摘 要：净水厂排泥水若不经处理直接排放会严重污染水体与环境，长沙主城区截污改造工程要求对长沙市各水厂排泥水进行截污改造。以长沙市第五水厂为例，提出了排泥水直接处理和排泥水间接处理两种改造方案，并从对环境影响、工程投资、运行费用、对城市排水系统影响等四个方面比较了两种工艺方案的优劣，最终确定采用间接处理方案改造长沙市第五水厂排泥水系统。
关键词：净水厂;排泥水;直接处理;间接处理
Abstract: Directly emission of sludge water, without any treatment process, could be seriously harmful for water environment. According to the Interception Project of Changsha main city zone, the interception upgrading of water sludge for waterworks in Changsha is strictly required. Taking the 5th waterworks in Changsha for example, this paper proposed two upgrading scheme--direct processing and indirect processing of sludge water. After aking four aspects into consideration, such as environmental influence, construction investment, operating cost, and effects on urban drainage system, the indirection process was finally adopted for upgrading of sludge water system in the 5th waterworks of Changsha.
Keywords:waterworks; Sludge water; direct processing; indirect processing
中图分类号：S276 文献标识码： A文章编号：2095-2104(2012)
供水厂在生产出自来水的同时, 也产生了大量含泥砂、有机物、混凝剂、微生物等的排泥水[1]。排泥水主要来自沉淀池和滤池反冲洗废水，约占水厂总产水量的4%～7%[2]。这些废水若不经处理直接排放，会造成水体污染、河道淤塞等一系列问题。因而，如何因地制宜的合理选择排泥水处理方式，是水处理工作者面临的重要问题。
长沙市第五水厂位于长沙市开福区，以株树桥水库为水源，工程设计总规模为30.0×104m3/d，分两期建设，一期建设规模15×104m3/d，1990年10月正式投产，采用回流隔板絮凝池→平流式沉淀池→虹吸滤池→液氯消毒工艺;二期建设规模15.0×104m3/d，1993年7月正式投产，采用回流隔板絮凝池→平流式沉淀池→普快滤池→液氯消毒工艺。目前长沙市第五水厂排泥水未经处理直接排入湘江。
1排泥水水质分析
1.1排泥水水质简介
排泥水主要成份为无机物、有机物和重金属，陆在宏等人的研究成果[3]，排泥水污泥(干基)无机物分析结果见表1。排泥水的BOD5、CODcr含量如表2所示。排泥水中有机物(烧失量)含量为10%左右，无机物约为90%，排泥水中有机物、重金属亦远远低于国家排放标准[3]。在净水厂排泥水处理工艺选择时主要考虑SS的处理。
表1 排泥水污泥(干基)无机物含量[3]
|
成份 |
烧失量 |
SiO2 |
AL2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
SO3 |
|
含量（%） |
10.36 |
54.08 |
17.94 |
7.29 |
1.74 |
0.42 |
2.31 |
1.05 |
0.26 |
表2 排泥水BOD5、CODcr值[3]
|
排泥水浓缩污泥含固率(%) |
0.97 |
1.75 |
6.36 |
7.12 |
|
BOD5 |
6.64 |
7.8 |
12.5 |
13.5 |
|
CODcr |
36.1 |
