自來(lái)水廠從污染較少的地方遠(yuǎn)距離引水，雖然水質(zhì)有所改善，但提高了制水成本。而自來(lái)水公司將未經(jīng)處理的大量濾池反沖洗廢水和沉淀池排泥水直接排入江河，不僅導(dǎo)致航道淤積，還對(duì)水體環(huán)境造成一定程度的負(fù)面影響。因此，上海市自來(lái)水公司在閔行水廠(處理規(guī)模7×104 t/d)進(jìn)行了排泥水處理技術(shù)和工程生產(chǎn)性研究，投入運(yùn)行后取得良好效果。

1 排泥水特性研究

1.1 原水濁度與SS的相關(guān)關(guān)系

污泥總量是以水中SS含量計(jì)算的，不同水源、不同季節(jié)(潮汐河流)的不同濁度都可能影響其與SS的相關(guān)關(guān)系。閔行水廠一車間1997年12月—1998年2月原水濁度與SS的關(guān)系見(jiàn)圖1。

經(jīng)分析可知：
① 測(cè)得的濁度：最高為80 NTU，最低為25 NTU，平均為42.3 NTU。
② 測(cè)得的SS值：最高為130 mg/L，最低為43 mg/L，平均為83.54 mg/L。
③ 從50個(gè)數(shù)據(jù)分析可得，濁度值低于60 NTU的占90%，經(jīng)統(tǒng)計(jì)濁度與SS的相關(guān)關(guān)系方程為：

y＝2.154 8x-7.202 4
R2＝0.9571

④ 由于試驗(yàn)過(guò)程中黃浦江上游閔行江段濁度低于80 NTU，而最大幾率在25～60 NTU之間，故高于60 NTU時(shí)與SS的相關(guān)關(guān)系有待于作進(jìn)一步研究。

1.2 排泥水污泥總量估算

水廠排泥水中污泥總量的估算涉及到工程土建規(guī)模、脫水機(jī)械和機(jī)泵設(shè)備的容量配置，是確定工程規(guī)模和投資成本的重要依據(jù)。

一車間排泥水污泥總量估算采用英國(guó)水處理研究中心《污泥處理指南》一書中提供的排泥水中污泥含量計(jì)算公式：

DS＝SS+0.2B+1.53C＝2A+0.2B+1.53C
式中　DS——水中干污泥含量，mg/L
　　　　SS——原水中懸浮固體量，mg/L
　　　　A——去除的濁度，NTU
　　　　B——去除的色度
　　　　C——投加的硫酸鋁(以氧化鋁計(jì))

根據(jù)1994年—1996年原水濁度統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)干污泥量見(jiàn)表1。

表1　預(yù)計(jì)干污泥量

水廠制水系數(shù)取1.07，一車間日處理水量：
Q＝6.67×10.4 m3/d×1.07=7.137×104 m3/d
則平均日產(chǎn)干污泥量：
W＝71 370 m3/d×(167.6×10-6 t/m3)=11.96 t/d
最低日產(chǎn)干污泥量W＝2.36 t/d
最高日產(chǎn)干污泥量W＝40.99 t/d

本項(xiàng)目以濁度＝80 NTU來(lái)考慮土建規(guī)模和設(shè)備容量的配置。

1.3 排泥水自然沉降特性

不同含固率排泥水的自然沉降特性見(jiàn)圖2。

由圖2可知，排泥水污泥在自然沉降過(guò)程中，污泥沉降速率隨時(shí)間的增長(zhǎng)不斷減小，而且不同含固率的沉降特性明顯不同。含固率較低時(shí)，初始階段污泥沉降速度很快，較快到達(dá)壓密點(diǎn)，且在壓密點(diǎn)附近沉降曲線明顯轉(zhuǎn)折。隨著排泥水含固率的增高，污泥界面的下降速率越來(lái)越慢，歷時(shí)曲線逐步趨于平緩，壓密點(diǎn)不明顯。圖中各排泥水沉降時(shí)含固率的變化數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 排泥水污泥自然沉降含固率變化

