北京市第九水廠污泥處理工程設(shè)計簡介
凈水廠排泥水處理在國外已經(jīng)普遍實行，但國內(nèi)尚無明確的規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),，本工程主要參照日本水道協(xié)會編寫的《凈水廠排水處理設(shè)計》進(jìn)行設(shè)計,。
北京市第九水廠污泥處理廠于1997年6月建成投產(chǎn)，通過運行證明設(shè)計工藝對凈水廠污泥處理是適用的，所采用的處理技術(shù)和設(shè)備是可行的,，脫水后泥餅含水率達(dá)到50%～60%,。
1 工程概況
北京市第九水廠設(shè)計處理總規(guī)模為150萬m3/d。原水取自市區(qū)東北部的密云,、懷柔水庫,，輸水管道全長75km。凈配水廠位于市區(qū)北部清河附近,，分三期建成,，每期各50萬m3/d，一,、二期工程已經(jīng)投產(chǎn)運行，三期工程將于1999年建成投產(chǎn),。工程投資采用日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金貸款,，主要設(shè)備為國際招標(biāo)采購。
凈配水廠采用常規(guī)凈水工藝加顆?；钚蕴课?。一期工程共分三個系列，二,、三期工程分別為兩個系列,。沉淀池形式一期為加速澄清池，二,、三期為側(cè)向流波形斜板沉淀池,；濾池一期采用虹吸濾池，二,、三期采用厚濾床均質(zhì)濾料濾池,。
第九水廠污泥處理廠按150萬m3/d處理水的規(guī)模一次建成，部分設(shè)備留待三期工程再行安裝,。污泥處理廠收集的排泥水主要為：凈配水廠沉淀池,、絮凝池排泥及濾池反沖洗排水。處理構(gòu)筑物共分三個系列,，對排泥水進(jìn)行調(diào)蓄,、濃縮、脫水及泥餅外運處理,，總占地面積約為2ha,。
污泥處理工藝設(shè)計的原則是：1)回收利用上清液，節(jié)約水資源,；2)上清液回流須均勻,，濁度低；3)處理后泥餅含水率不大于70%，便于運輸,；4)力求采用新技術(shù),、新工藝，使自動化程度高,，流程簡單,、管理方便，占地少,，節(jié)省投資和經(jīng)常性運行費用,。
考慮給水污泥溫度較低及北方地區(qū)的防凍要求，處理構(gòu)筑物均設(shè)于室內(nèi),。
2 確定污泥量
2.1 干泥量確定
由于密云水庫庫容量大,，庫水停留時間相對較長，使第九水廠來水常年低濁,，經(jīng)常為1mg/L～2mg/L,，短時高濁為60mg/L～120mg/L，設(shè)計平均濁度按5mg/L計,，平均加藥量按5mg/L(堿式鋁)計,。設(shè)計水量總計157.5萬m3/d(自用水量按5%計)，設(shè)計日處理干泥總量按進(jìn)水年平均濁度的4倍與混凝劑投加量之和考慮,。
2.2 排泥水量確定
日處理排泥水的水量按干泥總量與排泥水的含水率計算確定,，進(jìn)廠排泥水的含水率一般為99.8%～99.95%。排泥水干管的設(shè)計流量按最大排泥構(gòu)筑物的一次排泥量確定,。各排泥構(gòu)筑物的排放時間盡可能錯開,，每次排放一池。
3 工藝流程
凈水廠排泥水經(jīng)一根DN800mm輸泥干管重力輸送至污泥處理廠排泥池,，排泥池上清液經(jīng)提升泵房提升均勻回流至配水井重復(fù)使用,。排泥池底部出泥經(jīng)泵提升至濃縮池，濃縮池底泥自流進(jìn)入脫水機(jī)房,，但須在濃縮池高液位情況下啟動脫水機(jī)投料泵,。工藝流程如圖1所示。
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圖1 污泥處理廠工藝流程框圖
4 主要構(gòu)筑物
4.1 排泥池
由于沉淀池排泥和濾池反沖洗排水是間斷的,，為了使?jié)饪s池進(jìn)泥流量均勻,，必須設(shè)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物。凈水廠污泥處理調(diào)節(jié)構(gòu)筑物由兩個池組成：一是排水池亦稱回流水池,，用于接受濾池反沖洗排水,，第九水廠已先于污泥處理系統(tǒng)在一、二期工程建成回流水池,；另一個是排泥池,，用于接受沉淀池排泥及排水池底泥,。
