梁子豪 林舒康
（中山公用水务有限公司，中山 528400）
摘 要：分析自来水厂排泥水规模确定及常用工艺流程，以中山市某水厂排泥水处理系统为例，介绍各构筑物主要功能、设计参数和配套设备选型，为排泥水处理系统设计提供参考。
关键词：自来水厂；排泥水；干泥量；重力浓缩；脱水
Design of Sludge Wastewater Treatment for Waterworks
LIANG Zihao
（Zhongshan Public Water co. , Ltd. , zhongshan 528400,China）
Abstract: This paper summarized the scale and technological process of sludge wastewater treatment. Taking sludge wastewater treatment in zhongshan as an example, the main characteristics, design parameter and equipment selection were introduced in order to provide reference for design of sludge wastewater treatment system.
Keywords: Waterworks Sludge wastewater Dried mud quantity Gravity thickening Dehydration
自来水厂排泥水处理对象主要为沉淀池排泥水和滤池反冲洗水，约占水厂总产水量2%~5%。若不经处理直接排入天然水体，其固体悬浮物浓度极易超出《水污染物排放限值》（DB44/26-2001），成为水体的重要污染源，容易对受纳水体造成污染。[1]同时排泥水颜色呈黄色，直接影响到水体的色度，破坏河流环境的美观。
排泥水持续外排到天然水体，日积月累将会淤积在泥水排放口，从而抬高周边的河床，影响江河的航运和行洪排涝能力。此外，如果受纳水体的流速较慢，形成一层污泥层，可导致水体底部产生厌氧环境，使污泥中的金属离子释放出来，造成污泥层的pH值降低，甚至释放出臭味，破坏水体的生态平衡。
若排泥水得到有效处理并达标排放，将对水体的生态环境、河道的通航及行洪排涝能力等方面起到积极的作用。
1.干泥量的确定
干污泥量是确定污泥处理规模和投资的重要依据，根据《室外给水设计标准》（GB50013-2018）的规定[2]，设计处理干泥量可按下式1计算：
式中：S0—设计处理干泥量（t/d）；
C0—原水设计浊度取值（NTU）；
k1—原水浊度单位NTU与悬浮物固体单位mg/L的换算系数；
D—药剂投加量（mg/L），当投加几种药剂式，应分别计算后叠加；
k2—药剂转化成干泥量的系数，当投加几种药剂时，应分别取不同的转化系数计算后叠加；
Q0—水厂设计规模（m3/d）；
K0—水厂自用水量系数。
根据设计相关标准，原水浊度设计取值应按全量完全处理保证率达到75%~95%，当原水浊度系列资料不足时，可按下式2计算：
式中：C0—原水多年平均浊度（NTU）；
KP—取值倍数，可按表执行。
表1 不同保证率的取值倍数
式1中涉及原水浊度单位NTU与悬浮物固体单位mg/L的换算关系，换算系数宜通过实验室检测浊度和SS的数值并进行相关性分析，确定转换系数。
此外，英国水处理研究中心在《污泥处理指南》一书中提供了另一种干泥量的计算方式[3]，公式如下：
式中：S—设计处理干泥量（t/d）；
T—原水浊度（NTU）；
E—原水色度（度）；
D—铝盐投加量（以Al2O3计），mg/L；
Q—水厂设计规模（m3/d）。
2.排泥水处理工艺流程
排泥水处理系统通常包括调节、浓缩、平衡、脱水及泥饼处置等工序。其处理流程为沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经集泥池收集后进行水质和水量调节，经调节的排泥水进入浓缩池进行污泥浓缩，浓缩后的污泥进入污泥储泥池等待脱水处理，分离出来的上清液若达到回用标准可回流至混合槽，若不能达到回用标准应排入市政管道进入污水厂进行处理。浓缩后的污泥根据不同处理处置技术所需含水率的要求进行脱水处理，脱水处理后的污泥进入处理处置工序。工艺流程如图：
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图1 排泥水处理工艺流程
3.某水厂排泥水系统设计
3.1处理规模
3.1.1排泥水量
中山某水厂现状设计规模10万m3/d，远期规模20万m3/d，生产工艺采用折板絮凝、平流沉淀和翻板滤池。自用水系数约0.03，现状排泥水量3000m3/d。
3.1.2干泥量
不同保证率对应的原水浊度、色度取值，详见下表：
表2 不同保证率下浊度和色度值
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根据《室外给水设计规范》要求，排泥水处理率需达到75%~95%日数的完全处理要求确定确定。原水浊度按80%保证率浊度48.71NTU计算，则设计干泥量首期约5.92t/d；而按95%保证率浊度135.19计算，最大干泥量约44.27t/d。排泥水量主要由原水的悬浮固体含量、色度和 自来水生产工艺过程中投加混凝剂所产生。原水浊度一年中变化较大，软最大浊度确定规模，则设备闲置率高，投资大。如选择浊度低，则保证率也较低，且处理达不到效果。