由表2可知，3 h后的濃縮污泥和24 h后穩(wěn)定污泥的含固率隨著排泥水初始含固率的升高而升高。經(jīng)過(guò)3 h自然沉降，底部污泥含固率都達(dá)到4%以上，能滿足后續(xù)機(jī)械脫水設(shè)備要求。

2 排泥水處理工藝

經(jīng)一車間排泥水沉降特性試驗(yàn)和污泥粒徑大小測(cè)試，確定工藝流程如圖3。

從圖3可以看到，水廠排泥水處理工藝流程主要由五部分組成：截留池、濃縮池、污泥平衡池、聚合物投加系統(tǒng)、離心機(jī)脫水機(jī)房。本流程系統(tǒng)有2個(gè)物料進(jìn)口，即截留池的排泥水進(jìn)口和高分子絮凝劑PAM加注口；有2個(gè)物料出口，即濃縮池上清液排放口和螺旋輸送器的泥餅出口。離心機(jī)分離水回收至排泥水截留池。

2.1 沉淀池排泥水的收集

經(jīng)沉淀池排泥水量實(shí)測(cè)，沉淀池兩旁虹吸排泥管全開時(shí)排出量為3 680 m3/d，平均為150 m3/h。沉淀池排泥水收集主要由虹吸式吸泥機(jī)或經(jīng)穿孔排泥管排出，靠重力流向截留池。截留池直徑D＝8 m,池深H＝4.8 m，有效調(diào)節(jié)容積為100 m3。池內(nèi)裝有攪拌機(jī)(到達(dá)一定水位開始攪拌)以防止污泥沉淀。截留池出水選用兩臺(tái)潛水泵提升(一用一備)，其中一臺(tái)由變頻控制并能相互切換，Q＝37.5～150 m3/h，揚(yáng)程H＝93.1 kPa。截留池內(nèi)安裝液位儀，控制攪拌機(jī)的開啟和傳送水位信號(hào)至PLC控制中心。潛水泵出口處安裝電磁流量?jī)x，既可現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，又可傳送信號(hào)至PLC控制中心。

2.2 排泥水的濃縮

污泥濃縮池為地面式現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)8.0 m，寬5.9 m，深5.4 m，設(shè)計(jì)流量160 m3/h，設(shè)計(jì)輸出污泥濃度≥5% DS，進(jìn)入濃縮池排泥水濃度≤1% DS。污泥濃縮池底部設(shè)有刮泥機(jī)一臺(tái)，用于收集底部濃縮污泥。

污泥濃縮池的主要處理部分是斜板濃縮裝置。共有斜板228塊，斜板高h(yuǎn)＝2m，長(zhǎng)L＝2.5m，寬B＝1m，傾角θ＝53°，斜板間距d＝8cm。

其有效沉淀面積為：

A＇=(dsinθ+Lcosθ)nB=(0.08×0.8+2.5×0.6)×228×1=356m2

折算成同等高度的平流式沉淀池，其相對(duì)停留時(shí)間為：

T＇=A＇h/Qmax＇=356×2/150=4.75h

從上述計(jì)算中可以看出，濃縮池的相對(duì)停留時(shí)間大于3 h，能滿足濃縮要求。

排泥水濃縮池?fù)?dān)負(fù)著雙重使命，即清濁分流。當(dāng)?shù)撞课勰酀舛扔?jì)測(cè)得含固率達(dá)到一定控制指標(biāo)時(shí)，通過(guò)PLC接受一定信號(hào)，指令污泥切割機(jī)和污泥泵開啟，將污泥排入平衡池，當(dāng)污泥濃度低于某一數(shù)值時(shí)，PLC指令污泥切割機(jī)和污泥泵停止工作。

隨著截留池排泥水不斷進(jìn)入濃縮池，其上清液不斷外排。對(duì)污泥濃縮池進(jìn)行了連續(xù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

從所獲得的18個(gè)SS及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，濃縮池排出上清液中SS平均濃度為61.6 mg/L，最大值為77 mg/L。在進(jìn)水水質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)行情況下，上清液中的SS濃度有下降趨勢(shì)，最低可達(dá)17 mg/L，表明連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行有利于提高濃縮池的清污分離效果。測(cè)定結(jié)果也完全符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 污泥平衡池

