何純提

　　【摘要】 本文主要論述凈水廠污泥處理調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的作用、形式；調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的基本思路。
　　【關(guān)鍵詞】 污泥處理 調(diào)節(jié) 排水池 排泥池 分建式 合建式

　　污泥處理流程大致分為調(diào)節(jié)、濃縮、脫水、處置四道基本工序。凈水廠的污泥處理可根據(jù)污泥的特性及各水廠的具體情況由全部和部份工序組成。本文就調(diào)節(jié)工序中的有關(guān)問題進(jìn)行論述。

1 調(diào)節(jié)功能分析

　　各種生產(chǎn)廢水一般水質(zhì)、水量變化較大，為了減少?zèng)_擊負(fù)荷對(duì)處理工藝的不良影響，可用調(diào)節(jié)池對(duì)水質(zhì)進(jìn)行均和，對(duì)水量加以調(diào)節(jié)。
　　調(diào)節(jié)池的型式和容量的大小，隨生產(chǎn)廢水的特點(diǎn)和對(duì)調(diào)節(jié)的要求的不同而異。如果生產(chǎn)廢水的水質(zhì)變化不大，對(duì)處理沒有影響，而只需要在水量上有所貯存，這時(shí)只需要設(shè)置有足夠容量的水池，作為水量調(diào)節(jié)之用，貯存盈余，補(bǔ)充短缺，使后續(xù)處理設(shè)備在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)能夠得到均衡的進(jìn)水量，保證進(jìn)常工作。因此水量調(diào)節(jié)池，在設(shè)計(jì)上只考慮足夠的池容，而不拘形狀，也勿需特殊設(shè)備。
　　如果水質(zhì)也有很大變化，則為了使生產(chǎn)廢水在水質(zhì)濃度和組份上的變化得到均衡，減輕由于水質(zhì)變化對(duì)處理設(shè)備的沖擊影響，不僅要設(shè)置足夠容積的調(diào)節(jié)池，而且在水池構(gòu)造和功能上還需考慮達(dá)到在水池調(diào)節(jié)周期內(nèi)不同時(shí)間進(jìn)出水水質(zhì)均和的措施，以便使在不同時(shí)段流入池內(nèi)的生產(chǎn)廢水都能達(dá)到完全混合的要求。目前在調(diào)節(jié)池內(nèi)使廢水完全混合的措施有空氣攪拌、機(jī)械攪拌，水泵強(qiáng)制循環(huán)等幾種方式。
　　凈水廠污泥處理的對(duì)象是凈水廠生產(chǎn)構(gòu)筑物排出的生產(chǎn)廢水，主要是沉淀池排泥，濾池反沖洗水。其成份是原水中懸浮物質(zhì)的大部份，溶解物質(zhì)的一部分和混凝劑形成的礬花。在質(zhì)的組成上，不會(huì)有太大的區(qū)別，只是濃度上有變化，因此凈水廠污泥處理調(diào)節(jié)工序以水量調(diào)節(jié)為主。由于沉淀池排泥和濾池反沖洗排水是間斷的，如一些沉淀池間隔幾小時(shí)排一次泥，一次延續(xù)幾分鐘或十幾分鐘；濾池也是間斷反沖洗；因此其量和質(zhì)是不穩(wěn)定的，如果沉淀池排泥和濾池反沖洗水直接進(jìn)入濃縮池，濃縮池接受脈沖負(fù)荷的沖擊，嚴(yán)重影響濃縮效果。為了盡可能使?jié)饪s池的負(fù)荷均勻連續(xù)，因此，有必要對(duì)沉淀池排泥和濾池反沖洗排水做暫時(shí)的存留以對(duì)其量和質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以緩解和消除沖擊負(fù)荷對(duì)濃縮的不良影響。
