水厂排泥水的控制和处理
杨燕华，周夏海，朱先富
(得利满水处理系统<北京>有限公司，北京100026)
1 排泥水特点
净水厂的排泥水包括水厂水质净化过程中需要去除的污染物质，以无机成分为主，含有某些微生物和病菌。排泥水排放时具有间歇排放、排放浓度差异大、排泥水瞬时流量大的特点，总的排泥水量占每日水厂产水量的2%~10%左右，具有一定的回用价值。除了将排泥水全部排放之外，还有排泥水部分回用模式，以及排泥水全部回用模式。目前国内采用较多的排泥水回用模式为部分回用模式,通常是对反冲洗废水进行回用。水厂排泥水的控制和处理
水厂排泥水的控制和处理
杨燕华，周夏海，朱先富
(得利满水处理系统<北京>有限公司，北京100026)
1 排泥水特点
净水厂的排泥水包括水厂水质净化过程中需要去除的污染物质，以无机成分为主，含有某些微生物和病菌。排泥水排放时具有间歇排放、排放浓度差异大、排泥水瞬时流量大的特点，总的排泥水量占每日水厂产水量的2%~10%左右，具有一定的回用价值。除了将排泥水全部排放之外，还有排泥水部分回用模式，以及排泥水全部回用模式。目前国内采用较多的排泥水回用模式为部分回用模式,通常是对反冲洗废水进行回用。
2 排泥水水质水量控制方式
2.1 不同排泥水减量措施
① 砂滤池反冲洗废水
砂滤池在经过一段时间过滤或过滤达到规定的阻塞值后，需要进行反冲洗，反冲洗流出滤池的废水成为砂滤池反冲洗废水。得利满最早开发的V型滤池气洗、气水联合反冲模式可以大大减少反冲洗废水的排出量，达到减少反冲洗水量的目的，在国内广泛使用，也是EPA推荐的滤池反洗方式。得利满公司设计的V型滤池（Aquazur V®）的省水模式可以减少约23%的反冲洗水量。例如重庆某水厂在采用省水模式后，单个滤池的反冲洗水量从518 m3/次降低到401 m3/次。在保证出水水质的情况下，适当延长反冲洗的间隔时间也是减少排泥水量的重要方式。
② 炭滤池排泥水
炭滤池除了产生反冲洗废水之外，在长时间不工作或者反冲洗之后，会排出一部分初滤水。这部分初滤水带有细小的活性炭，最高浊度可以达到20~30 NTU。为了减少炭滤池的废水量，得利满公司设计的炭滤池（Carbazur GH）采取了以下优化措施:
a.炭滤池省水模式。与砂滤池省水模式类似，炭滤池省水模式可以节约20%左右的反冲洗水。
b.炭滤池反冲洗水量自动调整模式。反冲洗水将根据活性炭的膨胀进行自行调整，使活性炭层在反洗膨胀的同时，达到反冲洗水量最优的目的，在保证工艺效果的基础上，减少排泥水的水量。例如需要保持15%的活性炭反洗膨胀率，最高反洗水量同最低值相差约22%。
c.初滤水启动控制模式。为了尽可能减少初滤水排放，除了对单个炭滤池进行控制之外，还需要利用主PLC对整套炭滤池的运行进行优化控制，控制炭滤池的启动和停止时间，使初滤水尽量少排或不排，节约水耗。
③ 浓缩池排泥水
普通沉淀池或平流沉淀池的出泥浓度变化范围大，出泥浓度低，因此在污泥脱水之前，需设置浓缩池对沉淀池的排泥进行浓缩。在污泥浓缩的同时排出上清液。而原水处理工艺中采用了得利满公司高密度澄清池（Densadeg）的水厂，高密池排泥浓度为30~80 g/L，已经满足污泥脱水设备的进泥浓度要求，因此无需再设置浓缩池，而是用污泥储池取代，在正常运行过程中，污泥储池不会排出上清液。
④ 脱水机上清液
脱水机的上清液是排泥水的组成部分，其所携带的污染物质比以上各类排泥水携带的污染物质要多(见表1)。目前脱水机上清液通常采用直接排放的方式。无论是这部分上清液回流再利用或者直接排放，都需要尽可能提高脱水机上清液的固体回收率，减少上清液携带的污染物质。通过减少上清液携带的SS，可以大幅减少铝和铁的含量。
表1 水厂原水和污泥脱水上清液中铝、铁、锰的含量
据调查，常见脱水机的固体回收率分别为：板框脱水机>带式脱水机>离心脱水机。新型的脱水设备可以在获得高固体回收率的同时产出高含固率的脱水污泥，例如得利满公司在中国市场最新推出的新型活塞脱水机（DehydrisTM Twist）（见图1）,目前正在上海、福州等地进行的设备中试结果显示，在仅添加PAM作为调理剂时，该脱水机处理给水污泥时，上清液的SS值仅为20~50 mg/L，脱水污泥的含固率可以达到45%~55%。
