許建華
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092)

　　摘　要：探討了自來水廠排泥水處理技術(shù)的若干問題，諸如正確確定自來水廠的污泥干固體產(chǎn)量的方法，減少自來水廠沉淀池的排泥水水量的措施，設(shè)置污泥調(diào)蓄均衡池的必要性等。指出自來水廠的排泥水處理工作應(yīng)從對(duì)具體水廠的排泥水水質(zhì)特性分析出發(fā)，注意自來水廠污泥和污水廠污泥之間的本質(zhì)差別。
　　關(guān)鍵詞：自來水廠；排泥水處理；污泥濃縮；污泥脫水；污泥調(diào)蓄均衡池
　　中圖分類號(hào)：TU991.6
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)12-0025-03

　　自來水廠排泥水若不經(jīng)處理就排入江河湖泊等水體，會(huì)成為水體的重要污染源，并淤積抬高河床，影響江河的航運(yùn)和行洪排澇能力。搞好自來水廠排泥水處理，在改善水環(huán)境的同時(shí)，還可回收利用占水廠供水量2%～4%的水量，在一定程度上可緩解水資源緊缺的矛盾。我國(guó)近2 800個(gè)城市自來水廠今后如陸續(xù)著手建設(shè)排泥水處理工程，這將是涉及數(shù)百億元巨額基建投資能否合理使用、能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期工程效應(yīng)和環(huán)境效益的重大現(xiàn)實(shí)問題。

1　污泥干固體產(chǎn)量的取值

　　排泥水處理工程設(shè)計(jì)中，除了必須確切掌握水廠的混凝沉淀池排泥水日產(chǎn)水量、濾池沖洗廢水的日產(chǎn)水量和單格濾池一次沖洗廢水量外，更重要的是必須對(duì)水廠污泥干固體日產(chǎn)量的設(shè)計(jì)規(guī)模進(jìn)行合理取值，它直接影響污泥脫水機(jī)械的選型配置、設(shè)備及構(gòu)筑物的配備和設(shè)計(jì)、工程投資和工程的正常運(yùn)行。
　　水廠排泥水中的污泥干固體由原水中的泥砂、腐殖質(zhì)、藻類等懸浮雜質(zhì)和水廠投加的混凝劑、助凝劑等兩部分組成，前者占主要比例。
　　與原水中懸浮雜質(zhì)含量密切相關(guān)的檢測(cè)項(xiàng)目主要是原水濁度值。濁度儀是根據(jù)光源通過被測(cè)水的散射光強(qiáng)弱來測(cè)定濁度的光學(xué)儀器，能有效檢測(cè)水中屬膠體粒徑范圍的雜質(zhì)顆粒。
　　由于不同源水中的懸浮顆粒大小、組成和形狀各不相同，因此各種源水的濁度值并不一定可按某固定比值直接換算成SS值(mg/L)。故在進(jìn)行排泥水處理工程設(shè)計(jì)之前，一般應(yīng)先對(duì)全年不同時(shí)段的水源水取樣進(jìn)行濁度(NTU)值和SS值的系列同步檢測(cè)對(duì)比，并對(duì)所獲大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸和相關(guān)分析，得出濁度與SS值之間的相關(guān)關(guān)系，再根據(jù)源水具體情況和近年原水濁度資料的概率統(tǒng)計(jì)分析等，合理確定該水廠污泥干固體量(DS)的日處理規(guī)模。否則，估算的干污泥(DS)日處理量可能與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)，甚至可能差兩倍以上，嚴(yán)重影響工程建設(shè)的合理性。

2　平流沉淀池的排泥方式

　　我國(guó)許多自來水廠的平流式沉淀池，其機(jī)械排泥采用定時(shí)啟動(dòng)吸泥機(jī)、沿池長(zhǎng)全程吸除池底積泥的自動(dòng)排泥方式。由于平流沉淀池的池底沉泥主要集中在絮凝池前端的1/3池長(zhǎng)范圍，因此由沉淀池后端的2/3池長(zhǎng)范圍排出的泥水往往含固率很低，導(dǎo)致水廠平流沉淀池的排泥水量較多。建議將機(jī)械排泥方式改為按池底積泥規(guī)律實(shí)行智能化自動(dòng)分段有效排泥的方式。具體做法是：在吸泥機(jī)下端離池底適當(dāng)高度處設(shè)置超聲波污泥界面監(jiān)測(cè)儀，當(dāng)沉淀池前端池底積泥達(dá)一定厚度時(shí)，污泥界面監(jiān)測(cè)儀自動(dòng)啟動(dòng)吸泥機(jī)吸除；沉淀池后端因積泥較少，可設(shè)定在對(duì)前端的吸泥往返二或三個(gè)行程后，再沿整個(gè)沉淀池長(zhǎng)度全程運(yùn)行排泥一次。這樣的智能化自動(dòng)分段排泥方式可顯著減少排泥水量、節(jié)水、節(jié)能，還能相應(yīng)減少排泥水調(diào)節(jié)池、濃縮池等的基建和運(yùn)行費(fèi)用。關(guān)于智能化排泥中前端池底積泥厚度的設(shè)定，應(yīng)以防止積泥時(shí)間過長(zhǎng)可能導(dǎo)致池底泥質(zhì)腐化、影響沉淀池水質(zhì)為原則。