　　調(diào)節(jié)設(shè)備的功能除了均質(zhì)均量的功能外，目前已擴(kuò)展到其它功能領(lǐng)域，如凈化功能，濃縮功能等，使一池多用，成為一個(gè)具有多功能的處理構(gòu)筑物。
　　在凈水廠污泥處理構(gòu)筑物中，調(diào)節(jié)構(gòu)筑物有兩個(gè)，調(diào)節(jié)沉淀池排泥的叫排泥池；調(diào)節(jié)濾池反沖洗排水的叫排水池（也稱回流水池）。一般濾池反沖洗排水濁度較低，可直接作為原水回用，目前國(guó)內(nèi)許多大中型水廠都建有回收濾池反沖洗水的設(shè)備。
　　為了使排水池和排泥池具有調(diào)節(jié)作用，排水池和排泥池應(yīng)具有一定的容積，以對(duì)其量進(jìn)行調(diào)節(jié)；如果還需要達(dá)到勻質(zhì)作用，排水池和排泥池在其構(gòu)造上和設(shè)備上有其一定要求，如在池中加機(jī)械攪拌或水泵強(qiáng)制循環(huán)，石家莊潤(rùn)石水廠在調(diào)節(jié)池進(jìn)口處加了潛水?dāng)嚢铏C(jī)，使池內(nèi)污泥處于懸浮狀態(tài)，達(dá)到勻質(zhì)目的。
　　前面提到，調(diào)節(jié)設(shè)備的功能現(xiàn)已擴(kuò)展到其它功能領(lǐng)域。為了充分利用排水泥和排泥池的池容，目前在排水池和排泥池的設(shè)計(jì)上傾向于使其在調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)上具有濃縮功能，不再加攪拌設(shè)備，將上清液和底流污泥分別取出，底泥均勻送往濃縮池，上清液回流至凈化工序中或排入水體。在池子設(shè)浮動(dòng)槽可將上清液連續(xù)均勻地取出，有利于在滿足調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)上增強(qiáng)濃縮功能。

2 調(diào)節(jié)構(gòu)筑物形式

　　調(diào)節(jié)構(gòu)筑物有兩種形式，一種是分建式，即排水池與排泥池單獨(dú)設(shè)置；另一種是合建式，即排泥池與排水池合建，既接受沉淀池排泥，又接受濾池反沖洗排水。在國(guó)內(nèi)已建幾個(gè)凈水廠污泥處理中，北京市第九水廠污泥處理排水池與排泥池為分建式，石家莊潤(rùn)石水廠和深圳梅林水廠污泥處理排水池與排泥池均為合建式。
　　分建式適用于以下條件：
　?。?）一些水廠先建了濾池反沖洗水回收系統(tǒng)，即先建了排水池（也叫回流水池），但未建污泥處理系統(tǒng)，后又補(bǔ)建污泥處理系統(tǒng)。
　?。?）濾池反沖洗水濃度與沉淀池排泥濃度相差較大，單設(shè)排泥池接受濃度較高的沉淀池排泥，免受濾池反沖洗水的稀釋，有利于排泥池中泥的濃縮，排泥池可設(shè)計(jì)成帶濃縮功能的歇間式濃縮池，同時(shí)具備水量調(diào)節(jié)功能。單設(shè)排水池（即回流水池）接受濾池反沖洗排水，并回流至混合井前。
　?。?）需在排泥池中投加高分子絮凝劑，上清液回流對(duì)凈水工藝產(chǎn)生不利影響。