斜板濃縮后的污泥經(jīng)安裝在管道上的污泥切割機(jī)(用于打碎顆粒較大的固體，保護(hù)后續(xù)處理設(shè)備的安全)由三臺(tái)偏心螺旋泵(兩用一備)送至污泥平衡池。為防止污泥沉降，平衡池內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)一臺(tái)，轉(zhuǎn)速480 r/min。此外，還安裝了液位儀(控制攪拌機(jī)的啟動(dòng)和停止)和污泥濃度計(jì)(作為脫水機(jī)污泥處理量和PAM加注量的依據(jù))等在線控制檢測(cè)儀表。

2.4 離心機(jī)脫水

一車間的原水取自黃浦江上游，濁度較高，約70～80 NTU，在水處理過(guò)程中投加硫酸鋁等混凝劑。據(jù)測(cè)定，污泥中SiO2含量達(dá)50%以上，Al2O3含量在17%～20%左右，有機(jī)成分灼燒減量為10%～13%。污泥中無(wú)機(jī)成分含量高，無(wú)明顯的親水性，污泥離心脫水較容易。根據(jù)排泥水污泥顆粒粒徑大小的分析，選用DSNX—4550離心機(jī)作為固液分離主要脫水機(jī)械。

DSNX—4550離心脫水機(jī)進(jìn)泥含固率4%時(shí)處理量15 m3/h，進(jìn)泥含固率5%時(shí)處理量12 m3/h,轉(zhuǎn)筒Ø 450/266 mm，轉(zhuǎn)筒長(zhǎng)度與直徑比為4.17，錐角為10°，離心機(jī)最大轉(zhuǎn)筒速度3 250 r/min，工作速度2 600、2 900 r/min。

影響污泥離心脫水效果的因素很多，歸納起來(lái)有如下三種，即：不可調(diào)節(jié)機(jī)械因素；可調(diào)節(jié)機(jī)械因素；工藝因素。要使離心機(jī)能達(dá)到預(yù)期的固液分離效果，在確定機(jī)械型號(hào)(不可調(diào)節(jié)機(jī)械因素)之后，可以調(diào)整“可調(diào)節(jié)機(jī)械因素”。如改變離心機(jī)轉(zhuǎn)筒速度，調(diào)節(jié)G的作用力，使分離因數(shù)增大，有利于固液分離；反之，減小轉(zhuǎn)筒速度使分離因素減小，則不利于固液分離。但是，過(guò)分增大轉(zhuǎn)筒速度，必定增大機(jī)器的磨損，產(chǎn)生大的噪音。

選擇不同的擋板來(lái)調(diào)節(jié)液體水位(池子深度)，可使分離水達(dá)到最佳清澈度和泥餅最佳干燥度之間的平衡。總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)整個(gè)液體半徑減小時(shí)，分離水變得更加透明，泥餅含水率增高。又如：轉(zhuǎn)速差越大；污泥在離心機(jī)內(nèi)停留時(shí)間越短，泥餅含水率就越高，分離水含固率就可能越大；反之，轉(zhuǎn)速差越小，污泥在離心機(jī)內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)，固液分離越徹底，但必須防止污泥堵塞?？傊?，可利用轉(zhuǎn)速差進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)以補(bǔ)償進(jìn)料中變化的固體含量。

此外，還可以調(diào)整工藝因素。當(dāng)污泥性質(zhì)已經(jīng)確定時(shí)，可以改變進(jìn)料投配速率，減少投配量利于固液分離；增加絮凝劑加注率，可以加速固液分離速度，并使分離效果好。

2.5 工藝的自動(dòng)化控制

項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，對(duì)如何自動(dòng)控制整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了可行的自控模式，使系統(tǒng)在PLC中央控制下達(dá)到無(wú)人自動(dòng)運(yùn)行的程度。

針對(duì)圖3工藝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行主要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：

