福州市西區(qū)水廠污泥處理工藝初探
摘要：通過(guò)福州市西區(qū)凈水廠生產(chǎn)排泥的重力沉降試驗(yàn)并進(jìn)行污泥處理工藝小型化干化床現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，對(duì)西廠水廠的污泥特性作了揭示，為污泥干化脫水工藝的設(shè)計(jì)、運(yùn)行提供了重要參數(shù)，進(jìn)而在對(duì)國(guó)內(nèi)水廠機(jī)械脫水工藝考察的基礎(chǔ)上提出福州市西區(qū)水廠污泥廠處理工藝選擇。
關(guān)鍵詞：凈水廠污泥 污泥性質(zhì) 處理工藝
1、城市凈水廠污泥處理、處置 發(fā)展 概況
在過(guò)去的城市凈水廠建設(shè)中，污泥處理一直被忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，人們更多的關(guān)注于 工業(yè) 生產(chǎn)的排污治理，二十世紀(jì)七十年代以前，各國(guó)建設(shè)的凈水廠排泥水處理設(shè)施，多是沿用污水處理廠的污水和污泥處理 方法 進(jìn)行設(shè)計(jì)和 應(yīng)用 ，主要采用污泥塘與干化場(chǎng)處理和污泥。隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，六十年代開(kāi)始， 研究 人員工著手認(rèn)真研究?jī)羲畯S排泥水處理和污泥處置工作，調(diào)查了凈水廠的排泥與凈水廠凈水工藝間的關(guān)系，探討了凈水廠排泥與污水廠排泥的異同，七十年代，美國(guó)聯(lián)邦政府頒布布《水污染控制法》，要求各州制定標(biāo)準(zhǔn)，水廠污泥必須經(jīng)處理再行排放;并且擬定了一個(gè)污泥處理發(fā)展草案。其發(fā)展目標(biāo)是：到七十年代末，應(yīng)用可實(shí)行技術(shù)合理進(jìn)行污泥處理，并要求各類(lèi)水廠排除污水的pH值及總懸浮物達(dá)標(biāo)。到八十年代初，必須考慮污泥處理工藝的 經(jīng)濟(jì) 性，要求對(duì)污泥處理后的析出液或?yàn)V液回用;到八十年代中期，在全國(guó)范圍內(nèi)消除污泥排放造成環(huán)境污染。日本于1975年也頒布布了《水質(zhì)污濁防止法》，規(guī)定沒(méi)有沉淀池和濾池的凈水廠，其排出水必須經(jīng)處理至符合水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，美、俄、日、英、法等發(fā)達(dá)國(guó)家的各大、中城市新建的凈水廠中均設(shè)置了較為完善、自動(dòng)化程度高的污水和污泥的處理設(shè)施。離心脫水、加壓脫水等機(jī)械脫水方法應(yīng)用普遍。歐洲有些凈水廠，由于原水中的懸浮物含量低，濁度小，水廠排水中泥含量少，往往將排泥直接排入市政污水管理，輸送到就近的污水廠統(tǒng)一進(jìn)行污泥處理，據(jù)有關(guān)資料，歐洲許多國(guó)家凈水廠經(jīng)過(guò)濃縮和脫水處理的污泥量，占全部?jī)羲畯S污泥量的70%。污泥脫采用的具體技術(shù)，因各國(guó)的 自然 條件和習(xí)慣，有明顯差異。然而近年來(lái)的總體趨勢(shì)是，干化聲和干化塘的使用減少，離心與壓濾脫水逐漸占統(tǒng)治地位。
我國(guó)的凈水廠污泥處理和處置工作起步較晚，由于凈水廠的排泥，在過(guò)去一般均認(rèn)為其組成與水體的原有固體組分相當(dāng)，只增加了處理過(guò)程中的一些絮凝劑，對(duì)環(huán)境害 影響 甚微，因而， 目前 為止絕大數(shù)凈水廠的排泥還是直接排入水體，但隨著我國(guó)政府對(duì)水資源保護(hù)工作的日益重視，特別是城市規(guī)模的不斷的擴(kuò)大，凈水廠的排泥逐漸突出，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，我國(guó)最大城市，上海市各凈水廠每年能過(guò)排泥進(jìn)入水體的懸浮就達(dá)30萬(wàn)tds(噸干固體)，有機(jī)物按10%含量，可達(dá)3萬(wàn)tds以上。凈水廠的排泥正受到有關(guān)部門(mén)的密切關(guān)注，《中華人民共和國(guó)水法》、《中華人民共和國(guó)水污染防治法》等一系列水資源保護(hù) 法律 法規(guī)的頒布實(shí)行，我國(guó)在八十年代凈水廠排泥被提上議事日程，對(duì)水廠污泥進(jìn)行無(wú)害化處理已成為目前國(guó)內(nèi)城市供水行業(yè)的重要任務(wù)。
