)行沉淀，單獨(dú)沉淀更容易控制，效率更高；采用普通沉淀池進(jìn)行沉淀，費(fèi)用較低。
缺點(diǎn):反沖洗廢水池的底泥濃度同原水高密池的底泥濃度相差較大，因此原水高密池和排泥水沉淀池需要一起排泥，否則進(jìn)入后續(xù)污泥處理單元的泥質(zhì)將會出現(xiàn)較大波動，影響污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果；原水高密池同排泥水沉淀池排泥過程相互制約，對于水廠的管理和水廠的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響；相對于高密池，普通沉淀池的占地面積大，處理效果稍差。
2.2.3 方式三
反沖洗廢水在混合池進(jìn)行混合后，進(jìn)入反沖洗廢水高密池進(jìn)行泥水分離。分離后的出水根據(jù)需要進(jìn)行回用或排放。排泥水高密池分離出的污泥同原水沉淀池的出泥一同進(jìn)入沉淀池或污泥儲池，然后送入污泥處理設(shè)備。
優(yōu)點(diǎn):反沖洗廢水單獨(dú)進(jìn)行沉淀，相對于摻雜其他來水一起進(jìn)行沉淀，單獨(dú)沉淀更容易控制，效率更高；原水高密池排泥濃度同反沖洗廢水高密池的排泥濃度類似，因此無需攪拌池，也無需兩者同時排泥，水廠的操作和管理容易，對后續(xù)污泥處理部分沖擊小；采用高密池對反沖洗廢水進(jìn)行固液分離，較普通沉淀池效果明顯提高；相對于普通沉淀池，高密池占地大幅減小。
缺點(diǎn):一次性投資大，相對于普通沉淀池需要添加額外的混凝劑，運(yùn)行費(fèi)用稍高。
3 排泥水處理單元實(shí)例
3.1 天津新開河水廠（方式一）
新開河水廠設(shè)計規(guī)模為100萬噸/天，采用平流沉淀池、V型濾池作為主要凈水工藝。該項(xiàng)目設(shè)有排泥水回用系統(tǒng)，由得利滿公司提供工藝設(shè)計、設(shè)備自控集成和系統(tǒng)調(diào)試。
由于原水平流沉淀池的污泥濃度較低，約為2~4 g/L,反沖洗廢水沉淀池的排泥濃度為3~6 g/L。兩股排泥性質(zhì)類似，可以合二為一進(jìn)行處理。在本項(xiàng)目中使用得利滿公司的Densadeg高密池對上述兩股污泥的混合液進(jìn)行處理。
新開河水廠排泥水處理流程
原水平流沉淀池共16座，每日排泥26 300 m3，排泥濃度為2~4 g/L。
48座V型濾池每日排出反沖洗廢水總量為24 192 m3，含固率約為0.2~0.5 g/L。
原水平流沉淀池約26 300 m3/d污泥與17 280 m3/d的廢水沉淀池出泥一同進(jìn)入污泥調(diào)節(jié)池。從調(diào)節(jié)池排出的污泥含固率約為2 g/L,送入高密池濃縮。
2座高密池，斜管面積為54 m2,每座處理量為960 m3/h，水力負(fù)荷約17 m3/(m2·h)。
沉淀池上清液回到原水進(jìn)口端。
高密池濃縮后的污泥濃度為30 g/L,在污泥勻質(zhì)池內(nèi)暫時儲存，然后由6臺污泥脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水上清液排入市政管道，脫水污泥外運(yùn)。
3.2 阜新水廠（方式二）
阜新水廠一期設(shè)計規(guī)模為15萬噸/天，該水廠采用Densadeg®高密池、Aquazur V® V型濾池作為主要凈水工藝。該項(xiàng)目設(shè)有排泥水回用系統(tǒng)，V型濾池反沖洗水進(jìn)入反沖洗廢水沉淀池，進(jìn)行沉淀和調(diào)質(zhì)。沉淀池的上清液回到水廠原水進(jìn)口管道，沉淀池的沉淀污泥同原水高密池的沉淀污泥一同進(jìn)入污泥緩沖池，之后送入污泥脫水機(jī)脫水，脫水上清液排入市政管道，脫水污泥外運(yùn)。
阜新水廠排泥水處理流程
排泥水系統(tǒng)采用反沖洗廢水處理系統(tǒng)和高密池排泥水處理系統(tǒng)分建方式。兩個系統(tǒng)的污泥合二為一，混合后統(tǒng)一處理。水廠沒有濃縮池排泥水，脫水上清液直接排放。濾池反沖洗廢水在經(jīng)過澄清沉淀之后，上清液回到原水進(jìn)口得以回收。
原水高密池共3座，每座最大設(shè)計處理能力為6 563 m3/h。高密池每日排泥242 m3，排泥濃度為30 g/L。
V型濾池8座，單座V型濾池反沖洗清水用量為232 m3，此外需要考慮149 m3V型濾池進(jìn)水作為掃洗水，單池反沖水總計380m3。全廠每日排出反沖洗水約3 000m3，含固率約為0.2~0.3 g/L。