① 排泥水截留池自動(dòng)控制
控制輸送泵、攪拌器的開停。

② 自動(dòng)排放濃縮池的底部濃縮污泥
利用濃度計(jì)測(cè)定值的上下限控制濃縮池排放污泥泵的開停，達(dá)到污泥排放自控。

③ 平衡池污泥液位控制
控制攪拌器、濃縮池排放污泥泵、離心機(jī)進(jìn)泥污泥泵的開停以達(dá)到平衡池不溢出，不排空。

④ 自動(dòng)配制PAM溶液和自動(dòng)投加藥量
對(duì)離心脫水機(jī)的PAM加注進(jìn)行自動(dòng)控制。根據(jù)離心脫水機(jī)進(jìn)泥量和平衡池污泥濃度指示值控制加藥量。

⑤ 當(dāng)某泵發(fā)生故障時(shí)，切換備用泵以保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。

⑥ 協(xié)調(diào)排泥水處理工程整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行
采用SLC 500小型可編程控制器作為中央控制，可使控制靈活、顯示直觀、設(shè)置簡(jiǎn)便、操作容易。

3 運(yùn)行結(jié)果

采用離心機(jī)對(duì)水廠排泥水濃縮污泥進(jìn)行固液分離，需選擇最佳工藝參數(shù)。研究了進(jìn)入離心機(jī)的濃縮污泥含固率的要求范圍，進(jìn)料量(裝機(jī)容量)，最大產(chǎn)量，離心機(jī)差速、轉(zhuǎn)速，不同類型聚丙烯酰胺(PAM)加注率、投加濃度對(duì)離心機(jī)脫水后的污泥含固率、分離水SS值和回收率的影響。

3.1 陽(yáng)離子型PAM 加注率

陽(yáng)離子PAM加注率與污泥回收率、泥餅含固率的關(guān)系見(jiàn)圖5。從中可以得出如下結(jié)論：

① 在一定的產(chǎn)量下，當(dāng)PAM加注率＞0.1%時(shí)，隨PAM加注率的增加，污泥回收率也增加；當(dāng)PAM加注率為0.1%時(shí)，污泥回收率即可達(dá)到99%。
② PAM加注率為0.08%～0.16%時(shí)均可保證離心機(jī)出泥含固率≥43%。
③ 使用陽(yáng)離子型PAM處理后分離水色度(目測(cè))較低，脫色效果較佳。

3.2 陰離子型PAM加注率

陰離子型PAM加注率與污泥回收率、泥餅含固率的關(guān)系見(jiàn)圖6。從中可以得出如下結(jié)論：

① 在一定的產(chǎn)量下，當(dāng)PAM加注率>008%時(shí)，隨PAM加注率的增加，污泥回收率也增加；當(dāng)PAM加注率為0.08%時(shí)，污泥回收率即可達(dá)到99%。
② PAM加注率為0.08%～0.23%時(shí)均可保證離心機(jī)出泥含固率≥42%。
③ 使用陰離子型PAM處理后分離水色度(目測(cè))較高，脫色效果不佳。

3.3 進(jìn)泥流量和產(chǎn)量
進(jìn)泥流量和產(chǎn)量與污泥回收率、泥餅含固率的關(guān)系見(jiàn)圖7。

從圖7中可以得出以下結(jié)論：

① 在產(chǎn)量達(dá)1 248 kg/h，進(jìn)泥流量達(dá) 16 m3/h的情況下，仍可取得良好的處理效果。通常運(yùn)行條件為產(chǎn)量640 kg/h，進(jìn)泥流量10m3/h。
② 進(jìn)泥流量范圍為6～16 m3/h情況下，污泥回收率均在98%以上，泥餅含固率≥42%。