目前我國(guó)在凈水廠專(zhuān)設(shè)污泥處理并投入運(yùn)行的只有少數(shù)幾個(gè)大規(guī)模的城市凈水廠，有北京市第九水廠、石家莊潤(rùn)石化廠、深圳梅林水廠、上海閔行水廠、河北保定二水廠。
2、福州市西區(qū)凈水廠污泥處理研究
福州市西區(qū)水廠總規(guī)模為60萬(wàn)m3/d，已建成投產(chǎn)45萬(wàn)m3/d，計(jì)劃于2000年再擴(kuò)建功立業(yè)5m3/d達(dá)到終期規(guī)模。由于多方面的原因，目前西區(qū)水廠的排泥均未經(jīng)處理直接排放。根據(jù)福州市自來(lái)水總公司2000年技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃，西區(qū)水廠終期規(guī)模建成后，水廠的排泥水必須達(dá)標(biāo)排放，即SS<70mg/L，同時(shí)由于江濱大道的建成，不經(jīng)處理的生產(chǎn)污水直接排入作為飲用水源的閩江，大量污泥對(duì)市中心江段的景觀造成不利影響，為此，我院與上海同濟(jì)大學(xué)在西區(qū)水廠進(jìn)行污泥干化處理試驗(yàn)研究。
⒉1福州市西廠水廠污泥干化試驗(yàn)方法
各種條件下污泥的測(cè)試的特性參數(shù)有：污漲的含固率、污泥的懸浮固體濃度(SS)、污泥的可揮發(fā)性懸浮固體濃度(VSS)、污泥的化學(xué)需氧量(CODMn)、污泥的比阻(r)、污泥的壓縮系數(shù)(s)。
試驗(yàn)方法包括：
⑴重力沉降柱模型
如圖1示，柱高1200mm，直徑200mm，電動(dòng)調(diào)速機(jī)轉(zhuǎn)遞0.5r/min。
⑵玻璃干化柱模型
如圖2示，柱高1500mm，直徑100mm。
⑶小型干化床模型
如圖3示，長(zhǎng)1.2m、寬0.8m、高1.5m的磚砌小型干化床4個(gè)。濾床由10cm厚的粗礫石與30cm厚的建筑用沙組成，床底部沿長(zhǎng)度方向安裝有塑料穿孔集水管，及時(shí)排除下滲濾液。沙面以上不同高度安裝有撇水閥門(mén)，可及時(shí)排除上澄水。
⒉2污泥量的確定
⒉2.1原水濁度與懸浮固體濃度間的關(guān)系
凈水廠的化學(xué)凝聚沉淀污泥，主要由原水中的懸浮物、膠體物質(zhì)、有機(jī)物、以及混凝劑形成的膠狀金屬氫氧化物組成。在原水中有機(jī)物含量不高情況，水廠污泥中的固體物含量，大體上可由原水中懸浮物總量加上投加的藥劑量 計(jì)算 得到。
原水濁度(Turbidity)和懸浮固體含量(Suspension Solid)均可用來(lái)表征原水中含泥量的多少，水廠通常只有濁度指標(biāo)。西區(qū)水廠原水濁度及其懸浮物含量的相關(guān)關(guān)系如圖4，
經(jīng)線性回歸有如下關(guān)系：
SS=1.76T+4.9
式中SS——原水的懸浮固體含量，mg/L;
T——原水濁度，NTU。
回歸 分析 中相關(guān)系數(shù)為R2=0.98，相關(guān)性很好。
⒉2.2.污泥量的 計(jì)算
根據(jù)式(1)的回歸關(guān)系，以及礬耗與生成的A1(OH)3的重量比，可得出原水濁度、礬耗與污泥的干固體產(chǎn)量之間的關(guān)系如下式所示：
Cw=SS+P×A
式中Cw--單位水量的污泥干固體量，mg/L;
P—藥劑和由藥劑產(chǎn)生的固體物之間的重量比，這里取0.234。(西廠礬耗折算為A12(SO4)3.18H2O, 2A1(OH)3/A12(SO4)3.18H2O=0.234)
A—藥劑投加量，mg/L。
Sw=Cw×Q×10-6
式中Sw—日產(chǎn)干固體量，t/d;
Cw——單位水量的污泥干固體量，mg/L;
Q— 以終期日產(chǎn)量60萬(wàn)m3/d計(jì)。
西區(qū)水廠取水口上游建有水口水電站，對(duì)閩江上游的泥砂有較強(qiáng)的靜沉和攔截作用，西區(qū)水廠原水濁度常年較低，但是由于受洪水及水口水庫(kù)存放水的 影響 ，常年在5——8月份有較大的波動(dòng)。以最高濁度作為凈水廠排泥處理設(shè)施的選擇依據(jù)顯然是不 經(jīng)濟(jì) 的，比較合理的作法是以95%保證率為基本要求，對(duì)最高濁度時(shí)進(jìn)行校核調(diào)節(jié)容積。
以1999年西區(qū)水廠原水濁度作頻率 分析 ，得原水濁度頻率曲線如圖5。
