許建華
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092)

　　提要：自來水廠的排泥水處理工作應(yīng)從對具體水廠的排泥水水質(zhì)特性分析出發(fā)，注意自來水廠污泥和污水廠污泥之間的本質(zhì)差別。本文探討研究了自來水廠排泥水處理技術(shù)的若干問題，諸如：如何正確確定自來水廠的污泥干固體產(chǎn)量？如何減少自來水廠沉淀池的排泥水水量？為什么要設(shè)置污泥調(diào)蓄均衡池？等等。

　　隨著我國對環(huán)境保護(hù)和整治力度的不斷加強(qiáng)，許多省市的環(huán)保部門近年來積極督促各地自來水公司在擴(kuò)建、新建自來水廠的同時，要籌措資金同步實(shí)施水廠的排泥水處理工程。1996年以來，石家莊、北京、上海和深圳等城市先后建成投產(chǎn)了幾個水廠的排泥水處理工程，開始了我國自來水廠排泥水處理的起步階段。
　　自來水廠排泥水不經(jīng)處理就直排江河湖泊等水體，成為水體的重要污染源，淤積抬高河床，影響江河的航運(yùn)和行洪排澇能力。我國是水資源緊缺的國家，水資源是制約國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)條件。努力搞好自來水廠排泥水處理工程，在改善水環(huán)境的同時，還可回收利用占水廠供水量2～4%左右的水量，一定程度上緩解水資源緊缺的矛盾。我國近2800個城市自來水廠今后如陸續(xù)著手建設(shè)排泥水處理工程，將可能涉及數(shù)百億元巨額基建投資的能否合理使用，能否相應(yīng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工程效應(yīng)和環(huán)境效益的重大現(xiàn)實(shí)問題。
　　結(jié)合幾年來在自來水廠排泥水處理科研工作和工程實(shí)踐中的一些經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)和體會，聯(lián)系在國內(nèi)、外一些自來水廠和污水廠的污泥處理工程參觀調(diào)研過程中的收獲、心得和思考，對自來水廠排泥水處理技術(shù)的若干問題提出如下看法和建議，供我國自來水廠排泥水處理工程建設(shè)和研究工作參考。

1.自來水廠排泥水處理工程設(shè)計規(guī)模如何合理取值問題

　　自來水廠排泥水處理工程設(shè)計工作中，除了必須切實(shí)掌握水廠的混凝沉淀池排泥水日產(chǎn)水量、濾池沖洗廢水的日產(chǎn)水量和單格濾池一次沖洗廢水量外，更重要的是必須對水廠污泥干固體日產(chǎn)量設(shè)計規(guī)模進(jìn)行合理取值，它直接影響污泥脫水機(jī)械等的選型配置、有關(guān)設(shè)備和構(gòu)筑物的配備和設(shè)計，直接影響整個排泥水處理和污泥處置的工程投資和今后工程正常合理運(yùn)行的可能性。
　　水廠排泥水中的污泥干固體含量，由凈水過程中截留去除的原水中泥沙、腐殖質(zhì)、藻類等懸浮雜質(zhì)和水廠投加的混凝劑、助凝劑等二部分組成，前者占主要比重。
　　水廠的日常水質(zhì)檢測項(xiàng)目中，與原水中懸浮雜質(zhì)含量密切相關(guān)的主要是原水渾濁度NTU值。測定水的渾濁度NTU值的濁度儀是基于測定光源通過被測水的散射光強(qiáng)弱的光學(xué)儀器，能有效檢測水中主要屬膠體粒徑范圍的雜質(zhì)顆粒。由于不同水源水中的懸浮雜質(zhì)顆粒大小組成和形狀各不相同，因此各種水源水的濁度NTU值大小并不一定可按某固定比值直接換算成反映水中懸浮雜質(zhì)濃度SS值(mg/L)的大小。因此取用不同水源水的水廠在進(jìn)行排泥水處理工程設(shè)計之前，一般應(yīng)先對全年不同時段的水源水取樣進(jìn)行渾濁度NTU值和原水中懸浮固體量SS值的一系列同步檢測對比。所獲大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸和相關(guān)分析，得出NTU與SS值之間的相關(guān)關(guān)系，再聯(lián)系水源具體情況和近年原水濁度資料的概率統(tǒng)計分析等，可合理確定該水廠排泥水處理工程污泥干固體量DS的日處理規(guī)模。若不能認(rèn)真根據(jù)當(dāng)?shù)厮此|(zhì)實(shí)際情況得出可靠的NTU:SS的相關(guān)值，則估算的水廠排泥水處理工程的干污泥DS日處理規(guī)模量可能與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)，甚至可能差一、二倍以上！嚴(yán)重影響工程建設(shè)的合理性.
　　我國不少城市自來水廠已將建設(shè)排泥水處理工程提上議事日程，建議在日常檢測原水濁度NTU值的同時，進(jìn)行一些原水懸浮固體SS值的對比檢測，及早作好這項(xiàng)影響工程設(shè)計規(guī)模的前期準(zhǔn)備工作。

