引言

水廠在水質(zhì)凈化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢水，主要產(chǎn)生于常規(guī)處理工藝中的沉淀（澄清）和過(guò)濾環(huán)節(jié)，可占到總產(chǎn)水量的３％～７％。原水中加入混凝劑后會(huì)形成絮凝顆粒，這些絮凝顆粒在沉淀（澄清）池中沉淀、在濾池中被截留，組成了排泥水的主要成分。此外，預(yù)處理、深度處理過(guò)程中也會(huì)有排泥水產(chǎn)生。若排泥水未經(jīng)處理直接排放到江河之中，其中的大量懸浮物（ＳＳ）、有機(jī)物等污染物會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，且凈水廠產(chǎn)生的大量含鋁污泥，排入水體后會(huì)危害水中生物，破壞水體生態(tài)平衡。另外，廢水中含有的泥沙容易抬高河床，嚴(yán)重影響江河的航運(yùn)能力及泄洪能力。為保護(hù)水域環(huán)境，根據(jù)環(huán)境保護(hù)部門(mén)要求，自來(lái)水行業(yè)的生產(chǎn)廢水須進(jìn)行處理，以達(dá)到有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)新建的大中型給水廠已按照環(huán)保要求配套了排泥水處理系統(tǒng)，而一些老水廠也正在進(jìn)行排泥水處理改造工程。

１水廠現(xiàn)狀本項(xiàng)目水廠因預(yù)留土地性質(zhì)被改為農(nóng)用耕地，無(wú)法辦理規(guī)劃許可，原計(jì)劃排泥水處理系統(tǒng)建設(shè)推遲至２０２４年底完成。根據(jù)滬供水〔２０１９〕５３號(hào)文件精神，自２０１９年１２月１日起上海市各自來(lái)水廠需嚴(yán)格按照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＤＢ３１／１９９—２０１８）［７］的要求，向非敏感水域直接排放水污染物執(zhí)行其二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為確保該水廠排泥水處理工程項(xiàng)目投產(chǎn)前的生產(chǎn)廢水達(dá)標(biāo)排放，作為臨時(shí)過(guò)渡，擬在水廠內(nèi)尋找其他空余地塊，實(shí)施本水廠排泥水應(yīng)急處理工程。水廠占地面積為９８０００ｍ２，廠區(qū)呈Ｌ形，分兩期建設(shè)。廠區(qū)南部東側(cè)于１９９５年投入運(yùn)行，建成取水泵房、生物接觸氧化池、折板絮凝平流沉淀池（下疊清水池）、均質(zhì)濾料濾池、二級(jí)泵房及加藥間等，供水能力為１２萬(wàn)ｍ３／ｄ。二期于２００９年竣工通水，建成生物接觸氧化池、折板絮凝平流沉淀池（下疊清水池）、均質(zhì)濾料濾池，對(duì)一級(jí)泵房、二級(jí)泵房及鼓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行擴(kuò)建，一、二期供水能力共計(jì)達(dá)到２４萬(wàn)ｍ３／ｄ。水廠現(xiàn)狀平面布置如圖１所示。

水廠現(xiàn)有兩個(gè)水源，分別為大治河水源和青草沙水源，目前水廠日常采用青草沙水源，大治河水源為備用水源。水廠采用混凝－沉淀－過(guò)濾的傳統(tǒng)制水工藝。青草沙原水（原水水質(zhì)不佳時(shí)可投加粉末活性炭吸附有害物質(zhì)）通過(guò)泵送入生物接觸氧化池后，進(jìn)入折板絮凝平流沉淀池，沉淀池入口處投加次氯酸鈉進(jìn)行消毒并投入混凝劑進(jìn)行混合，隨后進(jìn)入折板絮凝池絮凝。絮凝形成的礬花在平流式沉淀池中依靠自重沉淀，從而去除水中的大顆粒雜質(zhì)，剩余的小顆粒雜質(zhì)則通過(guò)濾池的石英砂濾料過(guò)濾去除。過(guò)濾之后的水通過(guò)投加次氯酸鈉和硫酸銨進(jìn)行二次消毒后進(jìn)入清水池。水廠工藝流程如圖２所示。項(xiàng)目實(shí)施前，該水廠暫無(wú)深度處理及污泥處理系統(tǒng)，排泥水未經(jīng)處理直接排放至青龍港。