由頻率曲線及西廠生產(chǎn)報(bào)表可知，西廠原水平均濁度為24.9 NTU,相應(yīng)礬耗為14.4mg/L;濁度較高時(shí)(即95%概率)濁度為35NTU，相慶礬耗為19mg/L;1%概率時(shí)濁度約為150NTU，相應(yīng)礬耗為24mg/L。沉淀池出水濁度最不利時(shí)為8NTU，濾池出水濁度最不利時(shí)為0.5NTU。所以，在95%保證率下，西區(qū)水廠日產(chǎn)干污泥量Sw=42.6tds。
2.3.污泥的濃縮
污泥的重力濃縮是污泥脫水前必不可少的預(yù)處理過(guò)程，無(wú)論是天然干化或是機(jī)械脫水，經(jīng)過(guò)濃縮預(yù)處理可以大大降低后續(xù)過(guò)程的設(shè)計(jì)規(guī)模和工作負(fù)荷。
2.3.1.西區(qū)水廠污泥性質(zhì)
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的西區(qū)廠沉淀池污泥性質(zhì)如表1。
表1
| 測(cè)定日期 |
含固率 （%） |
懸浮固體SS （g/1) |
揮發(fā)性懸浮固體VSS （g/L) |
化學(xué)需氧量 （mg/L) |
比阻r (cm/g) |
壓縮性系數(shù)s |
| 3.26 | 1.76 | 16.9 | 1.65 | 477.9 | 1.5E12 | |
| 11.3 | 4.9E11 | 0.9 | ||||
| 11.25 | 9.3E11 | 0.79 | ||||
| 12.11 | 4.7E11 | 0.88 | ||||
| 12.25 | 1.06E12 | 1.13 | ||||
| 3.31 | 4.2 | 40.9 | 5.1 | 2515.6 | 1.05E12 | 1.08 |
| 4.7 | 1.7 | 16.9 | 2.9 | 1753.6 | 2.05E12 | 0.86 |
| 6.28 | 0.8 | 7.8 | 780.2 | 1.88E12 | 0.99 | |
| 6.29 | 2.2 | 21.1 | 1364.7 | 9.6E11 | 1.05 | |
| 7.8 | 2.35 | 23.3 | 1400 | 7.14E11 | ||
| 7.15 | 1.9 | 18.9 | 1095 | 8.34E11 | 0.98 |
比阻r在4.7×1011至2.5×1012cm/g的范圍內(nèi)變化，如果沉淀池及時(shí)排泥，絮凝污泥未因放置時(shí)間太長(zhǎng)而失去活性，比阻不超過(guò)1.251012cm/g，按AWWA的劃分標(biāo)準(zhǔn)，西區(qū)水廠污泥的脫水性能在鋁鹽絮凝污泥中發(fā)球中間水平。西廠沉淀池排泥有時(shí)周期比較長(zhǎng)。這雖然對(duì)提高排泥含固率有利，但對(duì)污泥脫水性能及控制濃縮池上清液濁度不利。因此及時(shí)排泥，有利于保證污泥的處理效果。壓縮系數(shù)s在0.79-1.13之間變化。s太低污泥顆粒容易堵塞濾布，太高則顆粒剛性大，顆粒間的水分部不容易被擠壓排出。西區(qū)水廠壓縮系數(shù)在0.79-1.13之間屬比較理想的范圍。西廠污泥中VSS占SS的比例為10%左右，屬河水水源的正常范圍，比一般水庫(kù)存水污泥的灰分低。有機(jī)物含量低，污泥的親水性也就小，比較容易脫水。西廠污染性質(zhì)測(cè)試的結(jié)果，從r、s、VSS等方面看，西區(qū)水廠的污泥脫水性能尚好，比多數(shù)水庫(kù)水的污泥好;較濁度較高，且有機(jī)物含量低的河水污泥稍差。
2.3.2.西廠污泥的重力濃縮
迪克(Dick)的固體通量法5靜態(tài)沉降試驗(yàn)是重力濃縮最常用的試驗(yàn) 方法 。
固體通量法可以表示為：
G=Gu+Gi=uCi+viCi
式中 G——總固體通量，kg/m2.hr;
Ci--=-污泥固體深度，kg/m3;
Gu----向下流固體通量，kg/m2。hr;
Gi----自重固體通量，kg/m2.hr;
u----向下流濟(jì)m/hr;
vi---初始固體濃度為的界面沉速m/hr。
濃縮池的面積：
A≥Q0C0/GL
式中Q0--入流污泥流量，m3/hr;
CO--入流污泥濃度，kg/m3;
GL--極限固體通量，kg/m2.hr;
A--濃縮池面積m2。
西區(qū)水廠沉淀池污泥進(jìn)行了多次沉降性能的測(cè)定，圖6、圖7為其中兩組。
由于試驗(yàn)污泥的比阻不同，試驗(yàn)得出的4條固體通量曲線存在明顯差異。在不同的濃縮池出泥濃度要求下，可根據(jù)工程的污染設(shè)計(jì)比阻，由上述曲線得到相應(yīng)的污泥極限固體通量如表2。同樣的底流濃度，比阻越小，濃縮池的固體通量越大，相應(yīng)的濃縮池面積越小。
表2
|
出泥濃度（t/m3） |
污泥比阻（cm/g)
|
|||
| 1.25×1012 | 1.06×1012 | 8.75× 1011 | 5.5 ×1011 | |
