排泥水處理技術(shù)在閔行一水廠的應(yīng)用

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簡(jiǎn)介： 通過(guò)對(duì)污泥沉降特性研究，閔行一水廠排泥水處理采用收集、濃縮、平衡、投加聚丙烯酰胺(PAM)、離心機(jī)固液分離的工藝流程。濃縮池上清液能達(dá)標(biāo)排放，離心機(jī)分離水的泥餅含固率≥40？PAM加注率0.8～1.5 kg/t干泥。研究表明，該工藝可作為黃浦江水系水廠排泥水處理工藝設(shè)計(jì)依據(jù)。
關(guān)鍵字：污泥處理 離心機(jī)固液分離 沉降特性

概述

　　上海市自來(lái)水閔行有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)閔行公司）原水取自黃浦江閔行江段，屬黃浦江上游水源，取水口斷面水質(zhì)基本符合GB3838-88國(guó)家地面水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類(lèi)～Ⅳ類(lèi)水體標(biāo)準(zhǔn)，屬受輕度有機(jī)污染水體。因此保護(hù)閔行段水源水質(zhì)對(duì)閔行公司顯得尤為重要，它是閔行公司唯一的供水水源。

　　原上海市自來(lái)水公司，充分注意到在同一江段取原水凈化成自來(lái)水后又將沉淀池排泥水回排到同一江段的不合理現(xiàn)象，早在1990年就曾組織科研人員對(duì)水廠排泥水的處理工藝進(jìn)行了研究，通過(guò)調(diào)研初步掌握了水廠排泥水的特性、處理工藝及各類(lèi)脫水機(jī)械性能等有關(guān)資料。

　　 1995年10月30日，上海市自來(lái)水公司聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、上海市環(huán)境科學(xué)研究院等單位在閔行一水廠實(shí)施排泥水處理工程生產(chǎn)性研究，為今后水廠排泥水處理推廣應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

　　在國(guó)外，為了防止污染，都制定了相關(guān)法律，以保障人類(lèi)社會(huì)的健康發(fā)展，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的平衡。因此，世界發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視污泥處理與處置技術(shù)的研究和應(yīng)用。日本近年來(lái)經(jīng)脫水處理的排泥水占了80%以上。在日本，1976年就頒布法律，供水能力在1萬(wàn)m³/d以上的水廠必須對(duì)水廠排泥水進(jìn)行處理，禁止直接排放河流，且必須對(duì)污泥泥餅進(jìn)行無(wú)公害化處置。日本水廠的排泥水處理通常是將排泥水收集在污水池，然后用泵送入排泥水濃縮池，經(jīng)自然沉降和濃縮使底部污泥含水率達(dá)98%～96%，然后用壓力水泵將濃縮污泥送到加壓脫水機(jī)（或不加壓長(zhǎng)時(shí)間脫水），從脫水機(jī)分離的泥餅含水率達(dá)65%。

　　國(guó)內(nèi)由于經(jīng)濟(jì)和脫水設(shè)備等原因，水廠排泥水處理污泥處置研究和應(yīng)用的起步較晚，投入也較少。隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和國(guó)家環(huán)保法律的頒布，全國(guó)主要城市自來(lái)水廠也開(kāi)始重視對(duì)水廠排泥水進(jìn)行處理和研究。

1　排泥水沉降特性試驗(yàn)

　　由于排泥水含固率的不均勻性，排泥水瞬時(shí)含固率在0.1%～2%之間波動(dòng)，因此排泥水必須經(jīng)過(guò)濃縮池沉降濃縮。在濃縮池底部形成平衡、均勻的濃縮污泥，再送入污泥脫水機(jī)械進(jìn)行深度處理。所以，我們研究了不同含固率排泥水的污泥自然沉降特性和加注PAM高分子絮凝劑沉降特性，掌握其沉降速度（沉降時(shí)間）、壓密點(diǎn)污泥濃度和固通量等規(guī)律。通過(guò)對(duì)排泥水沉降特性的試驗(yàn)，為排泥水污泥濃縮池的平面積和高度的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為脫水機(jī)械的選型提供參考。同時(shí)，我們還對(duì)排泥水的污泥和上清液進(jìn)行成份分析，為上清液的外排和污泥處置提供依據(jù)。 從我們進(jìn)行大量的沉淀池排泥水沉降試驗(yàn)結(jié)果分析：