２方案比選

２.１排泥水處理規(guī)模及水質(zhì)指標(biāo)本次工程處理對(duì)象為沉淀池排泥水。水廠內(nèi)共有兩座１２萬(wàn)ｍ３／ｄ的平流沉淀池，排泥水量約為３０００ｍ３／ｄ。作為應(yīng)急處理工程，本次設(shè)計(jì)僅考慮近期規(guī)模，故處理規(guī)模為３０００ｍ３／ｄ。根據(jù)該廠多年的運(yùn)行處理數(shù)據(jù)，可得出排泥水的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。處理后的排泥水排入廠區(qū)西側(cè)青龍港內(nèi)，故設(shè)計(jì)出水水質(zhì)應(yīng)符合上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＤＢ３１／１９９—２０１８）中二級(jí)排放要求。

２.２排泥水處理工藝比選本工程針對(duì)傳統(tǒng)處理工藝（調(diào)節(jié)、濃縮、平衡等）、超磁分離水體凈化技術(shù)、砂泥分離裝置＋泥水分離裝置組合工藝及高效組合澄清系統(tǒng)工藝４種方案進(jìn)行比選。從可靠性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境因素等角度對(duì)處理工藝進(jìn)行比選分析：砂泥分離裝置＋泥水分離裝置剩余污泥含水率低，但組合工藝維修率較高，運(yùn)行可靠性較差，且對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造成影響較大；傳統(tǒng)處理工藝運(yùn)行穩(wěn)定，但施工周期長(zhǎng)，且土建費(fèi)用較高，不經(jīng)濟(jì)；超磁分離水體凈化技術(shù)污染小，但目前還未普及使用且運(yùn)行管理較為復(fù)雜，設(shè)備投資較高；高效組合澄清系統(tǒng)工藝占地面積小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，技術(shù)可靠性強(qiáng)，雖處理后污泥含水率不如超磁分離水體凈化技術(shù)及砂泥分離裝置＋泥水分離裝置組合工藝，但可通過(guò)后續(xù)添加污泥脫水工藝實(shí)現(xiàn)污泥含水率達(dá)標(biāo)。經(jīng)過(guò)比選，本工程采用處理工藝為高效組合澄清系統(tǒng)工藝。高效組合澄清系統(tǒng)是在當(dāng)前最先進(jìn)的加載沉淀池的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將化學(xué)混凝、機(jī)械攪拌、加載沉淀、斜管分離等各種有利于固液分離的技術(shù)進(jìn)行高度集成。完整的高效組合澄清系統(tǒng)包括進(jìn)出水管道系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、混凝反應(yīng)系統(tǒng)、絮凝反應(yīng)系統(tǒng)、沉淀系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。排泥水經(jīng)提升泵送入混凝反應(yīng)池，與回流污泥充分反應(yīng)。混凝后污水進(jìn)入絮凝反應(yīng)區(qū)，在慢速攪拌器的作用下使藥劑與絮體充分混合形成大絮體。經(jīng)過(guò)絮凝反應(yīng)形成絮體的污水低速進(jìn)入澄清池，保證絮體不發(fā)生破損，之后進(jìn)入沉淀區(qū)，混凝絮體在此區(qū)域沉淀至池底。沉淀區(qū)的上部裝有斜管，主要作用是導(dǎo)流，避免水流橫向流動(dòng)，減小橫向流對(duì)沉淀效果的影響。在斜管分離區(qū)，細(xì)微的絮體在斜管上進(jìn)一步去除，澄清后的上清液可直接排放。沉淀池底部為污泥區(qū)，中心泥斗中的污泥由污泥泵回流至介質(zhì)分離器回收介質(zhì)再至混凝反應(yīng)池，剩余污泥送至污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行處理。總流程如圖３所示。

高效組合澄清系統(tǒng)對(duì)污水中ＳＳ等均有較高的處理效率，可得到較好的凈化效果。且其具有沉降速度快、施工周期短、占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)營(yíng)管理方便等特點(diǎn)，有良好的的應(yīng)用前景。