　　由于分建式需設(shè)兩套池子和泵房，需兩套管理人員，因此，合建式在一定條件下具有一定的優(yōu)越性。當(dāng)沉淀池排泥濃度與濾池反沖洗水濃度相差不大；因地勢(shì)排泥池位置較高，沉淀池排泥不能自流進(jìn)入而需提升進(jìn)入排泥池；或者排泥池只起調(diào)節(jié)作用時(shí)，可選用合建式調(diào)節(jié)池。

3調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1 分建式
　　分建式調(diào)節(jié)構(gòu)筑物有回流水池和排泥池兩個(gè)構(gòu)筑物。
3.1.1回流水池（排水池）
　　回流水池設(shè)計(jì)主要確定回流水池的容積和用于回流的水泵的容量。回流水池與水泵的容量與濾池的格數(shù)、大小及濾池反沖洗的時(shí)序安排有關(guān)。濾池反沖洗時(shí)序安排有兩種模式，一種是均勻間隙沖洗，稱均勻模式。另一種非均勻模式。
　　（1）濾池反沖洗運(yùn)行模式分析

　?、?均勻模式：按全廠濾池總格數(shù)排隊(duì)均勻沖洗。如圖1，現(xiàn)將該模式描述如下：
　　a.濾池的運(yùn)行周期為S，總格為n，每格濾池（能進(jìn)行獨(dú)立沖洗的單元）按總格數(shù)排隊(duì)所占有的時(shí)段為T₀，T₀＝S／n……（1）。
b.每格濾池沖洗持續(xù)時(shí)間為T₁，兩濾池沖洗的間歇時(shí)段為T₂，T₀＝T₁＋T₂……
　　c.當(dāng)T₀＞T₁，表示有沖洗間歇T₂存在。
　　d.當(dāng)T₀＝T₁，表示濾池連續(xù)沖洗，沒有間歇存在。T₂＝0。
　　e.T₁／2＜T₀＜T₁，表示有兩格同時(shí)沖洗存在。當(dāng)兩格同時(shí)沖洗時(shí)，T₀是原來的2倍，而T₁不變，又回到T₀＞T₁的工況。
　　f.一次反沖洗產(chǎn)生廢水量為q₀T₁，圖中陰影部份。q₀為沖洗廢水流量。
　　g.根據(jù)上一次產(chǎn)生的廢水必須在下一次反沖洗之前排除的原則，即在T₀時(shí)段內(nèi)排水泵應(yīng)將上一次反沖洗廢水排完。
　?、?非均勻模式
　　非均勻模式是濾池沖洗不是按全部格數(shù)排隊(duì)均勻沖洗，而是具有隨意性。即：T₁、T₂、T₀都不相同。這種非均勻模式有可能導(dǎo)致圖1中當(dāng)T₀＞T₁，兩格濾池重迭沖洗，導(dǎo)致排水池調(diào)節(jié)容積的增大和排水泵容量的增大。例如，虹吸濾池水力自動(dòng)控制沖洗，人工手動(dòng)控制的濾池沖洗，就有可能出現(xiàn)這種工況，一些地方還出現(xiàn)將所有濾池一個(gè)接一個(gè)連續(xù)沖洗。因此，在有計(jì)算機(jī)控制的水廠中，應(yīng)建立濾池反沖洗均勻模式。
　?。?）回流水池容量
　　回流水池容量W由以下幾部份中的全部或部分組成。
　　W＝W₁＋W₂＋W₃ （1）
　　W——池容
　　W₁——濾池一次反沖洗排水量
　　W₂——排泥池、濃縮池上清液及濾液在T0時(shí)段發(fā)生的水量。
　　W₁＝PAT₁＋P′At ＝qT₁＋q′t 　?。?）
　　當(dāng)T₁＝t時(shí)
　　W₁＝（q＋q′）T1＝q₀T₁ （3）
　　W₂＝（q₂＋q₃＋q₄）Tv0 （4）
　　W₃—其它水量
　　A——一次反沖洗的濾池面積
　　T₁——濾池反沖洗持續(xù)時(shí)間
　　t——表沖持續(xù)時(shí)間
　　p——濾池反沖強(qiáng)度
　　p′——表沖強(qiáng)度
　　q₂——排泥池上清液流量
　　q₃——濃縮池上清液流量
　　q₄——濾液流量