　　(1)閔行一水廠沉淀池排泥水污泥沉降速率視排泥水含固率大小而定。隨著排泥水含固率的逐漸增高，前3 h及8 h污泥沉降效率越來(lái)越低，同樣，前3 h,8 h,24 h排泥水沉降污泥含固率濃縮倍數(shù)也越來(lái)越小。隨排泥水污泥濃度的增高，排泥水的沉降污泥界面下降速率也逐步降低。

　　(2)閔行一水廠沉淀池排泥水外排頻率受智能化污泥檢測(cè)儀控制，污泥停留在沉淀池底時(shí)間較長(zhǎng)，污泥中有機(jī)物明顯發(fā)酵，使污泥顏色變黑。因此排泥水經(jīng)自然沉降后，上清液濁度很高，3 h后上清液最高濁度達(dá)200 NTU，最低也達(dá)30 NTU。閔行一水廠排泥水處理工程實(shí)施以后，排泥水經(jīng)濃縮后的上清液不回收利用，在排放時(shí)達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2　排泥水處理污泥藥劑選擇

2.1　污泥處理藥劑選擇原則

　　(1)聚合物必須為可溶性，并且能吸附在懸浮顆粒上。

　　(2)吸附是不可逆的，并在短時(shí)間內(nèi)完成。

　　(3)要產(chǎn)生最大絮粒，最大沉降容量，最好過(guò)濾性，最小殘留濁度。

　　(4)選擇高分子量的聚合物，分子量越高，架橋能力越強(qiáng)，污泥顆粒形成的絮粒越大。

　　(5)選擇溶解時(shí)間短、丙烯酰胺單體含量少的絮凝劑。

　　(6)貨源穩(wěn)定、價(jià)格低廉、安全無(wú)毒。

2.2　PAM樣品性能測(cè)試

　　由于絮凝劑機(jī)理研究還不很清楚，加上絮凝體的復(fù)雜性和各地污泥的特性不一樣，因此對(duì)高分子絮凝劑的使用缺乏理論指導(dǎo)，只能用試驗(yàn)方法逐個(gè)篩選，以求得到最佳品種和最佳加注量。我們首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室選擇，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室篩選過(guò)程中，首先掌握PAM絮凝劑產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)。

2.3　污泥脫水藥劑選擇結(jié)果

　　從試驗(yàn)結(jié)果分析：

　　(1)閔行一水廠排泥水濃縮污泥脫水藥劑聚丙烯酰胺陽(yáng)離子和陰離子都可用，固液分離效果好。

　　(2)陽(yáng)離子PAM，陰離子PAM加注率基本上在0.56%～1.39%絮凝效果都很好，形成上清液濁度基本相同，固液分離效果好。考慮價(jià)格因素，選用陰離子PAM。

　　(3)非離子PAM，隨著加注量的增大到1.39%以后，礬花程度和上清液濁度都很好，但加注量不很經(jīng)濟(jì)。

3　水廠排泥水污泥總量估算

　　在水廠排泥水處理工程中，污泥總量的估算是十分關(guān)鍵的工作。因?yàn)樗婕暗脚拍嗨幚砉こ痰耐两ńY(jié)構(gòu)規(guī)模大小，脫水機(jī)械和泵等設(shè)備的配置。因此，掌握原水濁度（SS懸浮物）、色度、混凝劑以及聚丙烯酰胺投加量來(lái)估算排泥水污泥總量，對(duì)確定排泥水處理工程有著直接而重大的意義。