2.合理進(jìn)行平流式沉淀池機(jī)械排泥，減少排泥水水量消耗

　　我國許多自來水廠的平流式沉淀池機(jī)械排泥，實(shí)行定時啟動吸泥機(jī)械沿池長全程吸除池底積泥的自動排泥方式。由于平流沉淀池的池底沉泥主要集中在近絮凝池的前端1/3左右沉淀池池長范圍，因此沉淀池后端2/3池長范圍排出的泥水往往含固率很低，導(dǎo)致水廠平流沉淀池的排泥水量消耗較多，實(shí)施水廠排泥水處理時就會相應(yīng)增加排泥水處理成本。
　　為了減少不必要的排泥水量消耗，必須通過合理排泥來提高沉淀池排泥水的整體含固率。建議將平流式沉淀池的機(jī)械排泥方式由人工或自動定時啟動沿整個池長全程排泥方式，改為按池底積泥規(guī)律實(shí)行智能化自動分段有效排泥的方式。具體做法是：在吸泥機(jī)下端離池底適當(dāng)高度處設(shè)置超聲波污泥界面監(jiān)測儀，當(dāng)沉淀池前端1/3池長處池底積泥達(dá)一定厚度時，污泥界面監(jiān)測儀自動啟動吸泥機(jī)吸除前端1/3池長范圍的池底積泥；沉淀池后端2/3池長范圍因積泥較少，可設(shè)定在前端1/3池長范圍吸泥機(jī)自動按泥位啟動吸泥往返二或三個排泥行程后，再沿整個沉淀池長度全程運(yùn)行排泥一次。這樣的智能化自動分段排泥方式可顯著減少排泥水量，節(jié)水節(jié)能，還能相應(yīng)減少排泥水調(diào)節(jié)池、濃縮池等的基建和運(yùn)行費(fèi)用。智能化排泥的排泥間隔時間受制于前端池底積泥厚度的設(shè)定控制，應(yīng)以防止積泥時間過長可能招致池底泥質(zhì)腐化、影響沉淀池水質(zhì)為度。

3.沉淀池排泥水和濾池沖洗廢水的合并處理或分別處理問題

　　各自來水廠的排泥水處理系統(tǒng)可能各有不同，但根本區(qū)別在于將沉淀池排泥水和濾池沖洗廢水二類排泥水合并一起處理還是分別處理的二種選擇。二類排泥水合并處理或分別處理的工藝流程示意圖分別參見圖1(a)或圖1(b)。

　　自來水廠的沉淀池(或澄清池)排泥水中的懸浮雜質(zhì)含固率一般均高于0.3%，比濾池沖洗廢水的含固率高二、三十倍以上；如實(shí)行沉淀池智能化合理排泥，則排泥水含固率可能達(dá)1％左右。自來水廠每天的濾池沖洗廢水水量，一般又明顯多于沉淀池排泥水水量。因此若將沉淀池排泥水和濾池沖洗廢水如圖1(a)所示的合并處理工藝一起進(jìn)同一調(diào)節(jié)池，雖可比圖1（b）所示的分別處理工藝省卻了廢水調(diào)節(jié)池，減少了基建投資和占地，但沉淀池排泥水卻被濾池沖洗廢水極度稀釋，非常不利于其后的濃縮池的污泥濃縮效果，濃縮池也因處理水量大、濃縮效果差而需增加基建投資和占地。因此水廠排泥水處理一般宜采用二類排泥水分別處理的工藝流程，廢水調(diào)節(jié)池中的水質(zhì)、水量集中勻化后的濾池沖洗廢水，一般可以用水泵輸往絮凝沉淀池前作原水使用；也可將廢水調(diào)節(jié)池底沉積集中的沉泥液用泵打入濃縮池濃縮，其余大量廢水用泵輸至絮凝沉淀池前作原水用。

4.排泥水濃縮池的池型和設(shè)計構(gòu)造注意要點(diǎn)

