水廠生產(chǎn)廢水處理工藝節(jié)地高效化設(shè)計(jì)探索
技術(shù)支持
水廠的生產(chǎn)廢水懸浮物含量高，?？蛇_(dá)到500mg/L以上，隨意排放會造成城市排污管道或天然河道淤塞，也會造成其他一系列的環(huán)保問題。“水十條”及《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中均有生產(chǎn)廢水須達(dá)標(biāo)排放的規(guī)定。另外昆明是國內(nèi)嚴(yán)重缺水的城市之一，降低自用水率對減少水資源浪費(fèi)十分重要。因此，既有水廠新建生產(chǎn)廢水處理工藝是必要的。
目前的水廠廢水處理工藝按排泥池、排水池是否合建，分為合建式和分建式。合建式如深圳梅林水廠，該工藝雖有利于節(jié)省調(diào)節(jié)池占地，但排泥水與反沖洗水濃度相差5～8倍，沖擊負(fù)荷大，不利于濃縮池運(yùn)行，而且濃縮池進(jìn)水量增大，濃縮池設(shè)計(jì)處理量大于分建式工藝的水廠，梅林水廠通過多點(diǎn)投加輔助藥劑緩解該工藝問題，但增加了運(yùn)行復(fù)雜性。分建式是目前推薦采用的工藝，如天津津?yàn)I水廠、北京第九水廠，排泥池、排水池分建有利于濃縮池運(yùn)行、有利于減少濃縮池占地，但排水池、排泥池占地增加。
寶象河水廠位于昆明市，生產(chǎn)規(guī)模為8萬m3/d，由于供水需求大，經(jīng)多次擴(kuò)建用地緊張，水廠要求廢水處理工藝系統(tǒng)的占地須小于600㎡，而生產(chǎn)規(guī)模相當(dāng)采用分建式的昆明二水廠，廢水處理系統(tǒng)占地面積約為966㎡，通過優(yōu)化工藝節(jié)約用地是在工藝設(shè)計(jì)階段必須解決的問題。原有的廢水處理工藝是通過靜置沉淀回收上清液，回收水渾濁度波動(dòng)大，回收時(shí)常導(dǎo)致濾后水渾濁度上升，必須尋找高效穩(wěn)定的沉淀工藝。本文通過優(yōu)化合建式工藝，利用斜管沉淀池提高沉淀效率，利用疊螺脫水機(jī)降低對進(jìn)泥含固率的要求，設(shè)計(jì)出一種既可以減少排泥池、排水池占地面積，又可以減少濃縮單元占地面積的工藝方案，可以有效解決既有水廠改造廢水處理工藝可用地不足的問題，為亟須進(jìn)行廢水處理工藝改造又面臨用地困難的水廠提供設(shè)計(jì)參考。
1 廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)
1.1 水線工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化思路
分建式工藝中的排水池通過靜置沉淀作用使上清液澄清達(dá)到回收水質(zhì)要求，靜置沉淀效率低，在梅林水廠的運(yùn)行管理中須停留4～8h才達(dá)到回收要求。昆明其他水廠生產(chǎn)實(shí)踐，也須停留2h。靜置沉淀過程中不得進(jìn)水，主工藝濾池反沖洗受到條件限制，而且排水池調(diào)節(jié)容積也須設(shè)置得較大，占地面積及投資相應(yīng)增加。以上問題的核心是沉淀工藝低效導(dǎo)致的，提高沉淀效率是解決問題的關(guān)鍵。
首先斜管沉淀相比靜置或平流沉淀更高效，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷可提高3～5倍，再者斜管沉淀運(yùn)行過程可連續(xù)進(jìn)水不須靜置，減小排水調(diào)節(jié)池的容積。昆明其他水廠生產(chǎn)性試驗(yàn)證明，斜管沉淀工藝可以用于處理高SS的濾池反沖洗水和沉淀池排泥水的凈化處理。在SS＜1000mg/L時(shí)，其出水渾濁度可穩(wěn)定控制在5NTU以內(nèi)，滿足回收水關(guān)于渾濁度的控制要求。
根據(jù)以上分析，寶象河水廠水線設(shè)計(jì)使用加入斜管沉淀池的合建式廢水處理工藝。
1.2 泥線工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化思路
水廠傳統(tǒng)廢水處理工藝中常用的污泥脫水設(shè)備是離心脫水機(jī)或者板框壓濾機(jī)。兩種設(shè)備的進(jìn)泥含固率要求在2%～3%，而排水池或排泥水的排泥含固率約為0.8%，還不能滿足要求，必須設(shè)置濃縮池。兩種設(shè)備運(yùn)行噪聲大，可能對運(yùn)行員工造成職業(yè)傷害，遭到周圍居民投訴。水廠污泥濃縮停留時(shí)間較長，污泥發(fā)酵，脫水時(shí)產(chǎn)生大量臭味。離心脫水機(jī)對進(jìn)泥含固率、泥質(zhì)、主轉(zhuǎn)速、差速等運(yùn)行參數(shù)敏感，脫水全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)困難，須人工巡視甚至值守，運(yùn)行人員也須經(jīng)培訓(xùn)和長期訓(xùn)練才能勝任。以上四個(gè)傳統(tǒng)工藝的問題是選用的脫水設(shè)備特性所導(dǎo)致的，改變脫水機(jī)設(shè)備是解決問題的關(guān)鍵。
