自来水厂排泥水处理技术的若干问题

许建华
(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)

　　摘　要：探讨了自来水厂排泥水处理技术的若干问题，诸如正确确定自来水厂的污泥干固体产量的方法，减少自来水厂沉淀池的排泥水水量的措施，设置污泥调蓄均衡池的必要性等。指出自来水厂的排泥水处理工作应从对具体水厂的排泥水水质特性分析出发，注意自来水厂污泥和污水厂污泥之间的本质差别。
　　关键词：自来水厂；排泥水处理；污泥浓缩；污泥脱水；污泥调蓄均衡池
　　中图分类号：TU991.6
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2001)12-0025-03

　　自来水厂排泥水若不经处理就排入江河湖泊等水体，会成为水体的重要污染源，并淤积抬高河床，影响江河的航运和行洪排涝能力。搞好自来水厂排泥水处理，在改善水环境的同时，还可回收利用占水厂供水量2%～4%的水量，在一定程度上可缓解水资源紧缺的矛盾。我国近2 800个城市自来水厂今后如陆续着手建设排泥水处理工程，这将是涉及数百亿元巨额基建投资能否合理使用、能否实现预期工程效应和环境效益的重大现实问题。

1　污泥干固体产量的取值

　　排泥水处理工程设计中，除了必须确切掌握水厂的混凝沉淀池排泥水日产水量、滤池冲洗废水的日产水量和单格滤池一次冲洗废水量外，更重要的是必须对水厂污泥干固体日产量的设计规模进行合理取值，它直接影响污泥脱水机械的选型配置、设备及构筑物的配备和设计、工程投资和工程的正常运行。
　　水厂排泥水中的污泥干固体由原水中的泥砂、腐殖质、藻类等悬浮杂质和水厂投加的混凝剂、助凝剂等两部分组成，前者占主要比例。
　　与原水中悬浮杂质含量密切相关的检测项目主要是原水浊度值。浊度仪是根据光源通过被测水的散射光强弱来测定浊度的光学仪器，能有效检测水中属胶体粒径范围的杂质颗粒。
　　由于不同源水中的悬浮颗粒大小、组成和形状各不相同，因此各种源水的浊度值并不一定可按某固定比值直接换算成SS值(mg/L)。故在进行排泥水处理工程设计之前，一般应先对全年不同时段的水源水取样进行浊度(NTU)值和SS值的系列同步检测对比，并对所获大量数据进行数学回归和相关分析，得出浊度与SS值之间的相关关系，再根据源水具体情况和近年原水浊度资料的概率统计分析等，合理确定该水厂污泥干固体量(DS)的日处理规模。否则，估算的干污泥(DS)日处理量可能与实际相差甚远，甚至可能差两倍以上，严重影响工程建设的合理性。

2　平流沉淀池的排泥方式

　　我国许多自来水厂的平流式沉淀池，其机械排泥采用定时启动吸泥机、沿池长全程吸除池底积泥的自动排泥方式。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池长范围，因此由沉淀池后端的2/3池长范围排出的泥水往往含固率很低，导致水厂平流沉淀池的排泥水量较多。建议将机械排泥方式改为按池底积泥规律实行智能化自动分段有效排泥的方式。具体做法是：在吸泥机下端离池底适当高度处设置超声波污泥界面监测仪，当沉淀池前端池底积泥达一定厚度时，污泥界面监测仪自动启动吸泥机吸除；沉淀池后端因积泥较少，可设定在对前端的吸泥往返二或三个行程后，再沿整个沉淀池长度全程运行排泥一次。这样的智能化自动分段排泥方式可显著减少排泥水量、节水、节能，还能相应减少排泥水调节池、浓缩池等的基建和运行费用。关于智能化排泥中前端池底积泥厚度的设定，应以防止积泥时间过长可能导致池底泥质腐化、影响沉淀池水质为原则。

3　排泥水的分类处理

　　各自来水厂的排泥水处理系统有将沉淀池排泥水和滤池冲洗废水两类排泥水合并处理和分别处理的两种选择。处理工艺流程参见图1。

　　沉淀池(或澄清池)排泥水中的悬浮杂质含固率一般均高于0.3%，比滤池冲洗废水的含固率高20～30倍以上，如实行沉淀池智能化合理排泥，则排泥水含固率可能达1%左右。滤池冲洗废水水量明显多于沉淀池排泥水水量，合并处理工艺虽省却了废水调节池，减少了基建投资和占地，但沉淀池排泥水却被滤池冲洗废水极度稀释而非常不利于污泥浓缩，浓缩池也因处理水量大、浓缩效果差而需增加基建投资和占地，因此宜采用分别处理工艺。分别处理时，废水调节池中的水匀化后，一般可以用水泵输往絮凝沉淀池前作原水使用；也可将废水调节池底沉积集中的沉泥液用泵打入浓缩池浓缩，其余上清液用泵输至絮凝沉淀池前作原水使用。