3　排泥水的分類處理

　　各自來水廠的排泥水處理系統(tǒng)有將沉淀池排泥水和濾池沖洗廢水兩類排泥水合并處理和分別處理的兩種選擇。處理工藝流程參見圖1。

　　沉淀池(或澄清池)排泥水中的懸浮雜質(zhì)含固率一般均高于0.3%，比濾池沖洗廢水的含固率高20～30倍以上，如實(shí)行沉淀池智能化合理排泥，則排泥水含固率可能達(dá)1%左右。濾池沖洗廢水水量明顯多于沉淀池排泥水水量，合并處理工藝雖省卻了廢水調(diào)節(jié)池，減少了基建投資和占地，但沉淀池排泥水卻被濾池沖洗廢水極度稀釋而非常不利于污泥濃縮，濃縮池也因處理水量大、濃縮效果差而需增加基建投資和占地，因此宜采用分別處理工藝。分別處理時(shí)，廢水調(diào)節(jié)池中的水勻化后，一般可以用水泵輸往絮凝沉淀池前作原水使用；也可將廢水調(diào)節(jié)池底沉積集中的沉泥液用泵打入濃縮池濃縮，其余上清液用泵輸至絮凝沉淀池前作原水使用。

4　濃縮池類型和構(gòu)造

　　排泥水含固率一般均低于1%，需經(jīng)濃縮池進(jìn)行重力式固液分離，要求濃縮污泥含固率達(dá)3%～4%左右，以滿足后續(xù)污泥脫水機(jī)械高效率污泥脫水的需要。
　　連續(xù)流重力式排泥水濃縮池有多種不同池型和構(gòu)造形式，分為一般的排泥水濃縮池和設(shè)有斜板的排泥水濃縮池兩類，后者可有效提高濃縮過程中的固體通量，從而顯著減小濃縮池面積。
　　由于自來水廠的污泥與污水廠的污泥在有機(jī)成分的比例、污泥組成、污泥密度和性質(zhì)等方面均有根本區(qū)別，因此這兩類污泥濃縮池的固體通量和固形物在濃縮池中的平均停留時(shí)間等設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)迥然不同。由于原水中懸浮雜質(zhì)的顆粒組成分布和水中藻類含量等不同，也影響排泥水中的固體顆粒沉速和固液分離性能等，因此在設(shè)計(jì)不同水源水的水廠排泥水濃縮池的面積之前，一般應(yīng)進(jìn)行合適的沉淀池排泥水靜態(tài)沉降試驗(yàn)、甚至動(dòng)態(tài)沉降試驗(yàn)，以取得較確切的濃縮池固體通量等設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　水廠排泥水在濃縮池中的顆粒沉降是具有一定絮凝作用的擁擠沉降過程，排泥水應(yīng)從濃縮池液面以下一定深度進(jìn)入池中進(jìn)行濃縮。斜板濃縮池不能采用下向流方式進(jìn)行固液分離，而要用側(cè)向流與上向流相結(jié)合的方式進(jìn)行排泥水的固液分離之濃縮過程。
　　為了有效促進(jìn)濃縮池中污泥顆粒之間的均勻絮凝，濃縮池下部應(yīng)設(shè)置與池底刮泥裝置組裝在一起的能緩慢攪拌污泥的直桿攪拌裝置。

5　污泥調(diào)蓄均衡池的設(shè)置

　　自來水廠的污泥濃縮池排出的含固率為3%～4%左右的濃縮污泥，一般直接被輸至污泥脫水機(jī)房進(jìn)行機(jī)械脫水。1998年建成投產(chǎn)的上海閔行一水廠的排泥水處理系統(tǒng)，首次在污泥濃縮池和污泥離心脫水機(jī)房之間設(shè)置了一座起調(diào)節(jié)勻化濃縮污泥作用的污泥調(diào)蓄均衡池。
　　污泥脫水機(jī)械為維持較高的機(jī)械運(yùn)行功效和出泥含固率(一般要求達(dá)35%以上)，要求進(jìn)脫水機(jī)的濃縮污泥含固率能保持穩(wěn)定。設(shè)置適當(dāng)池容的污泥調(diào)蓄均衡池能滿足這種要求，特別是對(duì)供水量規(guī)模較大或使用周期性間歇運(yùn)作的板框壓濾污泥脫水機(jī)的水廠更適用。