图1 DehydrisTM Twist产出的滤液和脱水泥饼
2.2 排泥水处理方法
2.2.1 方式一
反冲洗废水处理单元与污泥排泥单元合建。沉淀池污泥与反冲洗水经过混合匀质后，进入浓缩储存池，上清液循环利用或进行后期处理，污泥进行处理(见图2)。需要注意的是高浓度的污泥（例如高密池产生的污泥）与反冲洗废水不能进行良好的混合，因此不推荐对浓度相差较大的两股排泥水使用方式一进行处理。
图2 排泥水处理方式一
优点:将浓度较低的沉淀污泥与反冲洗废水进行混合，可以采用同一个污泥处理构筑物；合理安排反冲洗水排水和澄清池排泥时间间隔，可以减少混合池的容积，节省初期投资。
缺点:排泥浓度低，泥量较大，排泥水处理构筑物和设备投资较大；仅用于污泥浓度较低的澄清池污泥。
2.2.2 方式二
反冲洗水进入反冲洗废水池进行沉淀，反冲洗废水池产生的清液根据需要进行回用或排放。反冲洗废水池沉淀后的反冲洗污泥同沉淀池污泥混合后进入后续污泥处理单元。
优点:反冲洗废水单独进行沉淀，相对于掺杂其他来水一起进行沉淀，单独沉淀更容易控制，效率更高；采用普通沉淀池进行沉淀，费用较低。
缺点:反冲洗废水池的底泥浓度同原水高密池的底泥浓度相差较大，因此原水高密池和排泥水沉淀池需要一起排泥，否则进入后续污泥处理单元的泥质将会出现较大波动，影响污泥处理系统的运行效果；原水高密池同排泥水沉淀池排泥过程相互制约，对于水厂的管理和水厂的稳定运行带来不利影响；相对于高密池，普通沉淀池的占地面积大，处理效果稍差。
2.2.3 方式三
反冲洗废水在混合池进行混合后，进入反冲洗废水高密池进行泥水分离。分离后的出水根据需要进行回用或排放。排泥水高密池分离出的污泥同原水沉淀池的出泥一同进入沉淀池或污泥储池，然后送入污泥处理设备。
优点:反冲洗废水单独进行沉淀，相对于掺杂其他来水一起进行沉淀，单独沉淀更容易控制，效率更高；原水高密池排泥浓度同反冲洗废水高密池的排泥浓度类似，因此无需搅拌池，也无需两者同时排泥，水厂的操作和管理容易，对后续污泥处理部分冲击小；采用高密池对反冲洗废水进行固液分离，较普通沉淀池效果明显提高；相对于普通沉淀池，高密池占地大幅减小。
缺点:一次性投资大，相对于普通沉淀池需要添加额外的混凝剂，运行费用稍高。
3 排泥水处理单元实例
3.1 天津新开河水厂（方式一）
新开河水厂设计规模为100万吨/天，采用平流沉淀池、V型滤池作为主要净水工艺。该项目设有排泥水回用系统，由得利满公司提供工艺设计、设备自控集成和系统调试。
由于原水平流沉淀池的污泥浓度较低，约为2~4 g/L,反冲洗废水沉淀池的排泥浓度为3~6 g/L。两股排泥性质类似，可以合二为一进行处理。在本项目中使用得利满公司的Densadeg高密池对上述两股污泥的混合液进行处理。
新开河水厂排泥水处理流程
原水平流沉淀池共16座，每日排泥26 300 m3，排泥浓度为2~4 g/L。
48座V型滤池每日排出反冲洗废水总量为24 192 m3，含固率约为0.2~0.5 g/L。
原水平流沉淀池约26 300 m3/d污泥与17 280 m3/d的废水沉淀池出泥一同进入污泥调节池。从调节池排出的污泥含固率约为2 g/L,送入高密池浓缩。
2座高密池，斜管面积为54 m2,每座处理量为960 m3/h，水力负荷约17 m3/(m2·h)。
沉淀池上清液回到原水进口端。
高密池浓缩后的污泥浓度为30 g/L,在污泥匀质池内暂时储存，然后由6台污泥脱水机进行脱水处理，脱水上清液排入市政管道，脱水污泥外运。
3.2 阜新水厂（方式二）
阜新水厂一期设计规模为15万吨/天，该水厂采用Densadeg®高密池、Aquazur V® V型滤池作为主要净水工艺。该项目设有排泥水回用系统，V型滤池反冲洗水进入反冲洗废水沉淀池，进行沉淀和调质。沉淀池的上清液回到水厂原水进口管道，沉淀池的沉淀污泥同原水高密池的沉淀污泥一同进入污泥缓冲池，之后送入污泥脱水机脱水，脱水上清液排入市政管道，脱水污泥外运。
阜新水厂排泥水处理流程
排泥水系统采用反冲洗废水处理系统和高密池排泥水处理系统分建方式。两个系统的污泥合二为一，混合后统一处理。水厂没有浓缩池排泥水，脱水上清液直接排放。滤池反冲洗废水在经过澄清沉淀之后，上清液回到原水进口得以回收。