| 0.025 | 4.3 | 7.8 | 15.4 | |
| 0.030 | 3.7 | 6.6 | 12.2 | 19.0 |
| 0.035 | 3.4 | 5.8 | 10.0 | 15.5 |
| 0.040 | 3.1 | 5.5 | 8.5 | 13.0 |
2.4.污泥的脫水
目前 常見(jiàn)的處理設(shè)施及脫水方法有：天然干化、真空過(guò)濾、回壓過(guò)濾(帶式，反框式等)、冰凍解凍、離心機(jī)脫廠、造粒技術(shù)、排入其它凈水廠、進(jìn)入下水道輸送給就近的污水處理廠等。對(duì)西區(qū)水廠污泥的脫不我們主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)小型干化床試驗(yàn)，由于試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)設(shè)備的原因，對(duì)機(jī)械脫水 問(wèn)題 采取考察方式調(diào)研。
2.4.1.干化場(chǎng)
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)干化床的脫水、干化效果進(jìn)行了考察評(píng)價(jià)。圖8反映了砂床上污泥的重力脫不過(guò)程。污泥脫水效果與污泥比阻、施泥厚度、進(jìn)泥含固率及上澄水的撇除情況有關(guān)。通常在撇除上澄水情況下，重力脫水時(shí)間(脫除90%可重力脫除水量)為一至兩天。脫水階段結(jié)束后，泥餅含因率在20%——25%(與比阻及施泥厚度等有關(guān))。
干化床運(yùn)行中的一個(gè)重要 問(wèn)題 是上澄水與滲濾液濁度是否滿足排放要求。試驗(yàn)結(jié)果，上澄水中懸浮物濃度與污泥性質(zhì)有關(guān)。沉淀池及時(shí)排泥所得的新鮮污泥，處理時(shí)所形成的上澄水懸浮物濃度一般均小于一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(SS<70mg/L)，可直接向閩江排放。如果污泥在沉淀池內(nèi)停留時(shí)間太長(zhǎng)，已經(jīng)壓實(shí)失去了絮凝活性，在濃縮、及干化床撇水過(guò)程中所形成的上澄水不容易澄清，懸浮物濃度很大。所在，在水廠運(yùn)行過(guò)程中，及時(shí)排泥，保持污泥活性是重要的。滲濾液濁度受污泥壓縮系數(shù) 影響 。西區(qū)水廠污泥的壓縮系數(shù)在0.79--1.13之間，干化床的滲濾液的SS很低，總是小于排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放。另外，模擬濾床使用總次數(shù)達(dá)30次以上，以未發(fā)現(xiàn)污泥堵塞濾層或穿透濾層的現(xiàn)象。初步說(shuō)明，西廠污泥的壓縮系數(shù)已足夠，用干化場(chǎng)處理不會(huì)發(fā)生污泥堵塞濾層問(wèn)題。
干化床的干化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖9。重力脫水階段結(jié)束后，脫水性能好的污泥，脫水泥餅含固率可接近30%，基本達(dá)到運(yùn)輸、堆放要求。而通常情況下，泥餅還需一段干化時(shí)間才能達(dá)到清運(yùn)要求(含固率≧30%)。圖9曲線中的低谷是降雨的結(jié)果。污泥開(kāi)裂之后(含固率≧20%)，短時(shí)間的集中降水可通過(guò)裂縫快速下滲，對(duì)干化周期的影響不大。而施泥厚度大、污泥不易開(kāi)裂時(shí)，降雨的影響較大。
西區(qū)水廠每年污泥量的最不利時(shí)段為洪水期的6月。由于干化床處理系統(tǒng)的容積很大，對(duì)污泥量波動(dòng)具有良好的調(diào)蓄能力，所以按除汛期6月份之外的歷年污泥量最大月作為設(shè)計(jì)污泥量的最不利時(shí)段。每扯季度為陰雨季節(jié)，蒸發(fā)量最小。選取一季度為氣候最不利之校核期。為安全計(jì)，選取試驗(yàn)期間污泥的最大比阻1.25×1012cm/g為西廠污泥的設(shè)計(jì)比阻。根據(jù)污泥量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，各設(shè)計(jì)周期的 計(jì)算 參數(shù)如表3所示。各種設(shè)計(jì)條件下所需的干化面積如表5所示。
表3
| 設(shè)計(jì)周期 |
干污泥量 （噸/周期） |
平均蒸發(fā)速率 （cm/d) |
污泥中水分的平均蒸發(fā)速率 （cm/d) |
|
年度 |
9095.8 |
