李家耀, 錢金勝, 庾明輝

(1.東莞市水務(wù)集團(tuán)供水有限公司制水分公司, 廣東 東莞 523116; 2.東莞市眾源環(huán)境投資有限公司, 廣東 東莞 523000)

自來水廠排泥水主要來源于絮凝池和平流沉淀池,含有大量的泥沙、有機(jī)污染物、重金屬、細(xì)菌、藻類物質(zhì)及水處理殘留的藥劑,未經(jīng)處理直接排放不僅污染水源,也造成了嚴(yán)重的水資源浪費[1]。 為保障飲用水水源安全,近年來越來越多的自來水廠開始新建排泥水處理設(shè)施,處理后的上清液回收再利用。 日本、歐美等國家和地區(qū)早在上世紀(jì)70 年代已率先使用預(yù)處理措施對自來水廠排泥水進(jìn)行處理[2]。 我國自來水廠排泥水處理工藝一般采用調(diào)節(jié)、濃縮、平衡、離心脫水的工藝流程,即先收集沉淀池排泥水進(jìn)行調(diào)質(zhì),經(jīng)濃縮池形成濃縮污泥,平衡池接納濃縮污泥,最后對該污泥采用離心脫水的方式進(jìn)行固液分離[3-6]。

泥粉減量化是自來水廠排泥水處理過程中的重要環(huán)節(jié),主要手段有機(jī)械脫水和熱干化[7]。 其中機(jī)械脫水一般使用離心脫水、板框壓濾、膜壓濾機(jī)、疊螺機(jī)壓濾等傳統(tǒng)設(shè)備,熱干化分為中高溫直排干化和低溫干化技術(shù)[8]。 中高溫直排干化對熱源配置要求較高,同時運行費用較高,合理選取節(jié)能高效的污泥干化方式,不僅可以降低自來水廠運行成本,還能實現(xiàn)一定的碳減排效益[9]。 低溫干化板框壓濾脫水技術(shù)把低溫干化和機(jī)械脫水進(jìn)行了結(jié)合,既達(dá)到傳統(tǒng)熱力干化的除水效果,同時省卻了脫水設(shè)備和干化設(shè)備間的疊加投資和設(shè)備占地[10-11]。

本文采用低溫干化板框壓濾脫水技術(shù)處理自來水廠排泥水,分析該技術(shù)應(yīng)用于自來水廠排泥水處理系統(tǒng)中的運行效果及運行成本,為同類項目提供示范和參考。

1 自來水廠及排泥水處理概況

1.1 自來水廠概況

某自來水廠生產(chǎn)規(guī)模為50×104m3/d,采用網(wǎng)格絮凝池+平流沉淀池+Ⅴ型濾池+消毒接觸池+下疊式清水池工藝,日均供水量為35×104m3/d,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生排泥水約2 000 m3/d,含水率99.83%,泥水呈絮凝體形態(tài),為滿足生產(chǎn)廢水零排放要求,啟動排泥水處理處置項目,工程總投資為692 萬元。采用高效濃縮沉淀池+低溫干化板框壓濾脫水技術(shù)作為排泥水處理工藝,設(shè)計指標(biāo)要求最終污泥含水率不高于55%。

1.2 排泥水處理系統(tǒng)工藝流程

排泥水首先從集水井進(jìn)入調(diào)節(jié)池暫存,調(diào)節(jié)池通過調(diào)整進(jìn)水流量和速度,并持續(xù)曝氣防止水中懸浮物沉降,對后續(xù)處理工藝起到緩沖調(diào)節(jié)作用。 調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入高效濃縮沉淀池,通過投加混凝劑和絮凝劑,排泥水在短時間內(nèi)得到充分反應(yīng)形成礬花,沉淀后的上清液回流至廠區(qū)處理系統(tǒng)前端的網(wǎng)格絮凝池,濃縮后的污泥進(jìn)入脫水系統(tǒng)。 排泥水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 排泥水處理系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow of mud water treatment system

1.3 低溫干化原理及設(shè)計參數(shù)

1.3.1 低溫干化原理

本文采用的低溫干化技術(shù)主要分為三個階段：進(jìn)料過濾階段、隔膜壓濾階段、負(fù)壓抽濕階段。 如圖2 所示,調(diào)質(zhì)后的污泥經(jīng)高壓進(jìn)料泵送入脫水系統(tǒng),利用進(jìn)料泵的壓力使污泥貼緊濾布,污泥截留在濾布上的同時將濾液排出,實現(xiàn)固液分離。 隨著污泥不斷進(jìn)入系統(tǒng),濾餅逐漸增厚,當(dāng)污泥充滿濾室后,通過隔膜板內(nèi)的高壓熱水產(chǎn)生壓榨力,對污泥進(jìn)行擠壓,去除殘留在顆?？障堕g的濾液,同時對污泥進(jìn)行加熱,提升壓濾和加熱效率。 隔膜壓濾結(jié)束后,開啟抽濕裝置,使濾室內(nèi)部形成負(fù)壓,降低水的沸點。 濾餅中的殘存水分在負(fù)壓和熱量作用下快速沸騰氣化,被抽出來的氣水經(jīng)過冷凝器冷凝后形成濾液。

圖2 低溫干化原理Fig.2 Principle of low-temperature drying

1.3.2 主要設(shè)計參數(shù)