3.1　原水濁度設(shè)計(jì)取值

　　排泥水懸浮物總量的確定需要一年四季對(duì)進(jìn)水廠原水懸浮固體跟蹤測(cè)試。由于水廠化驗(yàn)室未進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)試，但對(duì)原水中濁度一年四季進(jìn)行了測(cè)定，因此在設(shè)計(jì)中以三年的原水濁度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取出現(xiàn)90%以上的濁度概率作為原水濁度設(shè)計(jì)取值，另外10%的濁度概率可以通過(guò)排泥水處理工程中污泥平衡池對(duì)污泥總量平衡，利用脫水機(jī)，泵機(jī)調(diào)配等措施來(lái)達(dá)到削峰填谷的目的。這樣能最大限度節(jié)約投資，降低設(shè)備裝備容量。

3.2　排泥水污泥總量估算

　　閔行一水廠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(shū)中提供的排泥水中污泥含量計(jì)算公式：

　　???DS=SS+0.2B+1.53C=XA+0.2B+1.53C???

　　式中DS -- 水中干污泥含量，mg/L；
　　　　　SS--原水中懸浮物固體量，mg/L；
　　　　?A?--去除的濁度，NTU；
　　　　?B?--去除的色度，度；
　　　　?C?--投加的硫酸鋁(以氧化鋁計(jì))量，mg/L。

　　式中SS值可以通過(guò)濁度值測(cè)定尋求相關(guān)比值(?X?)代入公式計(jì)算。

① 斜板濃縮池2組
② 濃縮池污泥切割機(jī) 2臺(tái)(1用1備)
③ 濃縮池污泥泵 2臺(tái)(1用1備)
④ 污泥平衡池1座 ⑤ 離心機(jī)進(jìn)泥泵2臺(tái)(1用1備)
⑥ 離心機(jī)2臺(tái)(1用l備)
⑦ PAM配制裝置2臺(tái)(1用1備)
⑧ PAM計(jì)量加注泵 2臺(tái)(1用1備) ⑨ 螺旋式輸送器 兩條系統(tǒng)
⑩ 刮泥機(jī) 2套
⑾ 潛水?dāng)嚢铏C(jī) 1-2臺(tái)
⑿ 污泥潛水泵 2臺(tái)(1用1備) 圖1　閔行一水廠排泥水處理工藝流程

　　關(guān)于濁度與SS值相關(guān)關(guān)系，不同水源、不同季節(jié)（潮汐河流）、不同濁度范圍，都可能與SS值有不同的相關(guān)關(guān)系。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室對(duì)NTU值與SS值進(jìn)行了大量的相關(guān)比對(duì)，根據(jù)濁度值與SS值統(tǒng)計(jì)：1個(gè)NTU值相當(dāng)于1.398 39 mg/L SS值，因此在估算污泥總量時(shí)采用濁度值比SS值為1∶1.97。閔行一水廠設(shè)計(jì)污泥量為12 t/d。

4　排泥水處理工藝流程

　　根據(jù)閔行一水廠排泥水實(shí)際情況，閔行一水廠生產(chǎn)能力為67 000 m³/d，其排泥水處理選用了高效率的脫水機(jī)械以及PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)。

　　從圖1可以看到，水廠排泥水處理工藝流程主要由五部分組成：①排泥水收集池；② 排泥水濃縮池；③污泥平衡池；④聚合物投加系統(tǒng)；⑤離心機(jī)脫水機(jī)房和污泥泵房。本流程系統(tǒng)有兩個(gè)物料進(jìn)口，即收集池的排泥水進(jìn)口和高分子絮凝劑PAM一個(gè)加注口；有兩個(gè)物料出口，即排泥水濃縮池上清液排放進(jìn)穩(wěn)壓井回用口和螺旋輸送器的泥餅（含固率≥30%）出口。