42.2 |
99.1 |
76.8 |
1.2长沙市五水厂干泥量
给水厂排泥水来源于絮凝池、沉淀池排泥水及滤池反冲洗排水，排泥水中的污泥由水中悬浮物形成的污泥和药剂产生的固体物组成，污泥量按照浊度和混凝剂投加量计算。排泥水干泥量计算采用如下公式计算：
TDS = Q(T×E1+A×E2) ×10-6
式中：
TDS—总干泥量(t/d);
Q----设计水量(m3/d)，按1.05倍设计总规模计算;
T----设计采用的原水浊度(NTU)，株树桥水库水质符合CJ3020—93《生活饮用水水源标准》一级标准。常年浊度小于≤3NTU。本文按3NTU计算。
E1----浊度与SS的换算系数，本文取1.1;
A-----铝盐混凝剂加注率(以Al2O3计)(mg/L)，见下述计算;
E2---- Al2O3与Al(OH)3换算系数,为1.53;
铝盐混凝剂加注率为10mg/L。
计算得：五水厂干泥量为5.58t/d
1.3 排泥水总固体浓度
净水厂生产废水一般约占水厂净水能力的4～7%[2]，即五水厂排泥水量为12000m3/d~21000m3/d，根据1.2节干泥量计算结果，计算得五水厂排泥水SS为265~465mg/L。基本满足《污水排入城市下水道水质标准》中城市设有污水处理厂的情况。
2方案论证
2.1方案构思
在城市净水厂排泥水中， SS浓度通常在1000mg/L~3000mg/L之间[3]，不能满足《污水排入城市下水道水质标准》中排放标准。然而五水厂采用株树桥水库水，原水浊度低，加药量少，因而其排泥水中SS含量相对较低，基本满足排入城市下水道的水质标准。因此长沙市五水厂排泥水处理系统可采用以下两种方案：(1)排泥水直接处理方案;(2)排泥水间接处理方案。
2.2排泥水直接处理方案
2.2.1 工艺流程
排泥水直接处理方案对排泥水的处理在厂区范围内进行，主要包括调节、浓缩、脱水、处置四道基本工序。
2.2.2 工艺设计
(1)调节
调节构筑物采用分建形式，即单独设置回收水池接纳和调节反冲洗废水;设排泥池接纳沉淀池排泥水和少量絮凝池排水。滤池反冲洗废水经回收水池调节后提升至配水井重复利用。
设排泥池1座，尺寸L×B =40m×18m，有效水深H=4.0m，有效容积2880m3。池底设液压往复式刮泥机。
设回收水池1座，尺寸L×B =28×18，有效水深H=4.0m，有效容积2016 m3。池底设液压往复式刮泥机，同时在回收水池上部安装斜管。
(2)浓缩
浓缩是污泥脱水前的一个重要环节，浓缩的目的是降低含水率，减小污泥体积，污泥的含水率越低，即污泥的浓度越高，脱水的速度越快。五水厂设重力辐流式浓缩池2座，平面尺寸D=14m，污泥固体通量均按10.7 kg/(m2·d)设计。
(3)贮泥池
贮泥池为平衡浓缩池连续运行和脱水机间断运行而设置，池内浓缩污泥经泵提升至脱水机房。
设置贮泥池1座，贮泥池排泥水含固率约2%~4%，贮泥池平面尺寸D=14m，有效水深H=5.0 m，容积V=615.4m3;
(4)污泥脱水间
污泥脱水系统采用机械板框脱水工艺，新建污泥脱水间，平面尺寸L×B =36×15m，共三层。
2.3排泥水间接处理方式
长沙市五水厂处于城区中心地带，如果新建排泥水处理设施，势必将在增加水厂新征地。若考虑将排泥水排入城市下水道，统一进入污水处理厂进行处理，征地问题将迎刃而解，而且也将大大节约工程投资。
根据五水厂排泥水排放特征，结合五水厂实际可用地情况，设置半地下式调节池，五水厂调节池为梯形，面积810m2，有效容积2916m3。在调节池池底设ABS鼓风曝气管，鼓风曝气的作用是:当排泥水SS满足排入下水道标准时,均匀曝气避免集泥;当排泥水SS满足排入下水道标准时,停止曝气，发挥调节池沉泥作用，使调节池出水达标排放，而调节池采用定期泵车清泥的方式防止淤积。调节池的出水通过闸门的自动调节，实现恒定出流，以减小排泥水对城市排水系统的冲击，同时保持市政下水道中排泥水流速稳定，降低淤塞下水道的可能性。
3 特征与讨论
从对环境影响，工程总投资，对城市排水系统影响，运行费用四个方面来考察以上两种方案的优缺点。
3.1 对环境影响
上述两种方案均将净水厂排泥水经处理达标后排放，减少了向湘江排放污染物的数量，具有相同的环境效益。
3.2 工程总投资
排泥水直接处理方案采用了调节、浓缩、脱水、污泥处置四道工序来处理排泥水，新建处理构筑物较多，且需新征地，工程费用较高，五厂工程总投资约7631.0万元。
