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
凈水廠的排泥水包括水廠水質凈化過程中需要去除的污染物質，以無機成分為主，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，總的排泥水量占每日水廠產水量的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
凈水廠的排泥水包括水廠水質凈化過程中需要去除的污染物質，以無機成分為主，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，總的排泥水量占每日水廠產水量的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行回用。
2 排泥水水質水量控制方式
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到規(guī)定的阻塞值后，需要進行反沖洗，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，達到減少反沖洗水量的目的，在國內廣泛使用，也是EPA推薦的濾池反洗方式。得利滿公司設計的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。在保證出水水質的情況下，適當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小的活性炭，最高濁度可以達到20~30 NTU。為了減少炭濾池的廢水量，得利滿公司設計的炭濾池（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整模式。反沖洗水將根據(jù)活性炭的膨脹進行自行調整，使活性炭層在反洗膨脹的同時，達到反沖洗水量最優(yōu)的目的，在保證工藝效果的基礎上，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行控制之外，還需要利用主PLC對整套炭濾池的運行進行優(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，需設置濃縮池對沉淀池的排泥進行濃縮。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)滿足污泥脫水設備的進泥濃度要求，因此無需再設置濃縮池，而是用污泥儲池取代，在正常運行過程中，污泥儲池不會排出上清液。
④ 脫水機上清液
脫水機的上清液是排泥水的組成部分，其所攜帶的污染物質比以上各類排泥水攜帶的污染物質要多(見表1)。目前脫水機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上清液的固體回收率，減少上清液攜帶的污染物質。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)調查，常見脫水機的固體回收率分別為：板框脫水機>帶式脫水機>離心脫水機。新型的脫水設備可以在獲得高固體回收率的同時產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（DehydrisTM Twist）（見圖1）,目前正在上海、福州等地進行的設備中試結果顯示，在僅添加PAM作為調理劑時，該脫水機處理給水污泥時，上清液的SS值僅為20~50 mg/L，脫水污泥的含固率可以達到45%~55%。
圖1 DehydrisTM Twist產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)過混合勻質后，進入濃縮儲存池，上清液循環(huán)利用或進行后期處理，污泥進行處理(見圖2)。需要注意的是高濃度的污泥（例如高密池產生的污泥）與反沖洗廢水不能進行良好的混合，因此不推薦對濃度相差較大的兩股排泥水使用方式一進行處理。
圖2 排泥水處理方式一
優(yōu)點:將濃度較低的沉淀污泥與反沖洗廢水進行混合，可以采用同一個污泥處理構筑物；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:排泥濃度低，泥量較大，排泥水處理構筑物和設備投資較大；僅用于污泥濃度較低的澄清池污泥。
2.2.2 方式二
反沖洗水進入反沖洗廢水池進行沉淀，反沖洗廢水池產生的清液根據(jù)需要進行回用或排放。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入后續(xù)污泥處理單元。
優(yōu)點:反沖洗廢水單獨進行沉淀，相對于摻雜其他來水一起進行沉淀，單獨沉淀更容易控制，效率更高；采用普通沉淀池進行沉淀，費用較低。
缺點: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，否則進入后續(xù)污泥處理單元的泥質將會出現(xiàn)較大波動，影響污泥處理系統(tǒng)的運行效果；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行混合后，進入反沖洗廢水高密池進行泥水分離。分離后的出水根據(jù)需要進行回用或排放。排泥水高密池分離出的污泥同原水沉淀池的出泥一同進入沉淀池或污泥儲池，然后送入污泥處理設備。
優(yōu)點:反沖洗廢水單獨進行沉淀，相對于摻雜其他來水一起進行沉淀，單獨沉淀更容易控制，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��；采用高密池對反沖洗廢水進行固液分離，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:一次性投資大，相對于普通沉淀池需要添加額外的混凝劑，運行費用稍高。
3 排泥水處理單元實例
3.1 天津新開河水廠（方式一）
新開河水廠設計規(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。該項目設有排泥水回用系統(tǒng)，由得利滿公司提供工藝設計、設備自控集成和系統(tǒng)調試。
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。兩股排泥性質類似，可以合二為一進行處理。在本項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入污泥調節(jié)池。從調節(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，水力負荷約17 m3/(m2·h)。
沉淀池上清液回到原水進口端。
高密池濃縮后的污泥濃度為30 g/L,在污泥勻質池內暫時儲存，然后由6臺污泥脫水機進行脫水處理，脫水上清液排入市政管道，脫水污泥外運。
3.2 阜新水廠（方式二）
阜新水廠一期設計規(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。該項目設有排泥水回用系統(tǒng)，V型濾池反沖洗水進入反沖洗廢水沉淀池，進行沉淀和調質。沉淀池的上清液回到水廠原水進口管道，沉淀池的沉淀污泥同原水高密池的沉淀污泥一同進入污泥緩沖池，之后送入污泥脫水機脫水，脫水上清液排入市政管道，脫水污泥外運。
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，上清液回到原水進口得以回收。
原水高密池共3座，每座最大設計處理能力為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。沉淀池沿進水方向設計成斜坡，坡度約10%，以便沉淀污泥可以隨水流方向向污泥坑內匯集。
廢水收集池的溢流液作為回用水，回到原水進水端�；赜盟繛�3 040 m3/d，占總水量的2%。
廢水收集池內廢水停留約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行最大污泥量進行設計，考慮到離心機的運行工況，污泥在緩沖池內的停留時間選擇為24 h，選用2座單池容積為200 m3的緩沖池。按照最大污泥量進行復核，停留時間為15.2 h。
脫水系統(tǒng)配置兩臺脫水機，一用一備。根據(jù)不同工況，離心機采取不同運行方式。正常運行狀態(tài)下，離心機每日工作8~12 h，在水廠極限負荷下，兩臺脫水機24 h連續(xù)運行。
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，近期擴建了36萬噸/天的產水能力。得利滿公司為其提供了工藝設計、設備自控集成和系統(tǒng)調試。為了符合上海市供水專業(yè)規(guī)劃“要求結合供水水廠的工程建設，以及現(xiàn)有各供水水廠實際情況和可能性，加快實施上海市供水水廠排泥水處理工程的進程”，該新建項目設有排泥水處理工程。
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。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，送入原水進口進行回用�；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，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，進水SS濃度最高達到300 mg/L，平均為80 mg/L。每天產生污泥約33.7 tDS，560 m3濃縮污泥。在進水含固率達到最高值時，將產生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行固液分離。排泥水高密池進水SS濃度約200~400 mg/L，適用于高密池進行處理。全廠設置一座排泥水高密池，處理能力為 480 m3/h，水力負荷為19.2 m3/(m2·h)，固體負荷為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入污泥勻質池。污泥勻質池按照最大進泥量條件下，38 h停留時間設計。選用2座單池容積為680 m3的圓柱形池體。
脫水機采用3用1備的設計，處理能力為1.1~1.4 tDS/h。原水進水SS濃度<150 mg/L時，運行兩臺離心機。進水SS濃度超過150 mg/L時，運行三臺離心機。離心機脫水污泥含固率為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交流會專題”欄目）
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