水廠在水質(zhì)凈化過程中，會產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢水，主要產(chǎn)生于常規(guī)處理工藝中的沉淀（澄清）和過濾環(huán)節(jié)，可占到總產(chǎn)水量的3%~7%。原水中加入混凝劑后會形成了絮凝顆粒，這些絮凝顆粒在沉淀（澄清）池中沉淀、在濾池中被截留，組成了排泥水的主要成分。此外，預(yù)處理、深度處理過程中也會有排泥水產(chǎn)生。

若排泥水未經(jīng)處理直接排放到江河之中，其中的大量懸浮物（SS）、有機物等污染物會對水體產(chǎn)生嚴重的污染，且凈水廠產(chǎn)生的大量含鋁污泥，排入水體后會危害水中生物，破壞水體生態(tài)平衡。另外，廢水中含有的泥沙容易抬高河床，嚴重影響江河的航運能力及泄洪能力。

為保護水域環(huán)境，根據(jù)環(huán)境保護部門要求，自來水行業(yè)的生產(chǎn)廢水須進行處理，以達到有關(guān)排放標準。目前，國內(nèi)新建的大中型給水廠已按照環(huán)保要求配套了排泥水處理系統(tǒng)，而一些老水廠也正在進行排泥水處理改造工程。

1 水廠現(xiàn)狀

本項目水廠因預(yù)留土地性質(zhì)被改為農(nóng)用耕地，無法辦理規(guī)劃許可，原計劃排泥水處理系統(tǒng)建設(shè)推遲至2024年底完成。根據(jù)滬供水[2019]53號文件精神，自2019年12月1日起上海市各自來水廠需嚴格按照《污水綜合排放標準》（DB 31/199—2018）的要求，向非敏感水域直接排放水污染物執(zhí)行其二級標準。為確保該水廠排泥水處理工程項目投產(chǎn)前的生產(chǎn)廢水達標排放，作為臨時過渡，擬在水廠內(nèi)尋找其他空余地塊，實施本水廠排泥水應(yīng)急處理工程。

水廠共占地面積為98 000 m²，廠區(qū)呈L形，分兩期建設(shè)。廠區(qū)南部東側(cè)于1995年投入運行，建成取水泵房、生物接觸氧化池、折板絮凝平流沉淀池（下疊清水池）、均質(zhì)濾料濾池、二級泵房及加藥間等，供水能力為12萬m3/d。二期于2009年竣工通水，建成生物接觸氧化池、折板絮凝平流沉淀池（下疊清水池）、均質(zhì)濾料濾池，對一級泵房、二級泵房及鼓風機房進行擴建，一、二期供水能力共計達到24萬m3/d。水廠現(xiàn)狀平面布置如圖1所示。

圖1 現(xiàn)狀水廠平面布置

水廠現(xiàn)有水源兩個，分別為大治河水源和青草沙水源，目前水廠日常采用青草沙水源，大治河水源為備用水源。水廠采用混凝-沉淀-過濾的傳統(tǒng)制水工藝。

青草沙原水（原水水質(zhì)不佳時可投加粉末活性炭吸附有害物質(zhì)）通過泵送經(jīng)過生物接觸氧化池，進入折板絮凝平流沉淀池，沉淀池入口處投加次氯酸鈉進行消毒并投入混凝劑進行混合，隨后進入折板絮凝池絮凝。絮凝形成的礬花在平流式沉淀池中依靠自重沉淀，從而去除水中的大顆粒雜質(zhì)，剩余的小顆粒雜質(zhì)則通過濾池的石英砂濾料過濾去除。過濾之后的水通過投加次氯酸鈉和硫酸銨進行二次消毒后進入清水池。水廠工藝流程如圖2所示。

項目實施前，該水廠暫無深度處理及污泥處理系統(tǒng)，排泥水未經(jīng)處理直接排放至青龍港。

2 方案比選

2.1 排泥水處理規(guī)模及水質(zhì)標準

本次工程處理對象為沉淀池排泥水。水廠內(nèi)共有兩座12萬m3/d的平流沉淀池，排泥水量約3 000 m3/d。作為應(yīng)急處理工程，本次設(shè)計僅考慮近期規(guī)模，故處理規(guī)模為3 000 m3/d。