　　q₀——濾池反沖洗流量
　　由于排泥池、濃縮池上清液水量及濾液流量W2為污泥處理系統(tǒng)水量，這部份水量W₂可根據(jù)具體情況直接送入混合設(shè)備前，以減小回流水池的容積。
　　W₂與原水濁度，沉淀池排泥耗水量、排泥池、濃縮池底流濃度，泥餅含水率等多種因素有關(guān)，難以準(zhǔn)確計(jì)算。在缺乏資料時(shí)，可按排泥耗水量進(jìn)行估算。
　　W₂＝Q₀η₁η₂T₀K （5）
　　Q₀——凈水廠原水流量
　　η₁——沉淀池排泥耗水率1～3％。
　　η₂——濾液回流時(shí)取0.25～0.15；不回流時(shí)取0.02～0.05。
　　K——2～3
　　由于泥餅含水量為80％～70％，因此排泥耗水量中20～30％的水量由上清液和濾液排出。如果濃縮池底流濃度按5％計(jì)。則濃縮池之前上清液只占排泥耗水量的5％以下。由于這部水量并不是一天24小時(shí)平均發(fā)生，中間可能有間斷，因此應(yīng)乘以一個(gè)大于1的系數(shù)K。
　　其它水量W₃包括洗砂、沖洗池子等，由于這部份水量不經(jīng)常發(fā)生，可不考慮，以免增加排水池容積。如果發(fā)生頻度較密。通過溢流排入下水道又浪費(fèi)較大，可酌情考慮。
　　（3）排水泵容量計(jì)算
　　排水泵的容量Q泵按下式計(jì)算，幾何關(guān)系見圖2。
　　Q泵＝W／（T₀－t）
　　W——排水池容積（m³）（泥斗容積大時(shí)，包括部份泥斗容積）
　　T₀＝T₁＋T₂
　　t＝W_AC／q₀ （7）
　　W_AC——圖中開、停泵水位A、C兩點(diǎn)間的排水池容積
　　q₀——反沖洗水流量（m³／s）
　　t——反沖洗水充滿容積WAC所耗的時(shí)間。
　　當(dāng)開泵水位定在排水池最高水位B點(diǎn)時(shí)W_AC＝W，t＝W／qo＝T₁，T₀—t＝T₀—T₁＝T₂則式（6）可簡(jiǎn)化成：
　　Q泵＝W／（T₀－t）＝W／T₂ （8）
　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算，并在泵的容量上留有一定的余量，泵的容量亦可按式（8）計(jì)算。但對(duì)于濾池格數(shù)較多，T₂＜T₁或者T₂＝0，連續(xù)沖洗的工況，泵的容量還應(yīng)按式（8）計(jì)算。
　　確定了回流泵的容量后，應(yīng)核對(duì)一下回流流量對(duì)凈化構(gòu)筑物的沖擊度，特別是對(duì)耐沖擊負(fù)荷較差的水力絮凝、斜管斜板沉淀。當(dāng)沖擊負(fù)荷太大時(shí)，可將一格沖洗變成兩格同時(shí)沖洗排水，以加大池容，延長(zhǎng)開泵的時(shí)間。減小回流流量。建議Q回／Q₀＜10％。
3.1.2 排泥池
　　排泥池可設(shè)計(jì)成兩種形式：一是單一調(diào)節(jié)功能的排泥池；二是既有調(diào)節(jié)功能又有濃縮功能的間歇式濃縮池。前一種形式除了具備足夠的池容用以調(diào)節(jié)外，還必須加攪流設(shè)備以勻質(zhì)。目前傾向于第二種形式。北京市第九水廠排泥池就是采用這種形式。
間歇式濃縮池最早的形式是在池四周不同高程設(shè)閘門將上清液取出，北京市第九水廠污泥處理排泥池設(shè)浮動(dòng)槽將上清液均勻連續(xù)取出，與在不同高度設(shè)閘門相比，上清液出流更連續(xù)、更均勻，對(duì)濃縮更有利。排泥池的設(shè)計(jì)主要是確定排泥池的容積及排泥泵的容量。