6　聚丙烯酰胺的合理選擇

　　為了改善自來水廠污泥的脫水性能，濃縮污泥進(jìn)行污泥機(jī)械脫水前一般應(yīng)均勻加入適量的有機(jī)高分子聚合物如聚丙烯酰胺(PAM)來降低污泥比阻，使其易于脫水。聚丙烯酰胺有陰離子型、陽離子型和非離子型三類，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面綜合衡量，通過試驗(yàn)篩選適合的PAM類型和品牌。
　　污水廠的污泥中以含有機(jī)成分的親水性膠質(zhì)微粒為主，膠粒Zeta電位負(fù)電性較強(qiáng)，則在污泥進(jìn)行機(jī)械脫水時(shí)一般先加入適量的陽離子型PAM，起中和膠粒的電性及微粒間架橋絮凝作用，使污泥容易脫水；自來水廠的污泥以泥砂等無機(jī)成分的膠粒為主，且在水廠凈水過程中已加過鋁鹽或鐵鹽混凝劑，膠粒Zeta電位負(fù)電性明顯降低，加入適量PAM主要促使泥粒間架橋絮凝和降低污泥比阻。實(shí)驗(yàn)室小試和水廠生產(chǎn)性試驗(yàn)均證實(shí)：陰離子型PAM與陽離子型PAM在投加率相近(陽型投加率一般略高于陰型)的情況下，均效果良好。由于陽離子型PAM的價(jià)格約比陰離子型PAM高1倍，因此宜選用丙烯酰胺單體含量低于0.05%的陰離子型PAM。非離
子型PAM因溶解速度慢，一般不用于污泥調(diào)理。

7　污泥脫水機(jī)械的選型

　　目前采用的污泥脫水機(jī)械主要有帶式壓濾機(jī)、膜式板框壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)三種類型。
　　①帶式壓濾機(jī)
　　帶式壓濾機(jī)可連續(xù)自動(dòng)化運(yùn)行，在污泥壓濾脫水工作的同時(shí)，連續(xù)用水沖洗濾布。該設(shè)備投資較少、能耗較低、噪聲小，但污泥脫水過程中的污泥截留率較低，機(jī)房水、氣環(huán)境較差，脫水污泥的含固率較低，脫水設(shè)備占地較大，故干泥量較小的水廠可考慮選用。
　　②板框壓濾機(jī)
　　目前推廣應(yīng)用新型的膜式板框壓濾機(jī)，其對(duì)進(jìn)泥含固率要求較低(一般2%～3%即可)，而出泥含固率高于帶式壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)，可減少脫水泥餅的外運(yùn)處置費(fèi)用。它的運(yùn)行過程是周期性地泵入污泥壓濾和間歇脫除泥餅，需周期性沖洗濾布，整個(gè)操作過程較繁雜。該設(shè)備投資和占地大、噪聲較小。
　　③離心脫水機(jī)
　　離心脫水機(jī)可連續(xù)自動(dòng)化運(yùn)行，設(shè)備效率高、占地少、管理方便、機(jī)房環(huán)境清潔，是近幾年推廣應(yīng)用較快的污泥脫水機(jī)。該離心機(jī)由于高速旋轉(zhuǎn)，故對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片等部件的耐磨性要求高，對(duì)離心機(jī)的制造材質(zhì)和加工精度也要求嚴(yán)格，以保障長(zhǎng)期自動(dòng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。該設(shè)備的主要缺點(diǎn)是噪聲和投資較大。
　　污泥脫水機(jī)械選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合水廠規(guī)模、場(chǎng)地條件、管理?xiàng)l件和污泥性質(zhì)等實(shí)際情況，從設(shè)備運(yùn)行可靠性、系統(tǒng)自動(dòng)化程度、污泥脫水效果、建設(shè)投資和處理成本等方面綜合考慮進(jìn)行合理選型，并注意與PAM溶投設(shè)備、污泥濃縮池、脫水機(jī)和脫水污泥傳輸?shù)认嚓P(guān)設(shè)備的配套協(xié)調(diào)。

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　　收稿日期：2001-07-31