根據(jù)該廠多年的運行處理數(shù)據(jù)，可得出排泥水的設(shè)計進水水質(zhì)。處理后的排泥水排入廠區(qū)西側(cè)青龍港內(nèi)，故設(shè)計出水水質(zhì)應(yīng)符合上海市地方標準《污水綜合排放標準》（DB 31/199—2018）中二級排放要求。本次要求檢測SS與污泥含水率兩個指標，排泥水設(shè)計進出水水質(zhì)指標如表1所示。

2.2 排泥水處理工藝比選

本工程針對傳統(tǒng)處理工藝（調(diào)節(jié)、濃縮、平衡等）、超磁分離水體凈化技術(shù)、砂泥分離裝置+泥水分離裝置組合工藝及高效組合澄清系統(tǒng)工藝4種方案進行比選，對比情況如表2所示。

從可靠性、經(jīng)濟性及環(huán)境因素等角度對處理工藝進行比選分析：砂泥分離裝置+泥水分離裝置剩余污泥含水率低，但組合工藝維修率較高，運行可靠性較差，且對環(huán)境衛(wèi)生造成影響較大；傳統(tǒng)處理工藝運行穩(wěn)定，但施工周期長，且土建費用較高，不經(jīng)濟；超磁分離水體凈化技術(shù)污染小，但目前還未普及使用且運行管理較為復(fù)雜，設(shè)備投資較高；高效組合澄清系統(tǒng)工藝占地面積小，運行管理簡單，技術(shù)可靠性強，雖處理后污泥含水率不如超磁分離水體凈化技術(shù)及砂泥分離裝置+泥水分離裝置組合工藝，但可通過后續(xù)添加污泥脫水工藝實現(xiàn)污泥含水率達標。

經(jīng)過比選，本工程采用處理工藝為高效組合澄清系統(tǒng)工藝。

高效組合澄清系統(tǒng)是基于當前最先進的加載沉淀池的基礎(chǔ)上進行改進，將化學(xué)混凝、機械攪拌、加載沉淀、斜管分離等各種有利于固液分離的技術(shù)進行高度集成。完整的高效組合澄清系統(tǒng)包括進出水管道系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、混凝反應(yīng)系統(tǒng)、絮凝反應(yīng)系統(tǒng)、沉淀系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。

排泥水經(jīng)提升泵送進入混凝反應(yīng)池，與回流污泥充分反應(yīng)?；炷笪鬯M入絮凝反應(yīng)區(qū)，在慢速攪拌器的作用下使藥劑與絮體充分混合形成大絮體。經(jīng)過絮凝反應(yīng)形成絮體的污水低速進入澄清池，保證絮體不發(fā)生破損，之后進入沉淀區(qū)，混凝絮體在此區(qū)域沉淀至池底。沉淀區(qū)的上部裝有斜管，主要作用是導(dǎo)流，避免水流橫向流動，減小橫向流對沉淀效果的影響。在斜管分離區(qū)，細微的絮體在斜管上進一步去除，澄清后的上清液可直接排放。沉淀池底部為污泥區(qū)，中心泥斗中的污泥由污泥泵回流至介質(zhì)分離器回收介質(zhì)至混凝反應(yīng)池，剩余污泥送至污泥脫水系統(tǒng)進行處理。總流程如圖3所示。

高效組合澄清系統(tǒng)對污水中SS等均有較高的處理效率，可得到較好的凈化效果。且其具有沉降速度快、施工周期短、占地面積小、自動化程度高、運營管理方便等特點，有良好的的應(yīng)用前景。

2.3 污泥泥質(zhì)及處理規(guī)模

給水廠污泥的無機物含量大，以含泥沙等無機成分的膠粒為主（占85%~90%），含有黏土、腐殖質(zhì)以及其他懸浮或不溶于水的物質(zhì)，其基本理化性質(zhì)如表3所示。

根據(jù)《室外給水設(shè)計標準》（GB 50013—2018）規(guī)定，水廠排泥水處理系統(tǒng)的污泥處理系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模按處理干泥量確定，且設(shè)計處理干泥量應(yīng)滿足多年75%~95%日數(shù)的全量完全處理要求。本工程采取95%的保證率。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，該水廠95%保證率對應(yīng)的渾濁度工況為19.6 NTU。經(jīng)過計算，設(shè)計處理干泥量為9.21 t/d，考慮一定的富余量取10 t/d。