　　（1）排泥池容積排泥池容積：按以下幾個(gè)條件確定
　　·大于或等于沉淀池24小時(shí)平均排泥量。
　　·應(yīng)滿足濃縮對(duì)固體負(fù)荷的要求。
　　·在高濁度期間，與濃縮池一道起污泥貯留池的作用，貯留量應(yīng)不小于一日高濁度的泥量。
　　以上三條，按其中大者確定。對(duì)于第三條，是否起污泥貯留池的作用，要依具體情況而定。因?yàn)槊撍畽C(jī)的能力是按設(shè)計(jì)泥量確定的，高濁度發(fā)生一般機(jī)率小，一年或幾年才發(fā)生一次，持續(xù)時(shí)間也較短。因此脫水機(jī)的能力一般均小于高濁度時(shí)的泥量。當(dāng)發(fā)生高濁度時(shí)，脫水機(jī)一天三班連續(xù)工作。暫時(shí)處理不了的污泥可存在排泥池和濃縮池中，一直到將貯存的污泥處理完為止，才恢復(fù)正常班次運(yùn)轉(zhuǎn)。如果當(dāng)?shù)丨h(huán)境容許將高濁時(shí)脫水機(jī)處理不了的污泥排人附近水體，則排泥池的容積由第一、二條確定。
　?。?）沉淀池排泥量計(jì)算
　　前面提到，排泥池容積按大于或等于沉淀池24時(shí)排泥量確定。也可按一日中最大一次排泥量計(jì)算。按這種方法計(jì)算，須知道沉淀池發(fā)生最大一次排泥量那一日的排泥次數(shù)及時(shí)間安排，其計(jì)算方法與凈水廠清水池調(diào)節(jié)容積的計(jì)算方法一樣，不同的是清水池進(jìn)水是均勻的，出水是不均勻的，而排泥池進(jìn)水是不均勻的，排水是均勻的。在水廠未建成投產(chǎn)前，沉淀池的排泥次數(shù)及泥量難以確定。因此，一般都按沉淀池一日排泥量確定。沉淀一日排泥量按下式計(jì)算。
　　Q₁＝(Q₀M-Q′₁C′₁₎/C₁
　　Q₀——原水流量（m³／d）
　　M——原水與混凝劑形成的濁度（mg／l）
　　Q′₁——沉淀池出水流量（m³／d）
　　C′₁——沉淀池出水濁度（mg／l）
　　Q₁——沉淀池排泥流量（m³／d）
　　C₁——沉淀池排泥濁度（mg／l）
　　代入公式計(jì)算時(shí)，單位要統(tǒng)一，mg／l要換算成T／m³。
　　如果沉淀池排泥耗水率已知為η₁，則上式可寫成
　　Q′₁＝Q₀(1-η₁)
　　Q₁＝(Q₀M-Q₀(1-η₁)C′₁₎/C₁＝Q_0［M-(1-η₁)C′₁₎/C₁
3.2 合建式
　　合建式是將排水池（回流水池）和排泥池兩個(gè)構(gòu)筑物合二為一。合建式調(diào)節(jié)構(gòu)筑物一般設(shè)計(jì)成單一調(diào)節(jié)功能，合建式調(diào)節(jié)構(gòu)筑物主要是確定池容的大小。
　　池容計(jì)算采用調(diào)節(jié)構(gòu)筑物調(diào)節(jié)容量最常用的計(jì)算方法，先列出運(yùn)行工況，即列出一日中沉淀池排泥次數(shù)及流量，列出濾池反沖洗次數(shù)及流量，然后綜合排隊(duì)，確定每次排泥及每次反沖洗的時(shí)段。出水按一日24小時(shí)均勻出流。計(jì)算方法與清水池調(diào)節(jié)容積計(jì)算方法類似，這里限于篇幅，不再贅述。
　　凈水廠污泥處理在我國(guó)還處于起步階段，國(guó)內(nèi)目前還沒有這方面的設(shè)計(jì)規(guī)范。本文僅僅是調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的一些基本思路，寫出來與同行共同探討。