完善南洲水厂排泥水回用系统的研究与设计_郑炳榕.pdf

2023 年第 1 期 20 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备完善南洲水厂排泥水回用系统的研究与设计郑炳榕（广州市广水工程设计有限公司，广东广州 510160）摘要：随着环保要求的不断提高，南洲水厂取水量、供水量提高的同时，生产构筑物的排泥水也随之增长，水厂现有排泥水回用系统暴露出上清液集水池调节和滤液池调节容积偏小、排泥池没有备用无法进行日常定期清洗、斜管浓缩池冲击负荷大、脱水机 24 小时满负荷运行和储泥池停留时间较短等问题。该文介绍的工程针对实际问题，完善现有排泥水回用系统，有效地提升整个排泥水回用系统的稳定性。关键词：净水厂排泥水处理；浓缩池；排泥池；干化场一、背景介绍南洲水厂水源取自北江顺德水道，近 10年来，随着广州经济的发展，用水人口、用水企业稳步上升，南洲水厂平均供水量呈逐渐上升趋势，最高日供水量已突破 105 万m3/d。在南洲水厂取水、供水量提高的同时，生产过程中产生的废水量、待处理泥量也随之增长。自来水厂排泥水对环境的污染也引起人们的关注，如果这些废水不经处理就排入水体或下水道，不仅污染收纳水体，而且会造成水资源的大量浪费，对水环境造成较大影响1。水厂内现有生产污废水回用系统主要由排水池、上清液集水池、排泥池、斜管浓缩池、储泥池及脱水机房这六部分组成。但环保要求的不断提高，特别是遇到原水浊度升高，短时上升至 1000NTU 以上时，水厂现有的已无法保证目前的斜管浓缩池出水浊度，将这部分水回收时，已明显影响水厂净水工艺的正常运行。表 120132018 年原水浊度情况2013年2014年2015年2016年2017年2018年平均浊度（NTU）31.2534.0126.1337.5427.9415.975%天数保证率浊度（NTU）40303040303095%天数保证率浊度（NTU）808090808080图 1现有排泥水回用系统工艺流程图DOI:10.14143/ki.czgs.2023.01.0032023 年第 1 期 21 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备二、水厂现有排泥水回用系统存在问题分析研究通过调查该厂现有生产污废水回用系统的运行现状，主要存在以下六大问题：（1）上清液集水池容积偏小。目前，上清液集水池有 1 格，有效容积为 147m3。该池配合其两侧的排水池负责收集砂滤池和炭滤池反冲洗水、浓缩池上清液。实际运行中存在调节容积偏小，造成池内上清液回收泵组频繁开停机，导致设备故障率高。（2）排泥池容积偏小。目前，排泥池只有 1 个，直径为 20.6m，有效水深 3.3m，有效容积 1036m3。该池容积未能起到有效的水量调节作用，如遇到原水高浊等特殊时期需要增加排泥频率时，增加的排泥水量将影响后续浓缩池的正常运行。而且排泥池没有备用，在清洗该构筑物时，对整个现有排泥水处理系统的运行造成严重影响。（3）原水高浊时，对目前斜管浓缩池的冲击负荷较大。目前，浓缩池有 4 格，单格池体尺寸为 15m15m，有效水深为 6.0m。池内安装交叉斜管，设计参数：斜长 1.5m、宽 1m、斜角为 55、水平间距 8cm，管厚1.0mm。南洲水厂高浊水发生在每年的 4 月至 9 月份，每次发生持续时间约 5-10 日，现有排泥水处理系统能满足 52NTU 以下的原水处理要求，因此在高浊水期间，浓缩池固体通量超过设计值，且池底泥浆无法及时处理，导致浓缩池出现“反池”的现象，进而引起回收水浊度升高，严重时浓缩池回收水呈泥浆状，与原水混合后最高达 1000NTU。现时，南洲水厂为了应对高浊水期间排泥水处理系统运力不足的问题，在预留空地西面、试验基地南面，开挖一个长 38 米、宽 36 米、深 1.6米余泥晾晒池，有效容积为 1800m3，在晾晒池的东南角设有一台 38m3/h 的潜污泵回收上清液。