原水高密池共3座，每座最大设计处理能力为6 563 m3/h。高密池每日排泥242 m3，排泥浓度为30 g/L。
V型滤池8座，单座V型滤池反冲洗清水用量为232 m3，此外需要考虑149 m3V型滤池进水作为扫洗水，单池反冲水总计380m3。全厂每日排出反冲洗水约3 000m3，含固率约为0.2~0.3 g/L。
2座废水收集池，每座容纳一次反冲洗水量，并保有一定的富余度，在该项目中废水收集池的单池容积为490 m3。废水收集池的沉淀速度设定为1 m/h，水平流速为0.022 m/s,收集池的表面积为163 m2。沉淀池沿进水方向设计成斜坡，坡度约10%，以便沉淀污泥可以随水流方向向污泥坑内汇集。
废水收集池的溢流液作为回用水，回到原水进水端。回用水量为3 040 m3/d，占总水量的2%。
废水收集池内废水停留约2~4 h，污泥浓度为2~10 g/L，计算浓度为5 g/L。废水收集池污泥量为145 m3/d。
污泥缓冲池接纳废水收集池和原水高密池的污泥。来自废水收集池的泥量相对稳定。由于原水水质不同，从原水高密池排入的污泥量差异较大。例如原水浊度为5~10 NTU时，原水高密池每日排入233 m3污泥。而原水浊度为300 NTU时，原水高密池每日排泥485 m3。
污泥缓冲池按照正常运行最大污泥量进行设计，考虑到离心机的运行工况，污泥在缓冲池内的停留时间选择为24 h，选用2座单池容积为200 m3的缓冲池。按照最大污泥量进行复核，停留时间为15.2 h。
脱水系统配置两台脱水机，一用一备。根据不同工况，离心机采取不同运行方式。正常运行状态下，离心机每日工作8~12 h，在水厂极限负荷下，两台脱水机24 h连续运行。
3.3 杨树浦水厂（方式三）
上海杨树浦水厂距今已经有125年历史，近期扩建了36万吨/天的产水能力。得利满公司为其提供了工艺设计、设备自控集成和系统调试。为了符合上海市供水专业规划“要求结合供水水厂的工程建设，以及现有各供水水厂实际情况和可能性，加快实施上海市供水水厂排泥水处理工程的进程”，该新建项目设有排泥水处理工程。
杨树浦水厂的排泥水系统的反冲洗废水处理系统和高密池排泥水处理系统分别建设。两个系统排出的污泥合二为一，混合后统一处理。系统中没有浓缩池排泥水，脱水机上清液排泥水直接排放，作为滤池反冲洗水的排泥水在经过处理之后，送入原水进口进行回用。回用水水量稳定，为7 300 m3/d，占总水量的2%。
原水经过Densadeg®高密池和Aquazur V®V型滤池去除水中的SS和其他污染物质，V型滤池出水经过臭氧-活性炭处理系统流入清水池。
原水高密池4座，进水SS浓度最高达到300 mg/L，平均为80 mg/L。每天产生污泥约33.7 tDS，560 m3浓缩污泥。在进水含固率达到最高值时，将产生850 m3/d浓缩污泥。
V型滤池10座，反冲洗周期为24 h。每次反冲洗排放废水约685~730 m3，排放浓度为0.4 g/L。
废水缓冲池2座，每座730 m3，用于容纳2次反冲洗废水。缓冲水池仅作为暂存和混合用，不起沉淀作用。
使用排泥水高密池对反冲洗废水进行固液分离。排泥水高密池进水SS浓度约200~400 mg/L，适用于高密池进行处理。全厂设置一座排泥水高密池，处理能力为 480 m3/h，水力负荷为19.2 m3/(m2·h)，固体负荷为7.68 kg/(m2·h)，高密池占地约70 m2。通过浓缩，排泥水高密池底部污泥浓度为30 g/L，每天排泥约为97 m3（最大量）。
排泥水高密池污泥同原水高密池污泥一起进入污泥匀质池。污泥匀质池按照最大进泥量条件下，38 h停留时间设计。选用2座单池容积为680 m3的圆柱形池体。
脱水机采用3用1备的设计，处理能力为1.1~1.4 tDS/h。原水进水SS浓度<150 mg/L时，运行两台离心机。进水SS浓度超过150 mg/L时，运行三台离心机。离心机脱水污泥含固率为20%~25%，上清液排入下水管道。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2014年第18期“给水深度处理及饮用水安全保障技术交流会专题”栏目）
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