該排泥水處理處置項目的主要構(gòu)筑物包括調(diào)節(jié)池、高效濃縮沉淀池、污泥濃縮罐、低溫干化板框壓濾機(jī)等工藝單元。

(1)調(diào)節(jié)池

根據(jù)廠區(qū)排泥水量的排放情況,設(shè)置1 座調(diào)節(jié)池。 調(diào)節(jié)池池體采用鋼結(jié)構(gòu),尺寸為φ16 m×3 m,有效水深2.7 m,有效容積約500 m3。 配備2 臺管道離心泵(1 用1 備),將調(diào)節(jié)池出水輸送至高效濃縮沉淀池。 為防止泥水沉積,配備曝氣裝置,穿孔曝氣系統(tǒng)間1.5 m,支管φ50 mm,分支管φ90 mm,曝氣風(fēng)量5 m3/min。

(2)高效濃縮沉淀池

新建1 座高效濃縮沉淀池,排泥水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后,依次進(jìn)入混凝區(qū)、絮凝區(qū)、斜管沉淀區(qū)。 高效濃縮沉淀池池體采用鋼結(jié)構(gòu),尺寸為φ16 m×5.6 m,有效水深4.5 m,有效容積約900 m3。 表面負(fù)荷1.5 m3/(m2·h)。 高效濃縮沉淀池斜管沉淀區(qū)下設(shè)刮泥機(jī),轉(zhuǎn)速為0.32 r/min。

(3)脫水系統(tǒng)

脫水系統(tǒng)包括污泥濃縮罐和低溫干化板框壓濾機(jī)各1 座。 污泥濃縮罐用于收集沉淀池的濃縮污泥,為高效濃縮池與低溫干化板框壓濾機(jī)間起調(diào)節(jié)作用,尺寸為φ3 m×5.5 m,有效容積為40 m3。 低溫干化板框壓濾機(jī)設(shè)計最大處理量為7 tDS/d,單批次處理周期為1.5 h,每日處理約6 批次。 出泥含水率＜45%,通過螺旋輸送機(jī)將干化后的污泥送到獨立料倉。

2 運行效果分析

2.1 投產(chǎn)期運行效果

項目于2022 年7 月正式投入運行,穩(wěn)定運行后上清液完全回用到廠區(qū)處理系統(tǒng)前端,隨機(jī)取投產(chǎn)期間數(shù)據(jù),運行效果如表1 所示。

表1 排泥水處理系統(tǒng)投產(chǎn)期運行數(shù)據(jù)Tab.1 Operating data of the sludge treatment system during its production period

投產(chǎn)期間,水廠所有排泥水均進(jìn)入排泥水處理系統(tǒng)中,日均排泥水量約為2 000 m3/d,含水率檢測方法采用CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗方法》,上清液SS 檢測方法采用GB/T 11901—1989《水質(zhì) 懸浮物的測定 重量法》。 原排泥水含水率為99.24%～99.78%,平均含水率約99.4%,上清液SS 濃度范圍5～9 mg/L,平均濃度6.5 mg/L,上清液全部回用至生產(chǎn)線,回用后對出廠水水質(zhì)無明顯影響。 經(jīng)低溫干化板框壓濾脫水后,可將排泥水含水率降至43%,脫水效果顯著,出泥量約為10 t/d。 低溫干化板框壓濾脫水系統(tǒng)處理1 m3排泥水平均耗電0.70 kWh。

2.2 項目運行成本

項目日常運行成本包括藥耗、電耗以及人工成本費用,取投產(chǎn)后數(shù)據(jù)對該項目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析(以污泥含水率43%計算)。

采用高效濃縮沉淀池+低溫干化板框壓濾脫水技術(shù)對該自來水廠的排泥水進(jìn)行脫水,主要藥劑為PAM,藥耗1 kg/tDS,藥劑單價為25.00 元/kg,噸絕干泥運行成本為25 元;電耗為227 kWh/tDS,電費根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H收費價格確定,單價為0.73 元/kWh,噸絕干泥運行成本為166 元。 人工費用根據(jù)項目運行人員單日薪資核算,噸絕干泥運行成本為73 元。以上合計每噸絕干泥運行費用為264 元。

2.3 壓濾液回用

低溫干化板框壓濾機(jī)每天產(chǎn)生約100 m3的濾液,排放至市政污水管網(wǎng),取濾液進(jìn)行采樣,檢測結(jié)果見表2。 由結(jié)果可知,壓濾機(jī)濾液指標(biāo)均達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》第二類污染物最高允許排放濃度的三級標(biāo)準(zhǔn)和DB44/ 26—2001《水污染物排放限值》第二類污染物最高允許排放濃度第二時段的三級標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到市政截污管網(wǎng)的排放要求。

表2 壓濾機(jī)濾液特征水質(zhì)Tab.2 Water quality for filter press filtration

3 結(jié)論

將低溫干化板框壓濾脫水技術(shù)應(yīng)用于自來水廠排泥水處理系統(tǒng)中,運行數(shù)據(jù)表明采用高效濃縮沉淀池+低溫干化板框壓濾脫水技術(shù)處理排泥水,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,上清液回用后對出廠水水質(zhì)無明顯影響,可獲得含水率43%的干化后污泥。 成本分析表明,在保證污泥含水率43%的前提下,自來水廠排泥水處理系統(tǒng)成本為264 元/tDS,具備一定的實際應(yīng)用價值,可為自來水廠排泥水處理系統(tǒng)設(shè)計提供有效示范和參考。