２.３污泥泥質(zhì)及處理規(guī)模給水廠污泥的無(wú)機(jī)物含量大，以含泥沙等無(wú)機(jī)成分的膠粒為主（占８５％～９０％），含有黏土、腐殖質(zhì)以及其他懸浮或不溶于水的物質(zhì)。根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ５００１３—２０１８）規(guī)定，水廠排泥水處理系統(tǒng)的污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模按處理干泥量確定，且設(shè)計(jì)處理干泥量應(yīng)滿(mǎn)足多年７５％～９５％日數(shù)的全量完全處理要求。本工程采取９５％的保證率，設(shè)計(jì)處理干泥量按式（１）計(jì)算。Ｓ０＝（ｋ１Ｃ０＋ｋ２Ｄ）×ｋ０Ｑ０×１０－６（１）其中：Ｓ０———設(shè)計(jì)處理干泥量，ｔ／ｄ；Ｃ０———原水設(shè)計(jì)渾濁度，ＮＴＵ；ｋ１———原水設(shè)計(jì)渾濁度ＮＴＵ與懸浮固體單位ｍｇ／Ｌ的換算系數(shù)，應(yīng)經(jīng)實(shí)測(cè)確定，一般天然水體中懸浮物固體含量與渾濁度的比值為０.５～２.０，本設(shè)計(jì)取１.０；Ｄ———藥劑投加量，ｍｇ／Ｌ，當(dāng)投加幾種藥劑時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算后疊加，本設(shè)計(jì)取１０ｍｇ／Ｌ；ｋ２———藥劑轉(zhuǎn)化成干泥量系數(shù)，當(dāng)投加幾種藥劑時(shí)，應(yīng)分別取不同的轉(zhuǎn)化系數(shù)計(jì)算后疊加，本設(shè)計(jì)取１.５３；Ｑ０———水廠設(shè)計(jì)規(guī)模，ｍ３／ｄ；ｋ０———水廠自用水系數(shù)，取１０％。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該水廠９５％保證率對(duì)應(yīng)的渾濁度工況為１９.６ＮＴＵ。經(jīng)過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)處理干泥量為９.２１ｔ／ｄ，考慮一定的富余量取１０ｔ／ｄ。

２.４污泥處理工藝比選排泥水處理系統(tǒng)中的核心設(shè)備是脫水機(jī)械，經(jīng)過(guò)脫水裝置后的污泥運(yùn)送至老港垃圾填埋場(chǎng)作為填埋覆蓋土。脫水機(jī)械可選的主流設(shè)備有帶式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)、疊螺脫水機(jī)等。

由表４可知，帶式壓濾機(jī)造價(jià)最少，性?xún)r(jià)比最高，但其為半敞開(kāi)式，衛(wèi)生條件較差，易損件多，故障較多，本項(xiàng)目設(shè)備占地緊湊，不適宜在本項(xiàng)目上使用。板框壓濾機(jī)脫水后污泥含水率最低，運(yùn)行穩(wěn)定，但在脫泥時(shí)需要人工輔助，且定期要更換濾布或沖洗，勞動(dòng)強(qiáng)度及衛(wèi)生條件亦有一定的局限。離心脫水機(jī)避免了傳統(tǒng)污泥脫水工藝采用板框壓濾機(jī)和帶式壓濾機(jī)的不足，特別是在運(yùn)行管理、環(huán)境和占地上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但由于離心脫水機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在噪音大的問(wèn)題，即便進(jìn)行相應(yīng)的隔音措施，其噪音污染亦存在一定的隱患。疊螺脫水機(jī)存在場(chǎng)地面積小、投資性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，但疊螺機(jī)對(duì)大的硬質(zhì)顆粒進(jìn)行脫水時(shí)，硬質(zhì)顆粒會(huì)造成設(shè)備的劃傷甚至是變形，影響設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。臥螺脫水機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性好，工藝性強(qiáng)，但其分離的好壞，與物料性質(zhì)有很大關(guān)系。綜上，考慮到本項(xiàng)目為應(yīng)急過(guò)渡項(xiàng)目，選用更符合本項(xiàng)目實(shí)際的疊螺脫水機(jī)。疊螺脫水機(jī)的污泥含水率能穩(wěn)定在７５％左右，且避免了其余污泥脫水設(shè)備存在的問(wèn)題，故本設(shè)計(jì)采用疊螺脫水機(jī)。

３工程設(shè)計(jì)

３.１總平面設(shè)計(jì)遠(yuǎn)期自來(lái)水廠排泥水永久性處理設(shè)施建設(shè)時(shí)，考慮排泥水處理水流的整體方向?yàn)樽阅舷虮保c現(xiàn)有凈水工藝流向保持一致。因此，與水廠遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)相結(jié)合，本工程應(yīng)急處理系統(tǒng)建于廠區(qū)西側(cè)綠地處。該處理系統(tǒng)由排泥水收集調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水儲(chǔ)存系統(tǒng)組成，包括收集池、調(diào)節(jié)池（原生物接觸氧化池）、高效組合澄清系統(tǒng)、加藥集裝箱、污泥儲(chǔ)罐、疊螺脫水機(jī)、污泥料倉(cāng)等。其中，收集池建于最北側(cè)用于收集廠區(qū)排泥水；高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)建于調(diào)節(jié)池西側(cè)區(qū)域。總圖布置方案如圖４所示。

