葛麗霞,宿王斌

(1.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710127;2.青建集團(tuán)股份公司房建五分公司,山東青島 266000)

0 引言

城市給水廠是滿足人們生活、生產(chǎn)和市政澆灑等用戶水量、水質(zhì)、水壓需求的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著城市化水平的提高,人口和工業(yè)的集中,需水量不斷增加,國(guó)內(nèi)水廠的數(shù)目不斷增多,而且新建水廠規(guī)模都較大。與此同時(shí),水廠飲用水生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的排泥水也猛然增加。這部分排泥水主要包括反應(yīng)沉淀池(或澄清池)排泥水和濾池反沖洗水,在此統(tǒng)稱為排泥水,其水量約占自來水廠總凈水量的4%～7%[1]。

排泥水的主要固體組成包括原水中的膠體顆粒、泥沙、藻類、細(xì)菌,給水處理中加入的混凝劑(如硫酸鋁、氯化鐵、聚合氯化鋁等)形成的氫氧化物沉淀,以及水處理中的其它添加物(如助凝劑、粉末活性炭、硅藻土等),另外還含有 COD、重金屬元素等。目前,我國(guó)大部分水廠的排泥水基本是不經(jīng)處理,直接排入水體或市政排水管網(wǎng)。直接排入水體,將導(dǎo)致河道、湖泊淤積,可能使河床或湖底抬高,影響防洪和航運(yùn),并對(duì)水體造成污染[2];直接排入市政排水管網(wǎng),則會(huì)增大污水處理廠的負(fù)荷,也可能堵塞下水道。同時(shí),直接排放也造成了水資源的極大浪費(fèi),環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都很差。實(shí)施水廠排泥水處理,回收利用這部分水資源,不但有助于減少水體污染,而且可在一定程度上緩解城市缺水問題。因此,對(duì)水廠排泥水處理的研究具有重大意義。

1 水廠概況與設(shè)計(jì)原始資料

A水廠為北方某城市某一片區(qū)的大型水廠。它以河流水為供水水源,該水源含沙量較大,濁度較高,水體輕微污染,具有少許異臭味,所以采用凈水工藝流程：原水→混凝劑投入混合→機(jī)械攪拌澄清池→V型濾池→臭氧接觸池→顆粒活性炭濾池(普通快濾池型)→清水池→二泵站→用戶。該水廠制水規(guī)模為 78 225m3/d,除了為片區(qū)內(nèi)的 4家工業(yè)企業(yè)提供生產(chǎn)用水,用水量分別為：熱電廠,生產(chǎn)用水量 15 000 m3/d;煉油廠,生產(chǎn)用水量 6 000 m3/d;紡織廠,生產(chǎn)用水量10 000 m3/d;飲料廠,生產(chǎn)用水量 12 000m3/d。還要為片區(qū)內(nèi)的給水普及率按 96%考慮的 15萬人提供生活用水。該水廠排泥水由沉淀池排泥水和濾池反沖洗水組成。

2 排泥水處理工藝

2.1 工藝流程

該水廠排泥水處理主要采用的是傳統(tǒng)的“水量調(diào)節(jié) -污泥濃縮 -污泥調(diào)質(zhì) -污泥脫水 -泥餅處置”工藝。首先使沉淀池排泥水和濾池反沖水在調(diào)節(jié)池內(nèi)混合,混合后 ss約 500 mg/L～3 000mg/L。排泥水經(jīng)混合后進(jìn)入濃縮池,經(jīng)沉淀后上清液排入市政排水管網(wǎng)或進(jìn)入原水配水井,濃縮池污泥進(jìn)入污泥脫水車間進(jìn)行污泥脫水,其 ss(懸浮固體)約 15 000 mg/L～35 000mg/L(微污染水源稍低)。工藝流程見圖 1。

圖1 工藝流程圖

2.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.2.1 調(diào)節(jié)池

排泥水的濃縮處理過程一般都是連續(xù)運(yùn)行,這就要求必須有相應(yīng)的水量調(diào)節(jié)構(gòu)筑物來平衡廢水的間歇性排放和污泥濃縮的連續(xù)運(yùn)行[3]。調(diào)節(jié)池便起到了調(diào)節(jié)水量的作用。

由于除鐵除錳工藝反沖洗水量較大,因此水廠的排泥水量按日處理量的 7%計(jì)算,則排泥水量為 Q=0.07×78 225=5 475.75m3/d;設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池一座,分為 2格。