第九水廠污泥處理系統(tǒng)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的形式采用排水與排泥池分開的分建式，考慮原水低溫,、低濁,、顆粒細(xì)小等特點，排泥池采用調(diào)節(jié)和濃縮功能兼有的間歇式濃縮池,，將排泥池在調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)上拓展其濃縮功能,。目前調(diào)節(jié)池的演變趨勢也正逐漸從單一調(diào)節(jié)功能向多功能轉(zhuǎn)化。
早期的間歇式濃縮池是在池壁上不同高度設(shè)出水孔,，將不同高度的上清液間歇取出,。這種方式取出上清液水力條件差。第九水廠采用浮動槽從不同高度連續(xù)集取上清液,，運行效果較好,。
排泥池還起到儲留污泥的作用，高濁度時脫水機(jī)處理不了的那部分泥量將暫存在排泥池,、濃縮池中,。本工程排泥池的容積按沉淀池1日的排泥量設(shè)計，其面積應(yīng)滿足污泥沉降和濃縮要求,，固體負(fù)荷為24kg/(m2?d)。
設(shè)計排泥池為上方下圓,、底部進(jìn)泥中心輻流形式,，表面負(fù)荷0.5m3/(m2?h)，單池面積24m×24m,，池有效水深4.5m(指池直筒部分),，池底坡度1∶10，由四周坡向中心,，為避免池底四角積泥,，對底部四角填充素混凝土。
在排泥池中設(shè)浮動槽收集上清液,。浮動槽隨水面浮動,，可動幅度設(shè)計為1.5m。雖然排泥進(jìn)水是間斷的,，但浮動槽出水大部分時間是連續(xù)的,，使回流水均勻。浮動堰槽在排泥池四角設(shè)四個導(dǎo)向柱,，導(dǎo)向柱中埋管作為浮動槽的四個出水通道,，上清液通過浮動槽底部孔口進(jìn)入，再通過虹吸管進(jìn)入導(dǎo)向柱里的出水管道排出,，出水至提升泵房集水井,。排泥池上部四周還設(shè)固定的溢流槽,，當(dāng)浮動槽發(fā)生故障時，上清液可進(jìn)入固定的溢流槽,。
排泥池每池設(shè)中心懸掛式刮泥機(jī)1臺,，刮泥機(jī)將泥刮至中心，底部連續(xù)排泥,，刮泥機(jī)及其附屬控制設(shè)備采用荷蘭HUBBERT公司產(chǎn)品,。排泥池如圖2所示。
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圖2 圓形輻流式排泥池(加浮動槽)
4.2 濃縮池
濃縮池的功能是對調(diào)節(jié)后的泥水進(jìn)一步濃縮,，以提高機(jī)械脫水效率,，縮小脫水機(jī)容量。當(dāng)采用自然干化時,，可節(jié)省用地面積,。更為重要的是，給水污泥親水性很強(qiáng),，污泥必須具備一定的濃度才能得到較好的脫水效果,，濃縮池是污泥處理過程中的核心部分，其底流濃度將直接影響污泥脫水的效果,。濃縮池在高濁度和脫水機(jī)停止動轉(zhuǎn)時,，還應(yīng)起到儲留污泥的作用。濃縮池設(shè)計為中心進(jìn)泥輻流式重力濃縮池,，固體負(fù)荷24kg/(m2?d),，亦為上方下圓形式。單池面積24m×24m,，池有效水深4.5m(指池直筒部分),，池底坡度1∶10。濃縮池底流濃度約為1%～2%,，重力流進(jìn)入脫水機(jī)房,，上清液經(jīng)溢流槽排放。
濃縮池每池設(shè)中心驅(qū)動式刮泥機(jī)1臺,，為加強(qiáng)濃縮功能,，刮泥機(jī)上有垂直柵條，刮泥機(jī)將泥刮至中心,，底流間斷式排泥,。刮泥機(jī)及其附屬控制設(shè)備亦為荷蘭HUBBERT公司產(chǎn)品。為提高濃縮效果,，本工程在濃縮池進(jìn)口污泥提升泵前,，預(yù)留高分子助凝劑(PAM)加藥口以作備用(目前可不使用)，投加濃度為0.02%,。濃縮池如圖3所示,。
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圖3 圓形輻流式重力濃縮池
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圖4 板框壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)圖