　　自來水廠沉淀池(或澄清池)的排泥水含固率一般均低于1％，需經(jīng)濃縮池進(jìn)行重力式固液分離，排除上清液，縮小污泥體積后，再將濃縮池污泥送往后續(xù)工藝進(jìn)行污泥脫水。通常要求濃縮池的底流排出的濃縮污泥含固率達(dá)3％～4%左右，以滿足后續(xù)污泥脫水機(jī)械高效率進(jìn)行污泥脫水的需要。
　　連續(xù)流的重力式排泥水濃縮池有多種不同池型和構(gòu)造形式，總起來可歸納為一般的排泥水濃縮池和設(shè)有斜板的排泥水濃縮池二類。我國許多自來水廠目前面臨為應(yīng)對微污染原水增設(shè)水質(zhì)生物預(yù)處理和深度處理工藝及新建排泥水處理系統(tǒng)等基建改造任務(wù)，用地緊張是許多水廠存在的現(xiàn)實(shí)困難。濃縮池是排泥水處理系統(tǒng)中占地面積較大的構(gòu)筑物，設(shè)有斜板的排泥水濃縮池可有效提高濃縮過程中的固體通量，從而顯著減少濃縮池面積。
　　由于自來水廠的污泥與污水廠的污泥在有機(jī)成分的比例、污泥內(nèi)容組成、污泥比重和性質(zhì)等均有根本區(qū)別，因此這二類污泥的濃縮池在固體通量和固形物在濃縮池中的平均停留時間等設(shè)計參數(shù)應(yīng)迥然不同。取不同水源水的自來水廠，由于原水中的懸浮雜質(zhì)的顆粒組成分布和水中藻類含量等不同，也影響各自來水廠排泥水中的固體顆粒沉速和固液分離性能等，因此在設(shè)計確定取不同水源水的水廠排泥水濃縮池面積前，一般應(yīng)進(jìn)行合適的沉淀池排泥水靜態(tài)沉降試驗(yàn)、甚至動態(tài)沉降試驗(yàn)，以取得較確切的濃縮池固體通量等設(shè)計參數(shù)。
　　水廠排泥水在濃縮池中的顆粒沉降，是具有一定絮凝作用的擁擠沉降過程，排泥水從濃縮池液面以下一定深度進(jìn)入池中進(jìn)行濃縮。斜板濃縮池不能采用下向流方式進(jìn)行固液分離，要用側(cè)向流與上向流相結(jié)合的方式進(jìn)行排泥水的固液分離濃縮過程。
　　為了有效促進(jìn)濃縮池中污泥顆粒之間的均勻絮凝結(jié)大，濃縮池下部應(yīng)設(shè)置與池底刮泥裝置組裝的緩慢攪拌污泥的直桿攪拌裝置。

5.污泥調(diào)蓄均衡池的設(shè)置問題

　　自來水廠的污泥濃縮池排出的含固率3％～4％左右的濃縮污泥，一般直接被輸至污泥脫水機(jī)房進(jìn)行機(jī)械脫水。1998年建成投產(chǎn)的上海閔行一水廠的排泥水處理系統(tǒng)，首次在污泥濃縮池和污泥離心脫水機(jī)房之間設(shè)置了一座起調(diào)節(jié)勻化濃縮污泥的量和質(zhì)作用的污泥調(diào)蓄均衡池。
　　污泥脫水機(jī)械從維持較高的機(jī)械運(yùn)行功效和出泥含固率較高(自來水廠污泥脫水后的泥餅含固率一般要求達(dá)35％以上，以滿足脫水污泥的外運(yùn)處置需要)，要求進(jìn)脫水機(jī)的濃縮污泥含固率能基本穩(wěn)定。同時從各臺污泥脫水機(jī)的運(yùn)行工序調(diào)節(jié)(如板框壓濾機(jī)清除泥餅和沖洗濾布)和機(jī)械維修等，也要求濃縮污泥供應(yīng)量能基本穩(wěn)定。設(shè)置適當(dāng)池容的污泥調(diào)蓄均衡池能滿足這些需求，特別是對供水量規(guī)模較大的水廠或使用周期性間歇運(yùn)作的板框壓濾污泥脫水機(jī)的水廠。