疊螺脫水機(jī)是運(yùn)用了螺桿擠壓原理，污泥中的水分在螺桿直徑和螺距變化產(chǎn)生的壓力作用下，從固定環(huán)和游動(dòng)環(huán)中的微小縫隙中擠出，實(shí)現(xiàn)污泥脫水。下表為離心脫水機(jī)與疊螺脫水機(jī)性能對比。
參數(shù) | 離心脫水機(jī) | 疊螺脫水機(jī) |
進(jìn)泥濃度 | 2%～3%，要求較高 | 0.2%～3%，要求較低 |
出泥含水率 | 80%左右 | 80%左右 |
能耗（kW·h/tDS） | 30～60 | 30～60 |
設(shè)備控制 | 較復(fù)雜 | 較簡單 |
噪聲 | 轉(zhuǎn)速高，噪聲大 | 轉(zhuǎn)速低，噪音小 |
設(shè)備占地 | 略小 | 略大 |
排放水SS（mg/L） | ＜200 | ＜100 |
疊螺脫水機(jī)對進(jìn)泥濃度要求降低，排水池或排泥池的排泥水含固率已經(jīng)能滿足要求，可取消濃縮池，降低工藝停留時(shí)間減輕臭味問題。疊螺脫水機(jī)轉(zhuǎn)速低，噪聲明顯降低。疊螺脫水機(jī)控制邏輯明確，控制參數(shù)少，較易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。
綜上，寶象河水廠泥線設(shè)計(jì)使用疊螺脫水機(jī)代替離心脫水機(jī)。
1.3 寶象河水廠廢水處理工藝設(shè)計(jì)簡介
寶象河水廠供水設(shè)計(jì)能力為8萬m3/d，處理工藝由穿孔旋流絮凝、斜管沉淀、虹吸過濾、加氯消毒構(gòu)成，水廠由4組老工藝加1組新工藝組成，原有回收水系統(tǒng)通過排水池靜置沉淀后便回收，回收水渾濁度高，對主工藝影響大。設(shè)計(jì)生產(chǎn)廢水主要包括沉淀池排泥水、濾池反沖洗水，設(shè)計(jì)回收水量為3000～7000m3/d，設(shè)計(jì)泥處理量為1.18t/d（干泥），設(shè)計(jì)回收水渾濁度＜10NTU。
寶象河水廠廢水處理系統(tǒng)中原有排水調(diào)節(jié)池2座，占地面積共計(jì)238.4㎡，有效容積為1400m3，可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，無需擴(kuò)容，新增潛水?dāng)嚢杵骰旌线M(jìn)水水質(zhì)。設(shè)計(jì)一體式鋼制斜管沉淀池2座，單座尺寸為7.48m×3.1m，單座處理量為250m3/h。污泥平衡池1座，有效容積為56m3，占地面積為16㎡。脫水車間1座，占地面積為128㎡。工藝構(gòu)筑物總占地面積約為491㎡。
2 實(shí)際運(yùn)行效果總結(jié)
2.1 濾后水渾濁度降低
寶象河水廠原廢水處理系統(tǒng)回收時(shí)初期渾濁度高且變化范圍大，對凈水工藝沖擊大，加藥調(diào)整難以控制，濾后水平均渾濁度＞0.15NTU。6月引入斜管沉淀池的新工藝建成使用后，回收水渾濁度＜10NTU，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，回收時(shí)無需調(diào)整加藥量，濾后水渾濁度可穩(wěn)定控制在0.15NTU以下。
2.2 排放水達(dá)標(biāo)排放
昆明使用離心脫水機(jī)的水廠，其分離液均小于100mg/L，疊螺脫水機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中排放水SS均小于70mg/L，出水滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。
2.3 其他方面的運(yùn)行效果
本項(xiàng)目脫水工藝全自動(dòng)運(yùn)行，未增加水廠必要崗位設(shè)置，同時(shí)脫水機(jī)房臭味小、噪音小，運(yùn)行后未收到周圍居民的投訴。
3 結(jié)論
（1）運(yùn)用斜管沉淀池有利于高效處理廢水，減少主工藝沖擊負(fù)荷。
（2）運(yùn)用疊螺脫水機(jī)有利于節(jié)省占地與投資，減少噪聲與臭味。
（3）該優(yōu)化設(shè)計(jì)思路可以運(yùn)用于用地緊張、預(yù)算有限的水廠廢水處理工藝建設(shè)項(xiàng)目。
（4）該工藝未按照連續(xù)運(yùn)行設(shè)計(jì)，啟動(dòng)初期回收水水質(zhì)不穩(wěn)定，下一步應(yīng)加強(qiáng)自控設(shè)計(jì)整合，實(shí)現(xiàn)工藝連續(xù)運(yùn)行。