　　排泥水收集池。收集沉淀池排泥水。

　　污泥濃縮池。污泥濃縮的目的是使水廠排泥水的含水率得到一定程度的降低，從而降低排泥水后續(xù)處理設(shè)施的基本建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。

　　濃縮污泥平衡池。它是水廠排泥水處理工藝單元不可缺少的構(gòu)筑物，也是實(shí)施排泥水處理工程自動(dòng)化的關(guān)鍵所在。

　　濃縮污泥脫水。本工程方案采用臥螺離心機(jī)。離心機(jī)型號(hào)DSNX-4550，處理能力?Q?=12 m³/h，2臺(tái)（ 1用1備）。

　　脫水后的污泥由螺旋輸送器送至污泥堆場(chǎng)，待裝車(chē)外運(yùn)。脫水機(jī)分離出的分離水回流到排泥水收集池。

　　本工藝流程的最大特點(diǎn)在于整個(gè)生產(chǎn)流程能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行管理，其次是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程安全衛(wèi)生。工藝流程中的排泥水收集池和污泥平衡池的容量能充分滿足物料進(jìn)出量的平衡，經(jīng)處理后的排泥水上清液能最大限度地將水資源得到再利用或符合水源保護(hù)區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)。

5　水廠排泥水處理經(jīng)濟(jì)成本核算

　　對(duì)于給水廠排泥水處理，首先經(jīng)處理后的濃縮池排放水要符合國(guó)家環(huán)保部門(mén)頒布的排放標(biāo)準(zhǔn)，外運(yùn)填埋符合環(huán)境要求。其次排泥水處理工藝合理，設(shè)備先進(jìn)，運(yùn)行管理方便，自動(dòng)化控制程度高，力求投資及運(yùn)行成本低，使有限的經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)行成本由人工費(fèi)、水電費(fèi)、藥劑費(fèi)、設(shè)備檢修費(fèi)、泥餅運(yùn)輸費(fèi)、管理費(fèi)、折舊費(fèi)等7項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成，閔行一水廠排泥水處理成本折算見(jiàn)表1。

6　結(jié)論與討論

　　(1)通過(guò)閔行一水廠排泥水沉降特性試驗(yàn)和污泥粒徑分布測(cè)試，對(duì)排泥水處理工藝選擇進(jìn)行反復(fù)論證，確定采用排泥水自動(dòng)收集、高效斜板濃縮、投加PAM藥劑調(diào)制、離心機(jī)脫水的自動(dòng)化控制的工藝運(yùn)行方法。研究結(jié)果認(rèn)為工藝流程合理，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。該研究成果可作為示范工程，具有推廣價(jià)值，為今后黃浦江水系水廠排泥水處理工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、儀表配制及運(yùn)行模式提供了科學(xué)依據(jù)。