0.4 | 0.2 |
| 污泥量不利階段（7月份） | 1689 | 0.6 | 0.3 |
| 氣候最不利階段（1季度） | 3690 | 0.22 | 0.11 |
不同設(shè)計(jì)周期及施泥厚度時(shí)干化場(chǎng)所需的面積
表4
| 設(shè) 計(jì) 條 件 | 干化床面積（畝） | ||
| 施泥厚度30cm | 施泥厚度60cm | 施泥厚度90cm | |
| 按年平均值計(jì)算 | 29.1 | 31.6 | 37.9 |
| 以氣候條件的最不利階段為計(jì)算周期 | 83.8 | 92.2 | 112.9 |
| 以污泥量最大階段為計(jì)算周期 | 42.2 | 46.9 | 56.3 |
2.4.2.國(guó)內(nèi)凈水廠采用的機(jī)械脫水工藝
機(jī)械脫水有真空吸濾、板框壓濾、帶式壓濾、離心脫水及螺旋壓濾等。其中真空吸濾因能耗高、泥餅含水率高已逐漸被淘汰。而新出現(xiàn)的螺旋壓濾在工程上尚未得到普遍 應(yīng)用 。 目前 在工程上得到廣泛應(yīng)用的脫水設(shè)備是離心機(jī)、板框壓濾機(jī)與帶式濾機(jī)。
離心機(jī)是能連續(xù)運(yùn)行的轉(zhuǎn)筒式離心機(jī)，也稱(chēng)臥螺離心機(jī)。經(jīng)高分子絮凝劑調(diào)質(zhì)處理的污泥進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)筒后，在高達(dá)3000g以上的強(qiáng)烈離心力作用下，比重較大的固體顆粒快速沉降在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁上形成泥餅，分離出的水分在泥餅表面形成液體層。轉(zhuǎn)筒內(nèi)的螺旋狀輸送器與轉(zhuǎn)筒之間的轉(zhuǎn)速差，使泥餅被螺旋輸送器葉片擠壓到轉(zhuǎn)筒的錐形出口處排出。而分離出的水分則從轉(zhuǎn)筒的圓柱端經(jīng)溢流堰流出。
壓濾機(jī)的工作原理是，多組濾板串聯(lián)排列，經(jīng)油壓機(jī)緊形成一連串相鄰的封閉空間濾板兩側(cè)覆有多孔的濾布。污泥泵將污泥壓入相鄰濾板之間的空間，污泥中的水分透過(guò)濾布被排出，固體顆粒被截留并壓實(shí)成泥餅。目前污泥脫水中使用的壓濾機(jī)，主要是膜式壓濾機(jī)。有板框壓濾和帶式壓濾機(jī)。
脫水裝置本身的基本性能作簡(jiǎn)單歸納如表5。
表5
|
評(píng)價(jià)指標(biāo) |
機(jī)械種類(lèi) | ||
| 離心機(jī) | 板框壓濾機(jī) | 帶式壓濾機(jī) | |
| 脫水泥餅含固率 | 中（20-30%） | 高（30--40%） | 低（20--25%） |
| 析出液性質(zhì) | 較混，不能直排 | 清澈（可<70mg/L） |
渾濁 |
| 調(diào)質(zhì)藥劑量 | 可較低（1%-2%） |
|
|
| 運(yùn)行電耗 |
高 |
中 | 低 |
| 設(shè)備投資 | 低 | 高 | 低 |
| 對(duì)進(jìn)泥適應(yīng)性 |
對(duì)泥量、含固率波動(dòng)有良好適應(yīng)能力 |
適用難脫水污泥 | 對(duì)進(jìn)泥含固率、調(diào)質(zhì)要求高 |
| 運(yùn)行管理 | 自動(dòng)化程度高 | 較復(fù)雜 | 簡(jiǎn)單，環(huán)境差 |
| 附屬設(shè)施 |
簡(jiǎn)單 |
多，系統(tǒng)復(fù)雜 | 簡(jiǎn)單 |
| 占地面積 |
很小 |
較大 |
小 |
脫水機(jī)械的選擇，需考慮泥餅含固率、污泥回收率、調(diào)質(zhì)藥劑用量、電耗、設(shè)備投資、運(yùn)行管理?xiàng)l件、對(duì)進(jìn)泥及場(chǎng)地的要求等。水廠的污泥性質(zhì)與規(guī)模等對(duì)工藝的選擇有很大影響。項(xiàng)目組先后調(diào)研考察了上海閔行水廠等國(guó)內(nèi)五個(gè)凈水廠的污泥機(jī)械脫工藝，各水廠污泥脫水工藝基狀況如表6：
各水廠污泥脫水工藝基本狀況表
表6
| 項(xiàng) 目 | 上海閔行水廠 | 深圳梅林水廠 | 北京水源九廠 | 廠家莊潤(rùn)石 | 保定二水廠 |
| 凈水規(guī)模 | 7萬(wàn)m3/d | 60萬(wàn)m3/d | 150萬(wàn)m3/d | 30萬(wàn)m3/d | 26萬(wàn)m3/d |
| 水源 | 江水 | 水庫(kù)水 | 水庫(kù)水 | 水庫(kù)水 | 水庫(kù)水 |
