自来水厂生产废水处理工艺流程的优化及运行控制要求
摘要：本文对自来水厂生产废水处理的工艺流程进行了优化，并对工艺的组成及其运行控制要求进行了较为详细的分析。
关键词：自来水厂 排泥水 反冲洗废水 污泥浓缩
自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池排泥水和滤池反冲洗废水，其中包含了原水中的杂质以及水厂投加的药剂残留物，其水量一般约占水厂总制水量的3%~7%，对环境的冲击作用是显而易见的。据估计，上海市全部水厂每年排入江河的悬浮物约达30万吨以上，有机物3万吨以上。
近年来，随着人们环境意识的增强，特别是强调走可持续发展道路以后，自来水厂排泥水处理以及污泥处置问题越来越受到重视，环保部门对自来水厂生产废弃物的排放和处置要求也逐渐提高。我国许多规模较大的新建水厂和水厂扩改建工程也开始考虑排泥水处理和污泥处置问题，所采用的工艺流程也各不相同。本文的主要目的是就自来水厂排泥处理采用的有关流程以及自控要求提出一些个人看法，供有关人士参考。
1.排泥处理常采用的工艺流程布置方式
在工程设计中选择排泥水处理工艺流程时需考虑排泥水的沉降性能，上清液是否能达标排放，集泥池中的泥水浓度是否能满足浓缩脱水的需要，以及排泥水调节池和滤池反冲洗废水调节池是否能满足排泥水与废水预浓缩的体积要求等。通常有下列几种布置方式可供选用参考：
方式（1）：沉淀池排泥水浓缩处理，滤池反冲洗废水直接回用或排放。适用于滤池反冲洗废水可满足回用要求的情况，考虑到长时间回用可能引起的金属离子富集等问题，亦考虑排放措施。
方式（2）：沉淀池排泥水浓缩处理，滤池反冲洗废水经废水调节池预沉，上清液回用或排放，底部污泥水浓缩处理。适用于滤池反冲洗废水不能满足回用要求，但预沉后上清液可以满足回用要求的情况。
方式（3）: 沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经调节池混合后，上清液回用或排放，底部污泥水浓缩处理。适用于滤池反冲洗废水不能满足回用要求，但单独浓缩无法脱水机械要求，只能与沉淀池排泥水混合浓缩的情况。
国内外有些资料上还介绍了一些工艺流程，基本上都是在以上三种基础上略做修改，此处不再介绍。
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2.排泥水处理工艺优化
自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓度和沉降性能之间存在着较大的差别。沉淀池排泥水的浓度一般较高，如果对沉淀池排泥加以有效控制，可将排泥水平均含固率控制在0.6%以上，进行一定时间的浓缩后，一般情况下可将浓缩池底部排泥浓度控制在3％以上，有利于污泥脱水机械的高效运行。滤池反冲洗废水的平均浓度较低，一般平均含固率在0.1%以下，进行浓缩后浓缩池底部排泥浓度一般低于1％，经过长时间的浓缩压密也很难超过2％，不宜直接进行污泥脱水。
针对上述情况，笔者建议将滤池反冲洗废水的浓缩污泥与沉淀池排泥水混合，进行二次浓缩，具体的工艺布置如下：
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这种运行方式可以明显改善反冲洗废水的浓缩效果，且由于反冲洗废水的浓缩污泥总量少，对沉淀池排泥水浓缩的影响小，可满足脱水机械的运行要求。
3.污泥脱水工艺的运行控制要求
污泥脱水的运行控制包括沉淀池吸泥机的运行、平衡池和调节池的设置以及加药和提升系统等多方面的要求，以下从设计角度提出一些看法：
(1)吸泥机的运行
建议采用泵虹吸式吸泥机，并在吸泥机上安装泥位浓度梯度检测仪。通过对泥位梯度变化的检测，控制吸泥机的泵吸、虹吸运行选择，提高排泥浓度。在沉淀池的起端和末端易受水流影响的地方，一般排泥浓度较高，可通过程序控制结合泥位梯度检测结果在局部区域多次往复，直至达到排泥要求。
(2)调节池
沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水是间歇产生的，且流量较大，而浓缩池设计时考虑处理负荷，基本上是连续运行的，因此需设置调节池以解决废水收集和浓缩之间能力差值。排泥水调节池用以收集沉淀池排泥水，其容积必须满足排泥期间吸泥机排泥能力和排泥水浓缩能力的差值；反冲洗废水调节池则收集滤池反冲洗废水，不仅需在容积上考虑滤池反冲洗废水排放能力与浓缩能力的差值，还需考虑反冲洗废水的回用问题。
调节池运行控制方面，建议采用可调节的提升泵，根据调节池的运行液位及污泥浓缩池上清液固体悬浮物含量调节运行速度，以确保回用的上清液中的悬浮物含量小于设定的标准限制。
(3)污泥浓缩池
污泥浓缩池的设计需考虑生产废水的沉降性能和所需达到的处理负荷。为节约浓缩池面积，往往在浓缩池固液分离部分加斜板，以提高浓缩效率。如果同时考虑沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓缩，则建议在设计时考虑两组浓缩池之间可切换使用，反冲洗废水浓缩池排泥管路考虑二次浓缩的可能。
浓缩池进水管路考虑流量信号的输出以及进水阀门的状态控制；浓缩池内则包括液位信号、泥水分离区浊度信号和污泥压密区的浓度信号的输出；排泥管路建议采用调流阀，根据排泥管路的污泥浓度调节进入平衡池的污泥量，保证平衡池内的污泥浓度满足脱水机械的要求。
(4)污泥平衡池
污泥平衡池的作用是收集浓缩污泥，保证脱水机械的连续运行。平衡池的容积决定了污泥脱水系统的抗冲击能力，如果原水浊度短期大量提高，产生的浓缩污泥超过了脱水机械的处理能力，则超出部分的污泥可储存在平衡池内，待以后处理。
污泥平衡池主要考虑液位、浓度信号的输出以及搅拌设备和出水阀门的状态控制。
(5)脱水机械、PAM溶投系统及提升系统
自来水厂的污泥脱水机械主要有带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机三种。带式压滤机由于出泥含固率较低，很难达到泥饼处置要求，较少使用，但有时也被用于污泥浓缩；脱水机械最常采用的是板框压滤机和离心脱水机，两者产生的脱水污泥基本都能满足处置要求，前者脱水效果最优，但设备、土建投资大且系统复杂，后者投资相对较低，系统较简单，但噪音较大，脱水效果较前者略差。
PAM溶投系统包括PAM溶液的配置系统和投加系统，其投加点主要在脱水机械以前，必要时也可在浓缩池内少量投加PAM，以改善泥水分离和污泥沉降效果。
提升系统包括浓缩池、平衡池和脱水机械之间泥水输送系统，根据浓缩和脱水系统的运行情况，有一定的调流要求。
脱水机械、PAM溶投系统及提升系统的控制系统，往往由厂家根据具体设备要求配套提供，包括状态、浊度和压力等信号的输出、控制和开关等要求。
(6)上清液回用
上清液回用，主要指滤池反冲洗水调节池中的水和浓缩池上清液是否可作为原水重新接入常规处理工艺。前者主要需考虑其对铁、锰等金属离子的富集问题以及对出厂水浊度等常规指标和隐孢子虫等微生物指标的影响；后者除考虑前者的这些问题外，还需考率投加PAM后对出厂水质的影响，这对自控检测系统的要求很高。
4.结束语
目前，国内自来水厂排泥水处理尚属于起步阶段，不仅有关的理论和生产实践研究尚未深入，设计方面也缺乏经验，还有大量的工作要做。因此在设计时，必须根据原水的水质和水厂的工艺流程，进行必要的试验探讨，以选定污泥处理的合理工艺流程，并结合所选定的设备情况确定运行控制要求。
参 考 文 献
1. 聂梅生等. 《水工业工程设计手册－水资源及给水处理》 中国建筑工业出版社 2001.12
2. 上海市政设计研究院科学研究所 给水厂污泥浓缩性能的研究 1997.12
3. 许建华等 自来水厂排泥水处理和污泥处置(培训教材，内部资料) 1999.4
4. 金儒霖，刘永龄《污泥处置》 中国建筑工业出版社 1982.8
5. 谢志平编，《给水厂的污水及污泥处理》安徽科学技术出版社1988.2
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