每格的設(shè)計(jì)水量：Q1=2 738 m3/d,設(shè)計(jì)停留時(shí)間 T=3.0 h,則：

每格調(diào)節(jié)池的容積：V1=342 m3

調(diào)節(jié)池總?cè)莘e：V=684 m3,有效水深 H取 3.5m,超高取0.5 m

調(diào)節(jié)池尺寸

每格調(diào)節(jié)池尺寸為：L×B×H=10m×10 m×3.5 m

調(diào)節(jié)池總設(shè)計(jì)尺寸：L×B×H=20m×10 m×3.5 m

2.2.2 濃縮池

在排泥水處理過程中,濃縮是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。污泥濃縮的主要作用就是從很大程度上提高排泥水的含固率,從而達(dá)到減容的目的,使得濃縮池出泥最終滿足污泥脫水機(jī)械的進(jìn)泥要求;當(dāng)采用泥水自然干化時(shí)也可縮短污泥干化的時(shí)間,從而提高處理效率[4]。目前常見的濃縮工藝包括：氣浮濃縮、微孔濃縮、重力濃縮、隔膜濃縮以及生物浮選等。本文采用的是重力濃縮,其工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、成本低廉。

設(shè)計(jì) 2座連續(xù)式重力濃縮池,采用水密性鋼筋混凝土建造,設(shè)有進(jìn)泥管、排泥管、和排上清液管?；炷恋頃r(shí),表面負(fù)荷為 0.4～0.5m3/h?m2,設(shè)計(jì)取 q=0.5 m3/h? m2。 則每池表面積：

池子直徑：

實(shí)際水面面積：

實(shí)際表面負(fù)荷：

單池設(shè)計(jì)流量：

校核堰口負(fù)荷：

校核固體負(fù)荷：

滿足要求;

設(shè)兩次排泥間隔為 8 h,則周邊水深為：

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 9冊(cè)《專用機(jī)械》12.11節(jié)中表2 “污泥濃縮池主要尺寸”,可查得濃縮池直徑 D1=18 m時(shí),集泥斗上部直徑 D2的取值為 3m或 4 m,本設(shè)計(jì)中采用D2=4m;集泥斗高度 h3=0.6m;穩(wěn)流筒直徑 D3max=4m;超高 h1=0.4m;對(duì)應(yīng)周邊水深 h2=3.6m時(shí)的污泥濃縮池容積為 990m3。

周邊池深：H=h1+h2=0.4+3.6=4.0 m

濃縮池總高：H′=h1+h2+h3=0.4+3.6+0.6=4.6m;

設(shè)池底坡度為 0.01,污泥斗直徑為d1=4m,池中心與池邊落差：

設(shè)計(jì)進(jìn)泥含水率 98%,濃縮后污泥含水率 96%,進(jìn)泥濃度C=19.6 g/L。

每座濃縮池濃縮后的污泥體積：V3=V2/2=1369m3/d;

濃縮池的總回收水量計(jì)算：Q'=5 475.75×(0.98-0.96)=110m3/d;

濃縮池刮泥機(jī)選用周邊傳動(dòng)刮泥機(jī),查《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 9冊(cè)《專用機(jī)械》,根據(jù)濃縮池直徑 Φ18,選用WNG 18型周邊傳動(dòng)吸泥機(jī),刮板外緣線速度為 0.016～0.033m/s。水下部分的刮泥板、螺栓及螺母等水下緊固件材料采用不銹鋼;三角堰、池內(nèi)環(huán)形集水槽和浮渣擋板采用玻璃鋼;其余材料均為碳鋼。

2.2.3 脫水機(jī)房

水廠排泥水經(jīng)過濃縮之后,含水率仍然很高,本設(shè)計(jì)為96%,因而需要對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理。通過污泥脫水使?jié)饪s污泥的含水率進(jìn)一步降低,一般降至 75%以下,使體積變得更小,便于污泥的運(yùn)輸和最終處置,節(jié)約污泥最終處置的費(fèi)用和場(chǎng)地[5]。

污泥脫水一般可以分為非機(jī)械法和機(jī)械法兩大類,非機(jī)械法主要有污泥塘和污泥干化法,機(jī)械法包括真空過濾機(jī)、離心機(jī)、帶式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)和螺壓脫水機(jī)、造粒脫水等[6]。非機(jī)械法由于受自然氣候條件影響較大,且占地面積較大,其應(yīng)用范圍有限,只適合于土地資源比較豐富且氣候干燥少雨的地區(qū)。

本設(shè)計(jì)采用帶式壓濾機(jī),它抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、出泥含固率高、占地小、能耗小、操作簡(jiǎn)單、對(duì)人員要求不高。

取V=300 kgDs/(m.h),Q=75m3/h,Cf=SS6=3%;