为了使污泥处理系统日常处于经济运行范围，且能应对较高的处理负荷，设计负荷按照80%的保证率设计干泥量，当短期内原水浊度较高时，工艺可以通过运行时间的调节来适应原水浊度变化带来泥量增多的现象或采取临时排泥措施。
因此，按照80%保证率计算干泥量为5.92t/d。
3.1.3规模确定
根据远期20万m3/d的生产规模，水厂排泥水处理系统处理规模土建按生产规模20万m3/d建设，设备按生产规模10m3/d安装。
3.2泥水调节池
为了使排泥水处理构筑物均衡运行及水质的相对稳定，一般在浓缩前需设置调节池。自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗水都是间歇排放，其质和量都不稳定，设置调节池可使后续设施负荷均匀，有利于浓缩池的正常运行。
调节池总容量约为2240m3，考虑日常的清洗和维护，将调节池设置为两格，单格池尺寸为8.0m×35.0m×4m。经调节池沉淀作用产生的上清液通过穿孔花墙收集，并设置2台（1用1备）排水潜污泵将上清液提升至絮凝沉淀池或外排。另设置2台（1用1备）变频干式排泥泵将调节池中的污泥提升至浓缩池，并在每个调节池内设1台往复式刮泥机。
3.3改良重力浓缩池
自来水厂排泥水的含固率一般很低，仅在0.05%~0.5%左右，因此需进行浓缩处理。浓缩的目的是提高污泥浓度，缩小污泥体积，以减少后续处理设备的能力，如缩小脱水设备的处理规模等。当采用自然干化时也可缩短污泥干化时间，节约用地面积等。当采用机械脱水时，对污泥浓度有一定的要求，需要先对排泥水进行浓缩处理。
设两组浓缩池，单池设计流量104m3/d。泥水从池底进入，先经喷嘴喷入喉管，在喉管下部喇叭口附近形成真空吸入悬浮泥渣，泥水与回流泥渣在喉管中央快速混合，进入第一絮凝室和第二絮凝室。在第一、第二絮凝室中完成絮凝过程。一方面，通过接触絮凝，脱稳杂质被污泥阻留下来；另一方面，通过小旋涡加速颗粒碰撞，形成絮凝体。泥水分离后，上清液经集水槽收集后经水泵提升至原水管重新絮凝沉淀；而分离后的污泥，通过浓缩池底部液压往复式刮泥机刮至集泥井，经排泥斗排放。
浓缩池内最高泥位与最低泥位间单池调节容积为379m3，可储存8小时的污泥量。为保证脱水机浓度的均匀性，在改良重力浓缩池内设置了浓缩池集泥井，即保证了脱水机械的连续运行，又节省占地。境内设置2台干式排泥泵（1用1备），将泥水用泵均匀提升至脱水机房。
3.4脱水机房
污泥脱水是污泥处理的关键环节。自来水厂污泥脱水方式多采用不受自然条件影响、脱水效率高、占地少、运行管理方便、自动化程度高的机械脱水方法，通常为了便于运输及泥饼的最终处置，脱水后的污泥含固率宜在20%~40%。
目前国内自来水厂排泥水处理，用于污泥脱水的机械设备采用较多的有带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机。下表对常用污泥脱水机相关性能进行了比较：
表3 污泥脱水机性能比较表
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带式压滤机是通过滤布间的挤压达到泥水分离，可连续运行，管理较为方便。但其对进泥含固率要求较高，在4%~5%左右，且出泥含固率一般只能达到20%~30%，滤液较混浊，冲洗滤带需耗用大量清水。同时，带式压滤机操作环境处于敞开状态，密闭性较差，导致工作环境卫生差，因此不宜在城市自来水厂使用。
板框式压滤机是通过向封闭滤板间压入污泥达到固液分离，进泥含固率在2%~8%之间，污泥回收率高，滤液清澈，出泥含固率可达40%~50%。但由于板框式压滤机是续批式脱水，运行连续性较差，且需要人工进行滤布的更换，难以满足自来水厂自动化运行要求。
离心脱水机是通过强大的离心力作用达到固液分离，主要特点是自动化程度高、运行控制灵活，可根据污泥性质、进泥流量、含固率的变化以及调制药剂投加量来调节离心机参数，以满足不同条件下对出泥含固率与污泥回收率的要求，出泥含固率可达20%~35%。离心机还具有占地面积小、系统组成相对简单、可连续运行、现场工作环境好等特点。
因此，此次设计采用离心机作为脱水设备，处理能力在10~30m3/h。
3.5脱水污泥处置
目前，脱水污泥的处置方式主要分为填埋和有效利用两种。但由于我国大力推进污泥资源化和减量化，因此填埋方式不适合污泥的处置方式。而污泥有效利用以制砖、水泥原料和道路回填等方式为主。现水厂运行中，脱水后的污泥运至制砖厂进行处置。
4.结语
（1）自来水厂排泥水处理规模主要受原水浊度和絮凝效果影响，处理规模的确定一方面需从保证率出发，使工程投资和日常运行成本维持在合理的范围内；另一方面需考虑汛期高浊度原水对处理系统的冲击，落实有效的应对措施。
（2）排泥水系统一般包括调节、浓缩、脱水和污泥处理处置等工序构成，工艺流程的选择及设备选型应结合水厂的用地、污泥最终处置方式对含水率的要求等因素进行分析。
参考文献：
[1]何纯提.净水厂排泥水处理[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2]GB50013—2018，室外给水设计标准[S].
[3]冯丽梅.净水厂排泥水处理工艺设计[J].水科学与工程技术，2020,3,86-87.