　　 表1　閔行一水廠排泥水處理成本核算 運(yùn)　　　算說(shuō)　　　明A.工資福利費(fèi)
E₁=40 000×10
=400 000元/a(1)排泥水處理工程設(shè)5班3運(yùn)轉(zhuǎn)共5人，
　　并設(shè)班長(zhǎng)、替班、電工、機(jī)工、清潔工各1人，合計(jì)10人。
(2)年工資福利費(fèi)40 000元/(a·人)。B.電費(fèi)、水費(fèi)
E₂ =0.75×50×24×365+15×1.80×365
=338 355元/a (1)考慮設(shè)備24 h運(yùn)行，平均電耗50 kW
(2)考慮基本電費(fèi)和工業(yè)動(dòng)力費(fèi)不等因數(shù)故總電費(fèi)按0.75元/(kW·h)計(jì)
(3)自來(lái)水用量為15 m³/d，工業(yè)水價(jià)1.10元/m³，排水費(fèi)0.70元/m³，
　　合計(jì)1.80元/m³C.藥劑費(fèi)
E₃= 0.04×1.5×6000×365=131400元/a (1)設(shè)平均干泥6 t/d，SS 80 mg/L
　　(71370 m³/d×80×10^-6t/m³=6 t/d)
(2) 根據(jù)試驗(yàn)推薦陰離子，投加量按1.5%計(jì)算。
(3)陰離子PAM價(jià)格40元/kg。 D.檢修費(fèi)
E₄=17540000元×1%
=175400元/a (1)本項(xiàng)目概算投資1 754萬(wàn)元。
(2)檢修費(fèi)按工程投資費(fèi)1%提取。 E.污泥外運(yùn)費(fèi)
E₅=40×6×2.5×365
=219000元/a (1)目前污泥委托閔行渣土所外運(yùn)。
(2)外運(yùn)污泥含固率約60%。
(3)污泥外運(yùn)價(jià)格為80元/m³，40元/t。
(5)折算每t干污泥為2.5t濕泥。 F.其他含稅行政管理費(fèi)
E₆=（E₁+E₂+E₃+E₄+E₅）×10%
=106706元/a (1)本項(xiàng)費(fèi)用?E₁～E₅費(fèi)用之和乘10%為E₆費(fèi)用。 年總成本費(fèi)
?S =E+K×n
=?2016333元≈202萬(wàn)元 (1)E=E₁+E₂+E₃+E₄+E₅+E₆?。
(2)?K?為工程投資總造價(jià)1754萬(wàn)元。
(3) ?n?值按公司統(tǒng)一固定資產(chǎn)折舊率3.68%計(jì)。 平均制水成本=?S/V?
V =年制水總量×85%=20 693 675 m³
S/V=202萬(wàn)元/20693675 m³≈0.097元/m³ (1)閔行一水廠制水能力為66700 m³/d。
(2)年制水總量按制水能力的85%計(jì)算。 　注：①平均制水成本未將土地征用費(fèi)計(jì)算在內(nèi)；
②建設(shè)水廠排泥水工程投資貸款費(fèi)用未將利率償還計(jì)算在內(nèi)。

　　(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：密封運(yùn)行，操作方便，自如調(diào)節(jié)差速，出泥含固率高，環(huán)境衛(wèi)生，藥耗量低，對(duì)進(jìn)泥含固率要求幅度寬，分離水質(zhì)好。

　　(3)斜板濃縮池在水廠排泥水處理中是必不可少的構(gòu)筑物。合理的設(shè)計(jì)，能緩解進(jìn)濃縮池排泥水濃度的波動(dòng)，能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小于70 mg/L；濃縮池濃縮污泥可自動(dòng)控制在含固率3％～13％；每臺(tái)離心機(jī)產(chǎn)干泥量400～1 200 kg/h；離心機(jī)進(jìn)行固液分離，藥劑PAM投加量0.8～1.5kg/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；離心機(jī)處理濃縮污泥，污泥回收率在99％以上，分離水SS≤400 mg/L。

　　(5)閔行一水廠排泥水處理系統(tǒng)采用PLC中央控制，配有污泥濃度計(jì)、流量?jī)x、液位儀、液位開(kāi)關(guān)等在線自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)儀表，用變頻方式實(shí)施對(duì)泵流量控制，用小型熒屏作為終端顯示屏，方便管理人員查看整套系統(tǒng)運(yùn)行狀況和隨時(shí)設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，達(dá)到排泥水處理整套系統(tǒng)在高度自動(dòng)化情況下正常運(yùn)行。

　　(6)水廠排泥水處理的實(shí)施，雖然增加了自來(lái)水的運(yùn)行成本，但是環(huán)境工程的實(shí)施有利于水資源的綜合利用，有利于走可持續(xù)發(fā)展的道路，有利于水環(huán)境質(zhì)量的提高。該工程的實(shí)施，可以減少排泥水直接排入黃浦江所造成對(duì)水環(huán)境的負(fù)面影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)來(lái)看，有利于自來(lái)水公司水質(zhì)進(jìn)一步提高，并能帶來(lái)潛在的社會(huì)效益和環(huán)境放益。