3.4 進(jìn)泥濃度對(duì)泥餅含固率的影響
進(jìn)泥濃度與污泥回收率、泥餅含固率的關(guān)系見(jiàn)圖8。

從圖8中可以得出以下結(jié)論：

離心機(jī)對(duì)進(jìn)泥濃度的要求不高，在3%～6.5%范圍內(nèi)均可保證較高的污泥回收率(≥98.9%)和泥餅含固率(≥43%)。

3.5 離心機(jī)差速對(duì)泥餅含固率的影響

差速對(duì)泥餅含固率和分離水SS值的影響見(jiàn)圖9。從中可以得出以下結(jié)論：

① 差速范圍在7～11 r/min時(shí)，泥餅含固率均大于44%，分離水SS值為166～218 mg/L。但當(dāng)差速高達(dá)12 r/min時(shí)，污泥含固率降低，僅為39%；分離水SS值較高。

② 差速基本上對(duì)泥餅含固率影響不大，但應(yīng)視進(jìn)泥濃度和裝機(jī)容量選擇相應(yīng)差速。進(jìn)泥量大時(shí)，差速太小可能堵塞離心機(jī)；差速太大，出泥泥餅含固率會(huì)降低。

3.6 運(yùn)行工藝參數(shù)

從工程運(yùn)行結(jié)果可得出閔行水廠一車間排泥水處理離心機(jī)運(yùn)行最佳工藝參數(shù)。
① 進(jìn)離心機(jī)濃縮污泥濃度：3%～7%；
② 對(duì)PAM藥劑來(lái)說(shuō)，陽(yáng)離子型和陰離子型都可用；
③ PAM加注率為1.0～1.5 kg/t干泥；
④ PAM儲(chǔ)液配制濃度：陽(yáng)離子型0.5%，陰離子型0.3%；
⑤ PAM投加濃度：0.2%；
⑥ 離心機(jī)轉(zhuǎn)速：2 600 r/min和2900 r/min；
⑦ 離心機(jī)差速：5～12 r/min。

離心機(jī)在上述工藝參數(shù)情況下，對(duì)水廠排泥水進(jìn)行處理，可以得出如下結(jié)論：
① 陽(yáng)離子PAM加注率為0.1%～0.15%(kg/t干泥)時(shí)，污泥回收率＞99%，泥餅含固率≥43%；
② 陰離子PAM加注率為0.08%～0.15%(kg/t干泥)時(shí)，污泥回收率＞99%，泥餅含固率≥42%；
③ 投加陽(yáng)離子時(shí)，分離水佳；投加陰離子時(shí)，分離水色度較差。

4 結(jié)論

① 閔行水廠排泥水處理工藝選擇合理，設(shè)計(jì)先進(jìn)，占地面積小，運(yùn)行管理方便，固液分離效果好，泥餅含固率高，分離水清，污泥回收率高。
② 離心脫水機(jī)可作為上海黃浦江水系水廠排泥水固液分離首選脫水機(jī)械，其密封運(yùn)行，操作方便，自動(dòng)調(diào)節(jié)差速，出泥含固率高，環(huán)境衛(wèi)生，耗藥量低，對(duì)進(jìn)泥含固率要求幅度寬，分離水質(zhì)好。
③ 合理設(shè)計(jì)斜板濃縮池，能緩解進(jìn)濃縮池排泥水濃度的波動(dòng)，確保上清液外排水質(zhì)量達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
④ 本工程主要運(yùn)行參數(shù)：
濃縮池上清液SS＜100 mg/L；
濃縮污泥可自動(dòng)控制在含固率3%～13%；
離心機(jī)產(chǎn)干泥量400～1 200 kg/(h·臺(tái))；
離心機(jī)進(jìn)行固液分離，藥劑PAM投加量在1.0～1.5 kg/t干泥，聚丙烯酰胺陰離子型和陽(yáng)離子型都能適合離心機(jī)固液分離污泥調(diào)制藥劑；
離心機(jī)處理濃縮污泥，污泥回收率在99%以上，分離水SS值≤400 mg/L。

參考文獻(xiàn)

1 英國(guó)水研究中心.90年代污泥處理手冊(cè).1992
2 韓偉.水廠污泥脫水裝置的選擇.給水排水，1995；21(7)
3 謝志平.給水廠的污水及污泥處理.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1988
4 金儒霖等.污泥處理.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987
5 陸在宏，吳今明，唐意祥.給水廠排泥水處理工藝研究.給水排水，1993；19(10)：11

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”