间接处理方案仅需对厂区内排泥水管线进行局部改造，并新建调节池一座，因而工程投资大大降低，仅为507.19万元。
3.3 运行费用
直接处理方式和间接处理方式的实际处理流程相近，只是间接处理方式将排泥水的处理放在污水处理厂进行，因而其实际运行费用基本一致。
3.4 对排水系统的影响
3.4.1 污水收集系统的影响
目前五水厂所在区域采用截流式合流制排水系统，排泥水量比雨水量要小得多，因而接纳此部分排泥水量并不会对管网产生影响。接纳长沙市第五厂排泥水的田心港泵站设计规模16万m3/d，五水厂排泥水占其提升量的7.8%，且目前泵站容量有一定富余，因而不会影响泵站的正常运行。
3.4.2 对污水处理厂有影响
直接处理方案将供水厂排泥水处理达标后排放，不会对污水处理厂的运行产生影响。
间接处理方案对污水处理厂有一定影响，分析如下：长沙市五水厂属于长沙市开福污水处理厂纳污范围，开福污水处理厂设计规模20.0×104m3/d，设计进水水质参数为BOD5=130mg/L，CODcr=250mg/L，SS=170mg/L。李燕华等人的研究结果表明[4]，沉淀池后期排泥水的CODMn为2mg/L，滤池反冲洗水CODMn为5.5mg/L，陆在宏等人的研究表明[3]，当含固率为0.97%时，BOD5和CODcr 分别为6.64 mg/L和36.1 mg/L，表明净水厂排泥水的BOD5和CODcr值较低，因而当净水厂排泥水接入污水处理厂之后，会对净水厂进水BOD5和CODcr起到稀释作用。假定长沙市五水厂CODcr=36 mg/L，BOD5=12 mg/L，SS=220 mg/L，排泥水量为16000m3/d。则五水厂排泥水接入开福污水处理厂后，其进水水质为CODcr=234.1 mg/L，BOD5=121.2 mg/L，SS=173.7 mg/L，表明其开福污水处理厂的正常运行影响有限。
日本有关部门曾对世界各国已设置污泥处理系统的363个净水厂的排泥水处理方法进行了调查，发现有6.1%的净水厂采用将排泥水排入城市下水道的处理方法[5]，这些水厂的共同点是水源条件较好，水中悬浮物含量低、浊度小，与长沙市第五水厂情况类似。
此外，B.V.Saltto 等人的研究成果表明[6]，净水厂排泥水的混入不仅对城市污水处理并无明显的不利影响，相反还有一定的有利作用。水厂的污泥大部分会在沉砂池或初沉池中沉淀下来，因而提高了初沉污泥数量，大大降低了初沉污泥中有机物的比例，使得初沉污泥更易沉降，这也是加入净水厂排泥水后出水悬浮固体和浊度降低的原因。此外，因为排泥水中污泥大多为无机物，其脱水性能远优于污水污泥，它可以对污水污泥起到调节作用，从而提高污水处理厂污泥的可脱水性，降低污水处理厂出厂污泥的含水率，有利于污泥的后续处置。
4 结论
(1)长沙市污水厂排泥水处理采用排泥水直接处理方案和间接处理方案均可实现对排泥水的有效处理，减少对排污量。
(2)因五水厂水源条件好，水中悬浮物含量低、浊度小，选择排泥水间接处理方式具有更大优势。
(3)对于用地性质比较紧张且原水浊度较低的净水厂排泥水系统改造时，可以采用间接处理方式，此方案用地少，一般可在原有厂区内实施，投资较直接处理方式大大减少。同时对污水处理厂运行基本无不利影响。
参考文献
[1]向平，蒋绍阶.给水厂排泥水处理回用的若干问题[J].重庆建筑大学学报，2004,26(4):70~72
[2] 刘辉，许建华. 自来水厂排泥水处理的国内外发展概况[J].中国给水排水，2001,17(8):26~28
[3]陆在宏，吴今明，潘晓.水厂排泥水处理工艺方案的选择[J].上海环境科学，1992,11(3):10~12
[4]李燕华.南洲水厂排泥水处理研究与应用，学位论文
[5]谢志平.给水厂的污水和污泥处理.第一版，合肥，安徽科学技术出版社，1988：66
[6] B.V.Saltto.the Effect of Water-Utility Sludge Process.AWWA,1973(6):428-431
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长沙市第五水厂排泥水处理工程方案优化选择
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