所需帶寬

泵的安裝尺寸 L=505mm,B=100 mm,選用 100QW 30-22-5.5型潛污泵 4臺(tái),3用 1備。

DY-3 000的尺寸：L=6 400 mm,B=3 570mm,H=1 950 mm

脫水機(jī)房尺寸：L=3.57×4=14.28 m,取 18 m;B=6 400+100=6 500mm=6.5m,取 9m。

2.2.4 加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)選用自動(dòng)連續(xù)投藥裝置,投加陰離子型聚丙烯酰胺,投藥點(diǎn)為污泥濃縮池的配水井和帶式壓濾機(jī)的進(jìn)泥管,平均投加量分別為 3和 5 kg/t(均按干固體量計(jì))。藥液按 0.5%的濃度配置,經(jīng)過稀釋裝置將藥液稀釋到 0.1%的濃度,再通過加藥泵,將藥液投加到污泥濃縮池的配水井和帶式壓濾機(jī)的進(jìn)泥管處。

2.2.5 自控系統(tǒng)

污泥處理系統(tǒng)是以 PLC控制為基礎(chǔ)的集散型控制系統(tǒng),正常運(yùn)行時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無人值班,有人值守,在中心控制室中集中管理。污泥處理系統(tǒng)設(shè)有三級(jí)控制系統(tǒng),分別為就地、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站和中心控制室,在上下控制級(jí)之間,下級(jí)控制級(jí)的優(yōu)先權(quán)要高于上級(jí),每一級(jí)均設(shè)有“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種控制方式。就地控制級(jí)設(shè)有“就地/遠(yuǎn)程”兩種方式,各設(shè)備均可通過“就地/遠(yuǎn)程”來選擇開關(guān)切換,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作,當(dāng)中心控制室監(jiān)控設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí),不會(huì)影響污泥處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng) PLC站可按預(yù)先設(shè)置的運(yùn)行模式來監(jiān)控各工藝流程的運(yùn)行情況,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng) PLC站發(fā)生故障時(shí),可通過就地控制級(jí)上的“就地/遠(yuǎn)程”選擇開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地手動(dòng)操作。

污泥處理系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備由操作員站、工程師站、報(bào)表打印機(jī)、報(bào)警打印機(jī)、打印服務(wù)器等部分組成。系統(tǒng)基于Client/Server體系建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)之間的網(wǎng)上資源共享,相互協(xié)調(diào)運(yùn)作功能,同時(shí)提供對(duì)外連接的服務(wù)平臺(tái),中央控制室完成信息處理、設(shè)備控制、通訊、故障處理和報(bào)警等功能。

3 結(jié)語

建設(shè)水廠排泥水處理工程,可以減少原水的取水量,節(jié)約水資源費(fèi)用,減輕對(duì)生活用水的污染,保護(hù)環(huán)境,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。本文采用的是傳統(tǒng)的排泥水處理工藝,主要針對(duì)北方某城市片區(qū),不具有普適性,在進(jìn)行排泥水工程設(shè)計(jì)時(shí),各城市應(yīng)對(duì)本城市水廠自身的排泥水水質(zhì)特點(diǎn),工藝特性,污泥性質(zhì),處理規(guī)模,場(chǎng)地條件,管理?xiàng)l件等進(jìn)行綜合考慮,確定出適宜的水量調(diào)節(jié)方式、污泥濃縮技術(shù)、污泥調(diào)質(zhì)方法以及污泥脫水設(shè)備等。另外,常規(guī)的處理工藝雖然已經(jīng)成熟,但是卻存在著如下缺點(diǎn)：構(gòu)筑物繁多且規(guī)模較大,運(yùn)行管理復(fù)雜,污泥負(fù)荷低,停留時(shí)間長(zhǎng)以及濃縮污泥含水率較高等問題。這就要求我們?cè)谝院蟮难芯亢蛻?yīng)用中,在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上,不斷引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備與技術(shù),以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化排泥水處理工藝的目的。大力推廣水廠排泥水處理,對(duì)推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走上資源節(jié)約和環(huán)境友好的道路,無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]王圃,龍騰銳,李江濤,陸柯,雷剛.城市給水廠污泥處理與能耗[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào).2002,27(7)：17-19.

[2]許建華.自來水廠排泥水處理技術(shù)的若干問題[J].中國(guó)給水排水 ,2001,17(12)：25-27.

[3]譚馳.水廠排泥水高效處理技術(shù)研究與應(yīng)用示范[D].西安建筑科技大學(xué)碩士論文,2010.

[4]郭寧.水廠排泥水高效處理技術(shù)研究[D].西安建筑科技大學(xué)碩士論文,2010.

[5]章棣.分離機(jī)械選型與使用手冊(cè)[M].北京,機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[6]王勁,許建華.月浦水廠排泥水濃縮處理工藝初步研究[J].給水排水 .2003,29(6)：24-26.