| 設(shè)計(jì)原水濁度 | 80NTU | 50NTU | 30NTU | 20NTU | 20NTU |
| 污泥規(guī)模 | 12tds/d | 50tds/d | 39tds/d | 12tds/d | 12tds/d |
| 濃縮工藝 | Lamella | 濃縮池 | 間歇式濃縮池 | Supaflo | Densadeg |
| 脫水工藝 | 離心機(jī) | 板框壓濾機(jī) | 板框壓濾機(jī) | 帶式壓濾機(jī) | 離心機(jī) |
| 制造廠商 | Afla Laval | 國(guó)產(chǎn) | Edvares&jones | Warman | Guinard |
| 投藥 | PAM | PAM+石灰 | PAM | PAM | PAM |
| 設(shè)備投資 | 800萬(wàn)元 | 1000萬(wàn)元 | 1700萬(wàn)元 | 160萬(wàn)元 | 900萬(wàn)元 |
各廠運(yùn)行效果而言，各廠的進(jìn)口設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)均比較先進(jìn)，如使用超聲傳感器與PLC保證沉淀池排泥濃度，控制排泥水量;污泥濃度計(jì)控制濃縮池排泥，污泥濃度計(jì)、液位儀與變頻泵控制離心機(jī)的進(jìn)泥;北京水源泉九廠的板框壓濾機(jī)的也完全實(shí)際了自動(dòng)控制。
對(duì)比脫水工藝，離心機(jī)運(yùn)行的適應(yīng)性較好，國(guó)外實(shí)測(cè)報(bào)告的結(jié)論：在洪水期間，污泥量增加時(shí)，可以在較高的進(jìn)泥流量下工作，處理更多的污泥，代價(jià)是稍多的PAM用量，較低的出泥含固率。閔行廠的結(jié)論比這個(gè)更多的污泥，代價(jià)是稍多的PAM用量，較低的出泥含固率。閔行廠的結(jié)論比這個(gè)更樂(lè)觀，進(jìn)泥量提高30%，出泥含固率并未下降。帶式壓濾的回收入率容易出現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)狀潤(rùn)石水廠的帶式機(jī)的濾液是不宜達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)的。梅林水廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水濁度較北京市第九水廠高，因此其120萬(wàn)m3/d水量的大，但梅林水廠用了6臺(tái)1.2m×1.2m國(guó)產(chǎn)壓濾機(jī)，設(shè)備臺(tái)數(shù)多而且國(guó)產(chǎn)設(shè)備何種較大，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的使用、維修、保養(yǎng)情況下待今后考察。
對(duì)比濃縮工藝，閔行水廠的Lamella濃縮池作用不是明顯，進(jìn)泥濃度>3%，離心機(jī)的運(yùn)行結(jié)果就十分令人滿意。Lamella濃縮池是引進(jìn)專(zhuān)利產(chǎn)品，出泥含固率>6%，參數(shù)儲(chǔ)備較大。似乎意義不大。但是，保定二水廠的Densadeg不但有濃縮作用，毫無(wú)疑問(wèn)還有澄清出水的作用，最大表面負(fù)荷可達(dá)20m/m2.hr，澄清水水質(zhì)較好<70mg/L，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
其他方面，潤(rùn)石水廠排泥水收集、濃縮系統(tǒng)運(yùn)行沒(méi)有北京第九水廠的理想、可靠。梅林水廠的回收入水系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用。對(duì)梅林水廠，用石灰調(diào)質(zhì)可能是重要的，但是使用了石灰，預(yù)處理從操作到設(shè)備都變得十分復(fù)雜。
系統(tǒng)上各家水廠的污污泥處理能力都有很大的余量，這是原水設(shè)計(jì)濁度及設(shè)備處理能力兩方面都取了充分的安全系數(shù)所致。