当脱水设备出现故障或原水出现高浊水时，将浓缩池未能及时处理的泥浆排放至晾晒池晒干风干，同时在排泥池投加聚丙烯酰胺2，降低进入浓缩池的固体通量，在不发生二次高浊水的情况下，经过 15 日这样的处理，排泥水处理基本恢复正常状态。同时构筑物清洗中的沉积物可以排入排泥池，再使用排泥池现有潜污泵抽至晾晒池处理。鉴于南洲水厂的供水水量逐渐增加，环保要求的不断提高，特别是遇到原水浊度升高，短时上升至 1000NTU 以上时，已无法保证目前的斜管浓缩池出水浊度，将这部分水回收时，已明显影响水厂净水工艺的正常运行。（4）储泥池容积偏小。目前，储泥池有2 格，直径为 7m，有效深度为 4m，单格容积为 154m3。原设计停留时间为 2.14h。按目前浓缩后含固率为 3%的余泥量 3945.67m3/d 计，两格储泥池的停留时间仅为 1.87h。据调查，目前广州市自来水有限公司其余水厂的储泥池的停留时间可达到 6h 左右。（5）脱水机处理能力不足。目前，现有排泥水系统脱水工艺按首期 65t/d 干泥量配置卧式螺旋离心脱水机，共 4 台（日常按 2 台大机运行，2 台小机备用）本工程采用浸没式超滤膜对该水厂一期平流沉淀池（B 池）进行改造，总共需要 3 格膜滤池，每格 0.5 万 m3/d，日产水量为 1.5 万 m3/d。4 台脱水机自 2004年投入运行以来，存在如下不足：脱水机的备用能力已无法满足目前正常生产中余泥脱水的需要。目前 4 套脱水设备均处于 24 小时连续运行状态，当设备发生故障时，严重降低余泥脱水的处理能力，同时影响整个系统的正常运行，降低了排泥水处理系统的运行效率以及处理能力。4 台脱水机设备长时间带病运行，存在较大风险，故障率高。出现的故障主2023 年第 1 期 22 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备要有：滚针轴承破损、液压差速器活塞钢球破损、差速器止推轴承破损、清理鼓腔内积泥、内部螺母磨损等。（6）现有滤液收集池容积偏小。目前，滤液收集池有 1 格，尺寸为 6m4m，有效深度为 3.5m，有效容积为 84m3，设计分离液水量约 3472m3/d。三、排泥水回用系统的完善设计排泥水回用完善系统的建设内容主要包括：新建上清液集水池、排泥池、浓缩池、储泥池、底泥干化场、滤液收集池、变电站、值班室；在现有脱水机房增加脱水机及配套设备；系统内部连通管、道路、消防、给排水等。（1）随着处理水量的增加，现有上清液集水池只有 1 格，有效容积为 147m3，其两侧的排水池与浓缩池的上清液均通过该集水池回收，实际运行中存在调节容积偏小，造成池内回收泵组频繁开停机的情况，因此本工程新增一座上清液集水池，负责收集现有与新增浓缩池的上清液，以分担现有上清液集水池的工作压力。（2）排泥水处理各类构筑物的个数或分格数不宜少于 2 个，按同时工作设计，并能单独运行，分别泄空3。由于目前只有一座排泥池，有效容积 1036m3。该池容积未能起到有效的水量调节作用，如遇到原水高浊等特殊时期需要增加排泥频率时，增加的排泥水量将影响后续浓缩池的正常运行。而且排泥池没有备用，在清洗该构筑物时，对整个图 2排泥水回用系统完善工程平面布置图2023 年第 1 期 23 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备现有排泥水处理系统的运行造成严重影响。为满足收集沉淀池一次排泥水量，本完善工程新建两座地下式排泥池。每座与现有排泥池容积相同，三座排泥池可收集一次沉淀池排泥水量，满足工艺要求。新建排泥池通过管道与现有排泥池接通，并采取加装阀门调节等措施使现有与新建的浓缩池的进水水量能均匀分配。（3）考虑到斜管浓缩池占地较省2，而且南洲水厂已对该池型积累了丰富的管理经验，故完善工程中浓缩池型式仍选择斜管浓缩池。本工程新建浓缩池一座，分独立两格。尺寸与现状浓缩池保持一致。（4）按照设计标准，对于采用调节容积较小的斜管浓缩，储泥池容积宜大些，甚至按照 1 3d 计算。完善工程中新建 2 座储泥池，与现有储泥池尺寸相同。