３.２處理工藝設(shè)計(jì)間歇性排放的沉淀池排泥水匯集于收集池內(nèi)，通過(guò)泵提升后進(jìn)入調(diào)節(jié)池中，對(duì)水量和水質(zhì)做適當(dāng)調(diào)整均化后，進(jìn)入高效組合澄清系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。處理后的水經(jīng)過(guò)取樣排放池進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)后，利用廠區(qū)原有排放口排入青龍港河道內(nèi)。處理后的污泥進(jìn)入污泥儲(chǔ)罐后由污泥泵打入疊螺脫水機(jī)進(jìn)行機(jī)械脫水處理，最后對(duì)脫水污泥進(jìn)行外運(yùn)處置。排泥水處理流程如圖５所示，排泥水收集池、高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)平面布置分別如圖６及圖７所示。

３.３主要工藝參數(shù)

３.３.１收集池收集池采用鋼結(jié)構(gòu)，分兩格，池體通過(guò)兩根連通管串聯(lián)運(yùn)行。單池設(shè)計(jì)Ｌ＝１２.０ｍ，Ｂ＝３.０ｍ，有效水深Ｈ＝３.５ｍ，總高度Ｈ＝４.０ｍ，總有效容積為２５２ｍ３。

３.３.２調(diào)節(jié)池（原生物接觸氧化池）調(diào)節(jié)池利用廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有廢棄的生物接觸氧化池進(jìn)行改造。利用兩格池體進(jìn)行調(diào)節(jié)，現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)池的容積進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。單個(gè)調(diào)節(jié)池Ｌ＝１２ｍ，Ｂ＝８ｍ，有效水深為５?４５ｍ，兩格總池容為１０４６.４ｍ３。產(chǎn)生的排泥水量為３０００ｍ３／ｄ，調(diào)節(jié)時(shí)間與排泥時(shí)間匹配，取調(diào)節(jié)時(shí)間為７.２ｈ，故選取的生化池改造為調(diào)節(jié)池，池容滿(mǎn)足要求。

３.３.３高效組合澄清系統(tǒng)高效組合澄清系統(tǒng)采用一體化撬裝式，布置于地面上，池體及框架采用碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸為１０.６ｍ×３.５ｍ×３.０ｍ。３.３.４取樣排放池在河道排放口前設(shè)置１座取樣排放池，滿(mǎn)足排泥水出水需２４ｈ連續(xù)監(jiān)測(cè)的環(huán)保要求。設(shè)計(jì)尺寸為３.２ｍ×１.２ｍ×２.２ｍ，采用鋼砼結(jié)構(gòu)。

３.３.５污泥儲(chǔ)罐高效澄清系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥進(jìn)入污泥儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存及加藥攪拌。污泥儲(chǔ)罐主體結(jié)構(gòu)采用ＰＰ材質(zhì)。設(shè)計(jì)兩座，單座容積為２０ｍ３。

３.３.６疊螺脫水機(jī)水廠產(chǎn)生的絕干污泥量為１０ｔＤＳ／ｄ，故脫水機(jī)總處理絕干污泥能力要求為１０ｔＤＳ／ｄ；單臺(tái)疊螺脫水機(jī)絕干污泥處理能力為５００ｋｇＤＳ／ｈ，故本次設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)疊螺脫水機(jī)，運(yùn)行時(shí)間為１０ｈ。

３.３.７污泥料倉(cāng)污泥料倉(cāng)采用碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，外部尺寸為７?０ｍ×５.８ｍ×６.０ｍ，料倉(cāng)出料后直接卸料至車(chē)內(nèi)運(yùn)輸至廠外。

４結(jié)語(yǔ)（１）本工程采用一體化集裝箱式高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)技術(shù)路線(xiàn)，經(jīng)專(zhuān)家確認(rèn)合理可行。項(xiàng)目施工完成以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行效果良好，可有效應(yīng)急處置本項(xiàng)目水廠沉淀池排泥水，確保出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＤＢ３１／１９９—２０１８）和泥餅含水率要求。

（２）排泥水處理工藝方案采用高效組合澄清系統(tǒng)工藝，環(huán)境衛(wèi)生好、占地面積小、施工周期短，貼合水廠現(xiàn)狀環(huán)境要求高、預(yù)留排泥水應(yīng)急處理場(chǎng)地面積小及施工時(shí)間緊湊的特點(diǎn)。且運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，后期在人力及物力方面節(jié)約大量費(fèi)用。

（３）本工程中，沉淀池至收集池的重力流管道作為長(zhǎng)久設(shè)施建設(shè)，在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮富余量，可在后期該水廠排泥水永久性處理工程建成后繼續(xù)利用。

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