西區(qū)廠水廠污泥的處理重要目標(biāo)是污泥的減容外運(yùn)，根據(jù)剪切力的測(cè)試，達(dá)到外運(yùn)要求一般含因率應(yīng)大于33%。從水質(zhì)特性上看與閔行水行廠接近。有關(guān) 文獻(xiàn) 對(duì)原水水質(zhì)及投藥情況與污泥比阻的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。表7將有關(guān)數(shù)據(jù)與閔行水廠、西區(qū)水廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總比較。可見(jiàn)，西區(qū)水廠污泥用離機(jī)脫水，是可以達(dá)到比較滿意的效果的。預(yù)計(jì)在PAM投加量1‰-2‰時(shí)，泥餅含固率可達(dá)到25%-35%(閔行水廠PAM用量1.0‰--1.5‰，泥餅含固率≧42%)。運(yùn)行中如遇到特別不利的時(shí)段，可適當(dāng)增加絮凝劑用量。離心機(jī)的污泥回收入率通常≧95%，但出水仍不能直接排放，宜設(shè)Densadeg將析出液回流處理后排放。因而可以初步確定西區(qū)水廠機(jī)械脫水工藝方案的基本由一格Densaedg池(通量為6kg/m2.hr)，兩臺(tái)離心機(jī)脫水機(jī)(45m3DS/h)和附屬PAM干粉投加器共同構(gòu)成。
表7
| 案例 | 原水濁度NTU | 硫酸鋁加量（mg/L) | 混凝pH | 混凝機(jī)理 | 濃縮污泥濃度(%) | 污泥比阻1012m/kg |
| 1 | 40 | 10 | 6.2 | 電中和 | 6.0 | 5.5 |
| 2 | 40 | 15 | 6.3 | 電中和 | 5.5 | 6.0 |
| 3 | 7 | 40 | 6.5 | 兩種兼有 | 1.0 | 9.5 |
| 4 | 7 | 75 | 7.1 | 網(wǎng)捕 | 1.0 | 15 |
| 閔行水廠# | 50-150 | 25 | / | 4-6 | 1.7-2.3 | |
| 西區(qū)水廠* | 25 | 14.4 | 6.9 | 2-4 | 4.7-12.5 |
#：原水濁度變化范圍15-280NTU，平均80NTU。
*：西區(qū)水廠的濁度與礬耗均為平均值。
2.5.投藥調(diào)質(zhì)
投藥調(diào)質(zhì)就是對(duì)污泥進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，從而降低污泥的比阻，使其易于脫水，常用的 方法 有：石灰處理、酸處理、堿處理、高分子絮凝劑處理等， 目前 廣泛采用高分子PAM，效果顯著。
2.5.1.調(diào)質(zhì)藥品的選擇
PAM(polyacrylamide)是一種水溶性高分子，屬聚電解質(zhì)。聚丙烯酰胺具有“頭尾相連構(gòu)，有絮凝性和粘合性，其線型聚合物在200℃以上軟化后分解。PAM可分陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型三類(lèi)，它們的分子量可達(dá)1000萬(wàn)以上。一般結(jié)構(gòu)式可如下表示：
根據(jù)藥劑初篩結(jié)果，選用三種陰離型PAM：A-3001800、AN910SH及AN905SH進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)試驗(yàn)。圖10為加藥對(duì)污泥比阻的 影響 。試驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)與 文獻(xiàn) 報(bào)道的一致，比阻先是隨投加PAM下降，然后又上升。圖11反映了調(diào)質(zhì)對(duì)壓縮系數(shù)的作用。
2.5.2.調(diào)質(zhì)對(duì)干化床效果的影響
調(diào)質(zhì)對(duì)污泥干化效果的影響見(jiàn)圖12。加藥改善了干化床的運(yùn)行效果，其原因主要是加藥調(diào)質(zhì)后，污泥形成較大絮體，更易脫除自由水。在其它條件不變的情況下，污泥中重力脫除的水分比例增加，脫水泥餅含固率明顯增加。因此大大減少脫水泥餅的蒸發(fā)風(fēng)干時(shí)間。
經(jīng)過(guò)投加高分子絮凝劑PAM，污泥脫水速度加快，干化周期縮短到4--7天。加藥使干化床的負(fù)荷能力明顯提高。調(diào)質(zhì)后西區(qū)水廠污泥干化床所需面積如表8所示， 計(jì)算 結(jié)果對(duì)照表4可見(jiàn)調(diào)質(zhì)將使干化床的面積大大縮小。
表8
| 干化床面積（畝） |
施泥厚度 |
||
| 30cm | 60cm | 90cm | |
| 氣候最不利條件 | 14-28 | 15.4-30.8 | 18.8-37.6 |
| 污泥量最大條件 | 10.6-21.2 | 11.7-23.4 | 14.1-28.2 |
| 年平均條件 | 7.5-15 | 7.8-15.6 | 9.3-18.6 |
2.5.3.調(diào)質(zhì)對(duì)機(jī)械脫水效果的影響