项目实施后，待脱水污泥的停留时间由 1.87h 增加至 3.75h。（5）针对现有脱水机处理能力不足的问题，第一，在现有脱水机房预留位置相应增加设备，无需再新建；第二，设置底泥干化场。水厂在日常生产清洗水池时，会在前臭氧接触池、沉淀池、排泥池中清理出泥沙、淡水壳菜等大量池底沉积物。这些池体的清洗频率依照实际情况每年开展 1 2 次。池底沉积物若不及时清除，一旦进入储泥池就会堵塞后续输泥管道，或混入浓缩后的余泥进入脱水机后，会加速脱水机内部构件（鼓腔等）的磨损，影响设备的正常运行。对于这些池底沉积物（泥沙、淡水壳菜等），水厂目前在预留地内开挖了一格简易晾晒池（池底未固化）进行收集，在预留空地西面、试验基地南面，开挖一个长 38 米、宽 36 米、深1.6 米余泥晾晒池，有效容积为 1800m3，在晾晒池的东南角设有一台 38m3/h 的潜污泵回收上清液。晾晒池晾晒泥浆成含固率 22%的余泥时间约为 1 个月,余泥通过挖掘机勾挖上装载车外运处理。现时晾晒池存在的问题是，由于池底底部没有硬化处理，可能存在少量清液外漏。通过自然干化降低含水率后，委托淤泥外运服务单位将这些池底沉积物外运出厂。收集这些池底沉积物时，用到了大量的厂内压力水，使用简易晾晒池只能回收部分上清液，造成水量的流失、能耗的浪费。而且，工艺构筑物清洗中的池底沉积物（泥沙、淡水壳菜等）无专用收集、处理设施。池底沉积物进入排泥水处理系统后，经过流程处理时容易堵塞管道，加速设备（如螺杆泵、脱水机等）的磨损，影响设备的正常运行。本工程增设底泥干化场，处理构筑物中的池底沉积物，同时底泥干化场可以处理高浊水期间浓缩池池底未能及时处理的泥浆，能改善设备运行条件4，提升整个系统的稳定性，又解决了原简易晾晒池对厂区环境造成污染的问题。（6）目前滤液收集池有效容积约为 84m3，设计待处理污泥量为 3945.67m3/d，产生分离液约 3472 m3/d，即 145 m3/h，现有滤液收集池有效容积 643.5=84m3，泵组能力为 100 m3/h，共两台，一运一备，需要扩建现有滤液收集池方可满足生产要求。完善工程增设一座地下式滤液收集池，尺寸：6m4m3.5m（H），有效容积为 84m3。与现有滤液收集池合计总调节容积为 168m3，满足一小时的进水量。将原有泵站更换成 2 台离心式污水泵（Q=150 m3/h，H=7m），一运一备。既能保障泵组开启频率，又能增加滤液的消毒接触时间，保证滤液的消毒效果。增加 1 台液下搅拌器，防止积泥。四、结论完善工程实施后：增加了上清液集水池2023 年第 1 期 24 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备容积，满足整个系统 6 格浓缩池的上清液调节容量需求；增加了排泥池容积，满足收集一次排泥水量需求；降低了浓缩池固体通量以及液面负荷；增加了待脱水污泥的储存量；提高了脱水设备处理能力，使整个脱水系统的干泥处理能力达 118.37t/d；增加了底泥干化场 1 座，有效清除淡水壳菜等池底沉积物，提升整个系统的稳定性。整个工艺流程做到简洁合理，各构筑物布置紧凑，从最大限度地减少管道的水头损失，达到节能的效果。该排泥水回用完善工程配合实现广州市环境治理的总体目标，将对附近流域的环境起到十分有效的保护作用，还能在一定程度上节约水资源。参考文献：1 高伟楠，纪海霞，王洪刚，等.广东某水厂污泥处理系统设计J.中国给水排水，2017，33（8）：73742 李燕华，保延新，沈军.南洲水厂排泥水处理工艺的研究与设计 J.给水排水，2007，33（11）：20 223 GB 50013-2018，室外给水设计标准 S.北京：中国计划出版社，20184 刘长荣，常建一.给水厂排泥水处理脱水方式探讨J.给水排水，2008，34（2）：3637作者通联：表 2 完善工程实施前后系统运行工况对比现有系统完善工程系统完善工程实施后整个回用水系统名称数量构筑物参数数量构筑物参数构筑物参数排水池2 格总有效容积为 1180m3无总有效容积为 11