6.聚丙烯酰胺的合理選型問題

　　為了改善自來水廠污泥的脫水性能，濃縮污泥進(jìn)行污泥機(jī)械脫水前一般均勻加入適量的有機(jī)高分子聚合物聚丙烯酰胺(PAM)來降低污泥比阻，使其易于脫水。聚丙烯酰胺有陰離子型、陽離子型和非離子型三類，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面綜合衡量，通過試驗(yàn)合理篩選各水廠較適合的PAM類型和品牌。
　　污水廠的污泥中以含有機(jī)成分的親水性膠質(zhì)微粒為主，膠粒Zeta電位負(fù)電性較強(qiáng)，污泥進(jìn)行機(jī)械脫水時一般先加入適量的陽離子型PAM，起膠粒的電性中和及微粒間架橋絮凝作用，使污泥容易脫水。自來水廠的污泥以含泥沙等無機(jī)成分的膠粒為主，且在水廠凈水過程中已加過鋁鹽或鐵鹽混凝劑，膠粒Zeta電位負(fù)電性明顯降低，因此自來水廠濃縮污泥在脫水前加入適量PAM主要從促使泥粒間架橋絮凝和降低污泥比阻的調(diào)理作用考慮。實(shí)驗(yàn)室小試和水廠生產(chǎn)性試驗(yàn)均證實(shí)：陰離子型PAM與陽離子型PAM在投加率相近(陽型投加率一般略高于陰型)情況下，均能起理想的基本類同的降低污泥比阻和達(dá)到離心機(jī)脫水污泥含固率35%以上的良好效果(僅在污泥脫水后分離液的濁度上，用陽離子型PAM的分離液濁度較低)。由于陽離子型PAM的單位重量商品價格約比陰離子型PAM高1倍左右，因此自來水廠污泥脫水的PAM調(diào)理劑宜選用丙烯酰胺單體含量低于0.05%的高分子量陰離子型PAM。非離子型PAM因溶解速度慢，一般不用于污泥調(diào)理。

7.污泥脫水機(jī)械的選型問題

　　自來水廠的污泥脫水機(jī)械，目前主要采用的有帶式壓濾機(jī)、膜式板框壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)三種類型。加入適量PAM等化學(xué)調(diào)理劑的水廠濃縮污泥經(jīng)脫水機(jī)械脫水后的泥餅運(yùn)出廠外進(jìn)行填地、作垃圾填埋場覆蓋材料或資源化利用等處置。
　　三類污泥脫水機(jī)械的基本特點(diǎn)分別簡述如下：
　　1) 帶式壓濾機(jī)
　　帶式壓濾機(jī)可連續(xù)自動化運(yùn)行，進(jìn)行污泥壓濾脫水工作的同時，進(jìn)行濾布的連續(xù)用水沖洗。設(shè)備投資較少，能耗較低，噪聲小，但污泥脫水過程中的污泥截留率較低，機(jī)房水、氣環(huán)境較差，脫水污泥的含固率較低，脫水設(shè)備占地較大。較小干泥量的水廠可考慮選用。
　　2) 板框壓濾機(jī)
　　目前推廣應(yīng)用新型的膜式板框壓濾機(jī)。對進(jìn)泥含固率要求較低，一般2％～3％即可；而出泥含固率高于帶式壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)，可減少脫水泥餅的外運(yùn)處置費(fèi)用。運(yùn)行過程是周期性地泵入污泥壓濾和脫除泥餅的間歇過程；根據(jù)濾布堵塞情況，一定的運(yùn)行周期后沖洗濾布一次，整個操作過程較繁雜。個別濾布或橡膠隔膜損壞易及時更換后恢復(fù)正常運(yùn)行。設(shè)備投資大，占地大，噪聲較小。
　　3) 離心脫水機(jī)
　　離心脫水機(jī)可連續(xù)自動化運(yùn)行，設(shè)備效率高，占地小，管理方便，機(jī)房環(huán)境清潔，是近幾年推廣應(yīng)用較快的污泥脫水機(jī)。主要缺點(diǎn)是噪聲大，離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)葉片等部件要求耐磨性強(qiáng)，以延長使用壽命。離心機(jī)制造材質(zhì)和加工精度要求嚴(yán)格，以保障長期自動連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)備投資較大。
　　污泥脫水機(jī)械選型時，應(yīng)結(jié)合水廠規(guī)模、場地條件、管理?xiàng)l件和污泥性質(zhì)等實(shí)際情況，主要從設(shè)備運(yùn)行可靠性、系統(tǒng)自動化程度、污泥脫水效果、建設(shè)投資和處理成本等方面綜合考慮進(jìn)行合理選型，并注意PAM溶投設(shè)備、污泥濃縮池、脫水機(jī)和脫水污泥傳輸設(shè)備等相關(guān)設(shè)備的相互配套協(xié)調(diào)和穩(wěn)定運(yùn)行的可能性。