2座廢水收集池，每座容納一次反沖洗水量，并保有一定的富余度，在該項(xiàng)目中廢水收集池的單池容積為490 m3。廢水收集池的沉淀速度設(shè)定為1 m/h，水平流速為0.022 m/s,收集池的表面積為163 m2。沉淀池沿進(jìn)水方向設(shè)計成斜坡，坡度約10%，以便沉淀污泥可以隨水流方向向污泥坑內(nèi)匯集。
廢水收集池的溢流液作為回用水，回到原水進(jìn)水端�；赜盟繛�3 040 m3/d，占總水量的2%。
廢水收集池內(nèi)廢水停留約2~4 h，污泥濃度為2~10 g/L，計算濃度為5 g/L。廢水收集池污泥量為145 m3/d。
污泥緩沖池接納廢水收集池和原水高密池的污泥。來自廢水收集池的泥量相對穩(wěn)定。由于原水水質(zhì)不同，從原水高密池排入的污泥量差異較大。例如原水濁度為5~10 NTU時，原水高密池每日排入233 m3污泥。而原水濁度為300 NTU時，原水高密池每日排泥485 m3。
污泥緩沖池按照正常運(yùn)行最大污泥量進(jìn)行設(shè)計，考慮到離心機(jī)的運(yùn)行工況，污泥在緩沖池內(nèi)的停留時間選擇為24 h，選用2座單池容積為200 m3的緩沖池。按照最大污泥量進(jìn)行復(fù)核，停留時間為15.2 h。
脫水系統(tǒng)配置兩臺脫水機(jī)，一用一備。根據(jù)不同工況，離心機(jī)采取不同運(yùn)行方式。正常運(yùn)行狀態(tài)下，離心機(jī)每日工作8~12 h，在水廠極限負(fù)荷下，兩臺脫水機(jī)24 h連續(xù)運(yùn)行。
3.3 楊樹浦水廠（方式三）
上海楊樹浦水廠距今已經(jīng)有125年歷史，近期擴(kuò)建了36萬噸/天的產(chǎn)水能力。得利滿公司為其提供了工藝設(shè)計、設(shè)備自控集成和系統(tǒng)調(diào)試。為了符合上海市供水專業(yè)規(guī)劃“要求結(jié)合供水水廠的工程建設(shè)，以及現(xiàn)有各供水水廠實(shí)際情況和可能性，加快實(shí)施上海市供水水廠排泥水處理工程的進(jìn)程”，該新建項(xiàng)目設(shè)有排泥水處理工程。
楊樹浦水廠的排泥水系統(tǒng)的反沖洗廢水處理系統(tǒng)和高密池排泥水處理系統(tǒng)分別建設(shè)。兩個系統(tǒng)排出的污泥合二為一，混合后統(tǒng)一處理。系統(tǒng)中沒有濃縮池排泥水，脫水機(jī)上清液排泥水直接排放，作為濾池反沖洗水的排泥水在經(jīng)過處理之后，送入原水進(jìn)口進(jìn)行回用�；赜盟糠�(wěn)定，為7 300 m3/d，占總水量的2%。
原水經(jīng)過Densadeg®高密池和Aquazur V®V型濾池去除水中的SS和其他污染物質(zhì)，V型濾池出水經(jīng)過臭氧-活性炭處理系統(tǒng)流入清水池。
原水高密池4座，進(jìn)水SS濃度最高達(dá)到300 mg/L，平均為80 mg/L。每天產(chǎn)生污泥約33.7 tDS，560 m3濃縮污泥。在進(jìn)水含固率達(dá)到最高值時，將產(chǎn)生850 m3/d濃縮污泥。
V型濾池10座，反沖洗周期為24 h。每次反沖洗排放廢水約685~730 m3，排放濃度為0.4 g/L。
廢水緩沖池2座，每座730 m3，用于容納2次反沖洗廢水。緩沖水池僅作為暫存和混合用，不起沉淀作用。
使用排泥水高密池對反沖洗廢水進(jìn)行固液分離。排泥水高密池進(jìn)水SS濃度約200~400 mg/L，適用于高密池進(jìn)行處理。全廠設(shè)置一座排泥水高密池，處理能力為 480 m3/h，水力負(fù)荷為19.2 m3/(m2·h)，固體負(fù)荷為7.68 kg/(m2·h)，高密池占地約70 m2。通過濃縮，排泥水高密池底部污泥濃度為30 g/L，每天排泥約為97 m3（最大量）。
排泥水高密池污泥同原水高密池污泥一起進(jìn)入污泥勻質(zhì)池。污泥勻質(zhì)池按照最大進(jìn)泥量條件下，38 h停留時間設(shè)計。選用2座單池容積為680 m3的圓柱形池體。
脫水機(jī)采用3用1備的設(shè)計，處理能力為1.1~1.4 tDS/h。原水進(jìn)水SS濃度<150 mg/L時，運(yùn)行兩臺離心機(jī)。進(jìn)水SS濃度超過150 mg/L時，運(yùn)行三臺離心機(jī)。離心機(jī)脫水污泥含固率為20%~25%，上清液排入下水管道。
（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2014年第18期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會專題”欄目）
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