1 投料泵 2 恒液位藥箱 3 氣水分離器及廢液罐 4 滴水盤,、溜槽 5 空氣壓縮機(jī) 6壓濾機(jī)氣壓罐 7 氣動裝置氣壓罐 8 高壓沖洗水泵 9 靜態(tài)混合器 10 電磁流量計 11 儲藥罐 12 儲水罐 13 板框壓濾機(jī) 14 干藥箱 15 藥劑混合桶 16 輸藥泵 17 稀釋泵 18 均流器 19閥門 20 空氣干燥箱
4.3 脫水機(jī)房
脫水的目的是進(jìn)一步降低污泥的含水率，以利于泥餅的搬運和最終處置,。
本工程脫水機(jī)房采用系統(tǒng)招標(biāo),，主要設(shè)備、儀表為英國EDWARDS & JONES公司產(chǎn)品,，采用隔膜擠壓全自動板框壓濾機(jī)2臺,，進(jìn)泥加絮凝劑后由投料泵輸入壓濾機(jī)，脫水后泥餅外運,。以上除了正常的投加絮凝劑,，不必做其他的前處理。
隔膜擠壓板框壓濾機(jī)脫水的工作原理是對密閉板框內(nèi)的污泥進(jìn)行加壓,、擠壓,，使濾液通過濾布排出，固態(tài)顆粒被截留下來,，以達(dá)到滿意的固,、液分離效果。板框壓濾機(jī)本身只是在壓力下將一定數(shù)量的過濾板加以固定的一種裝置,。由于濾板兩側(cè)工作面均為中間凹進(jìn)形式,，當(dāng)兩塊濾板閉合時，板與板之間即形成一個容留污泥的腔室——濾框,，接在一起形成一聯(lián)串相鄰的濾框,。所有濾板均包有濾布，當(dāng)泥水在濾框內(nèi)受壓后,，濾液通過濾布，經(jīng)過濾板內(nèi)集水管路排出,，濾框內(nèi)污泥脫水形成泥餅后分開濾板,，泥餅與濾布分離落入下部輸送帶運走。由于泥水在密閉狀態(tài)下受壓脫水,，固態(tài)顆粒不易漏出,。板框壓濾機(jī)進(jìn)泥濃度1%一2%,泥餅含水率60%一50%，脫水效果較好,，運行較穩(wěn)定,。經(jīng)過第九水廠污泥脫水的實際運行，證明采用板框壓濾機(jī)脫水對水庫或親水性較強(qiáng)的排泥水是比較有效的,。本工程脫水前處理采用投加高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)干粉藥劑,。溶解濃度為5%，投加濃度0.2%,，加藥率按干泥重量的0.30%計(純品),。脫水系統(tǒng)見圖4,，主要設(shè)備、裝置技術(shù)參數(shù)如下：
1) 隔膜擠壓全自動板框壓濾機(jī)2臺(2用,，擬再擴(kuò)建1臺)：板框尺寸1.5m×1.5m,；泥餅厚度30mm；濾框(泥餅)數(shù)量130塊/臺,；運行壓力1.0MPa,；
2) 投料泵2臺(2用)，往復(fù)式泵,；
3) 高壓沖洗水泵2臺(1用1備),，往復(fù)式泵；
4) 空壓機(jī)2臺(1用1備),；
5) 輸藥泵2臺(1用1備),，螺桿泵、藥劑稀釋泵2臺(1用1備),，離心泵,；
6) 藥劑混合裝置1套(含干粉漏斗、鼓風(fēng)機(jī),、混合筒等),。
7) 壓縮空氣罐：V=3.9 m3,2臺(壓濾機(jī)使用)，V=0.5 m3,1臺(氣壓裝置使用),；
8) 儲藥罐1個：V=10 m3,，儲水罐1個：V=11m3。
5 控制系統(tǒng)
污泥處理自控系統(tǒng)是總廠分散型控制系統(tǒng)CENTUM系統(tǒng)的一個子站,，采用西儀橫河公司的定型產(chǎn)品μXL系統(tǒng),。對上通過數(shù)據(jù)總線將必要的參數(shù)傳送至中央控制室；對下設(shè)置兩個現(xiàn)場控制分站MFCU,，完成對污泥處理廠脫水機(jī)房及其余工段的監(jiān)控功能,。脫水機(jī)房主要設(shè)備按系統(tǒng)招標(biāo)，兩臺板框壓濾機(jī)及投料,、藥劑制備,、壓縮空氣、高壓沖洗設(shè)備的程序控制由廠家提供的PLC完成,，通過合適的通訊接口與子站μXL系統(tǒng)進(jìn)行通訊,，將必要的工藝參數(shù)傳到污泥處理控制系統(tǒng)。
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