同濟(jì)大學(xué)在閔行水廠離心機(jī)脫水作了運(yùn)行試驗(yàn)，圖13表示AN910OPWG陰離子PAM投加于進(jìn)口Alfa Laval公司的DSNX-4550型離心機(jī)(離心機(jī)工況：進(jìn)泥流量，11m3/h;轉(zhuǎn)速2920r/min;產(chǎn)量，638kg/min;進(jìn)泥濃度，5.8%;差數(shù)，7.2-10.5r/min。)可以看出，由于投加PAM>0.5%時(shí)分離水的SS迅速下降，污泥回收入率可達(dá)99%以上。
圖14表示AN910PWG陰離子PAM投加于國(guó)產(chǎn)SA-140型離心機(jī)，(離心機(jī)工況：進(jìn)泥流量，7.2m3/h，轉(zhuǎn)速3284r/min;產(chǎn)量，410kg/min;進(jìn)泥濃度，5.7%;差數(shù)，11-15r/min。)說(shuō)明可取得類(lèi)似的效果，只是投加率略有增加，最佳PAM投藥率為1.5‰-1.8‰，從運(yùn)行參數(shù)上對(duì)比，國(guó)產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備存在一定的差距。
3.結(jié)束語(yǔ)
凈水廠是水源污染的直接受害者，由于原水污染給凈水工藝在技術(shù)上帶來(lái)許多困難造成凈水成本的不斷上升，保護(hù)水源，走可持續(xù) 發(fā)展 的道路，凈水廠的排泥要首先做到達(dá)標(biāo)排放是責(zé)無(wú)旁代的。福州市西區(qū)水廠污泥處理的目標(biāo)定位為：排水以達(dá)標(biāo)<70mg/L，污泥含固率>33%。針對(duì)福州市西區(qū)水廠污泥處理的調(diào)研初步可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：
⑴福州市西區(qū)水廠常年濁度在95%概率下為35NTU，原水SS與濁度有較強(qiáng)的直線相關(guān)性，其排出污泥比阻r在4.7 ×1011至2.05× 1012cm/g的范圍內(nèi)變化，壓縮系數(shù)s在0.79-1.13之間變化。西區(qū)水廠污泥的脫水性能在鋁鹽絮凝法泥中屬于中間水平。西廠污泥中揮發(fā)性懸浮固體濃度占懸浮固體濃度的比例為10%左右，屬河水水酒泉的正常范圍。沉淀池及時(shí)排泥，有利于保證污泥的處理效果。
⑵經(jīng)過(guò)PAM加藥調(diào)質(zhì)的污泥其比阻可以縮小幾倍甚至到一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以有較地縮小濃縮池面積，減少干化床的占地，顯著改善機(jī)械分離水的SS，最佳的投藥率約為0.1%干固體量。
⑶無(wú)論是采用干化床或是采用機(jī)械脫水，污泥的重力濃縮預(yù)處理過(guò)程是必要的，調(diào)研中考察的各水廠濃縮池形式多樣，其中Lamella池和Densadeg池效率較高，有很好的澄清水出流，滿足澄清水達(dá)標(biāo)排放的要求，離心機(jī)分離水回流濃縮池后，可彌補(bǔ)分離水不能直接排放的缺陷，濃縮池工藝選擇有待深入考察。
⑷福州市西區(qū)水廠的污泥脫水處理，采用干化床和離心機(jī)脫水均可達(dá)到33%以上，滿足脫水、減容、外運(yùn)的目的。前者占用土地多，后者經(jīng)常性電耗大，福州市區(qū)水廠污近期可以采用干化床工藝，遠(yuǎn)期的趨勢(shì)是采用機(jī)械方式脫水，工程實(shí)施中需近、遠(yuǎn)期結(jié)合進(jìn)一步做好工程技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 分析 。
參考 文獻(xiàn)：
1 水廠排泥水處理工藝技術(shù) 研究 ，上海市自來(lái)水公司，1991.10
2 福州市西區(qū)水廠污泥處理干化床工藝研究，福州市給排水工程設(shè)計(jì)院、同濟(jì)大學(xué)，1999.12
3 給水廠的污水及污泥處理，謝志平，安徽 科學(xué) 技術(shù)出版社，1998
4 Management of Water Treatment Plant Residuals,ASCE,AWWA,USEPA,USEPA,USEPA/625/R-95/008
5 污泥處置，金儒霖等， 中國(guó) 建筑 工業(yè) 出版社，1982
6 Water Treatment Handbook,degroment,1991
7 排泥水處理工程生產(chǎn)性研究，陳靜，同濟(jì)大學(xué)，1998
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