4　浓缩池类型和构造

　　排泥水含固率一般均低于1%，需经浓缩池进行重力式固液分离，要求浓缩污泥含固率达3%～4%左右，以满足后续污泥脱水机械高效率污泥脱水的需要。
　　连续流重力式排泥水浓缩池有多种不同池型和构造形式，分为一般的排泥水浓缩池和设有斜板的排泥水浓缩池两类，后者可有效提高浓缩过程中的固体通量，从而显著减小浓缩池面积。
　　由于自来水厂的污泥与污水厂的污泥在有机成分的比例、污泥组成、污泥密度和性质等方面均有根本区别，因此这两类污泥浓缩池的固体通量和固形物在浓缩池中的平均停留时间等设计参数应迥然不同。由于原水中悬浮杂质的颗粒组成分布和水中藻类含量等不同，也影响排泥水中的固体颗粒沉速和固液分离性能等，因此在设计不同水源水的水厂排泥水浓缩池的面积之前，一般应进行合适的沉淀池排泥水静态沉降试验、甚至动态沉降试验，以取得较确切的浓缩池固体通量等设计参数。
　　水厂排泥水在浓缩池中的颗粒沉降是具有一定絮凝作用的拥挤沉降过程，排泥水应从浓缩池液面以下一定深度进入池中进行浓缩。斜板浓缩池不能采用下向流方式进行固液分离，而要用侧向流与上向流相结合的方式进行排泥水的固液分离之浓缩过程。
　　为了有效促进浓缩池中污泥颗粒之间的均匀絮凝，浓缩池下部应设置与池底刮泥装置组装在一起的能缓慢搅拌污泥的直杆搅拌装置。

5　污泥调蓄均衡池的设置

　　自来水厂的污泥浓缩池排出的含固率为3%～4%左右的浓缩污泥，一般直接被输至污泥脱水机房进行机械脱水。1998年建成投产的上海闵行一水厂的排泥水处理系统，首次在污泥浓缩池和污泥离心脱水机房之间设置了一座起调节匀化浓缩污泥作用的污泥调蓄均衡池。
　　污泥脱水机械为维持较高的机械运行功效和出泥含固率(一般要求达35%以上)，要求进脱水机的浓缩污泥含固率能保持稳定。设置适当池容的污泥调蓄均衡池能满足这种要求，特别是对供水量规模较大或使用周期性间歇运作的板框压滤污泥脱水机的水厂更适用。

6　聚丙烯酰胺的合理选择

　　为了改善自来水厂污泥的脱水性能，浓缩污泥进行污泥机械脱水前一般应均匀加入适量的有机高分子聚合物如聚丙烯酰胺(PAM)来降低污泥比阻，使其易于脱水。聚丙烯酰胺有阴离子型、阳离子型和非离子型三类，应从技术和经济方面综合衡量，通过试验筛选适合的PAM类型和品牌。
　　污水厂的污泥中以含有机成分的亲水性胶质微粒为主，胶粒Zeta电位负电性较强，则在污泥进行机械脱水时一般先加入适量的阳离子型PAM，起中和胶粒的电性及微粒间架桥絮凝作用，使污泥容易脱水；自来水厂的污泥以泥砂等无机成分的胶粒为主，且在水厂净水过程中已加过铝盐或铁盐混凝剂，胶粒Zeta电位负电性明显降低，加入适量PAM主要促使泥粒间架桥絮凝和降低污泥比阻。实验室小试和水厂生产性试验均证实：阴离子型PAM与阳离子型PAM在投加率相近(阳型投加率一般略高于阴型)的情况下，均效果良好。由于阳离子型PAM的价格约比阴离子型PAM高1倍，因此宜选用丙烯酰胺单体含量低于0.05%的阴离子型PAM。非离
子型PAM因溶解速度慢，一般不用于污泥调理。

7　污泥脱水机械的选型

　　目前采用的污泥脱水机械主要有带式压滤机、膜式板框压滤机和离心脱水机三种类型。
　　①带式压滤机
　　带式压滤机可连续自动化运行，在污泥压滤脱水工作的同时，连续用水冲洗滤布。该设备投资较少、能耗较低、噪声小，但污泥脱水过程中的污泥截留率较低，机房水、气环境较差，脱水污泥的含固率较低，脱水设备占地较大，故干泥量较小的水厂可考虑选用。
　　②板框压滤机
　　目前推广应用新型的膜式板框压滤机，其对进泥含固率要求较低(一般2%～3%即可)，而出泥含固率高于带式压滤机和离心脱水机，可减少脱水泥饼的外运处置费用。它的运行过程是周期性地泵入污泥压滤和间歇脱除泥饼，需周期性冲洗滤布，整个操作过程较繁杂。该设备投资和占地大、噪声较小。
　　③离心脱水机
　　离心脱水机可连续自动化运行，设备效率高、占地少、管理方便、机房环境清洁，是近几年推广应用较快的污泥脱水机。该离心机由于高速旋转，故对旋转叶片等部件的耐磨性要求高，对离心机的制造材质和加工精度也要求严格，以保障长期自动连续稳定运行。该设备的主要缺点是噪声和投资较大。
　　污泥脱水机械选型时，应结合水厂规模、场地条件、管理条件和污泥性质等实际情况，从设备运行可靠性、系统自动化程度、污泥脱水效果、建设投资和处理成本等方面综合考虑进行合理选型，并注意与PAM溶投设备、污泥浓缩池、脱水机和脱水污泥传输等相关设备的配套协调。

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　　电　话：(021)56967028
　　收稿日期：2001-07-31