2.4 污泥處理工藝比選

排泥水處理系統(tǒng)中的核心設(shè)備是脫水機械，經(jīng)過脫水裝置后的污泥運送至老港垃圾填埋場作為填埋覆蓋土。脫水機械可選的主流設(shè)備有帶式壓濾機、離心脫水機、板框壓濾機、疊螺脫水機等，現(xiàn)對幾種常用的脫水機械進行技術(shù)經(jīng)濟比選，如表4所示。

由表4可知，帶式壓濾機造價最少，性價比最高，但其為半敞開式，衛(wèi)生條件較差，易損件多，故障較多，本項目設(shè)備占地緊湊，不適宜在本項目上使用。板框壓濾機脫水后污泥含水率最低，運行穩(wěn)定，但在脫泥時需要有人輔助，且定期要更換濾布或沖洗，勞動強度及衛(wèi)生條件亦有一定的局限。離心脫水機避免了傳統(tǒng)污泥脫水工藝采用板框壓濾機和帶式壓濾機的不足，特別是在運行管理、環(huán)境和占地上具有明顯的優(yōu)勢，但由于離心脫水機運行過程中存在噪音大的問題，即便進行相應(yīng)的隔音措施，其噪音污染亦存在一定的隱患。疊螺脫水機存在場地面積小、投資性價比高等特點，但疊螺機對大的硬質(zhì)顆粒來進行脫水時，硬質(zhì)顆粒會造成設(shè)備的劃傷甚至是變形，影響設(shè)備運行穩(wěn)定性。臥螺脫水機運行穩(wěn)定性好，工藝性強，但其分離的好壞，與物料性質(zhì)有很大關(guān)系。

綜上，考慮到本項目為應(yīng)急過渡項目，選用更符合本項目實際的疊螺脫水機。疊螺脫水機的污泥含水率能穩(wěn)定在75%左右，且避免了其余污泥脫水設(shè)備存在的問題，故本設(shè)計采用疊螺脫水機。

3 工程設(shè)計

3.1 總平面設(shè)計

遠期自來水廠排泥水永久性處理設(shè)施建設(shè)時，考慮排泥水處理水流的整體方向為自南向北，與現(xiàn)有凈水工藝流向保持一致。因此，與水廠遠期設(shè)計相結(jié)合，本工程應(yīng)急處理系統(tǒng)建于廠區(qū)西側(cè)綠地處。該處理系統(tǒng)由排泥水收集調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水儲存系統(tǒng)組成。包括收集池、調(diào)節(jié)池（原生物接觸氧化池）、高效組合澄清系統(tǒng)、加藥集裝箱、污泥儲罐、疊螺脫水機、污泥料倉等。其中，收集池建于最北側(cè)用于收集廠區(qū)排泥水；高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)建于調(diào)節(jié)池西側(cè)區(qū)域?？倛D布置方案如圖4所示。

3.2 處理工藝設(shè)計

間歇性排放的沉淀池排泥水匯集于收集池內(nèi)，通過泵提升后進入調(diào)節(jié)池中，對水量和水質(zhì)做適當調(diào)整均化后，進入高效組合澄清系統(tǒng)進行進一步處理。處理后的水經(jīng)過取樣排放池進行連續(xù)監(jiān)測后，利用廠區(qū)原有排放口排放進入青龍港河道內(nèi)。處理后的污泥進入污泥儲罐后由污泥泵打入疊螺脫水機進行機械脫水處理，最后對脫水污泥進行外運處置。排泥水處理流程如圖5所示，高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)平面布置圖分別如圖6所示。

3.3 主要工藝參數(shù)

3.3.1 收集池

收集池采用鋼結(jié)構(gòu)，分兩格，池體通過兩根連通管串聯(lián)運行。單池設(shè)計L=12.0 m，B=3.0 m，有效水深H=3.5 m，總高度H=4.0 m，總有效容積為252 m3。

3.3.2 調(diào)節(jié)池（原生物接觸氧化池）

調(diào)節(jié)池利用廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有廢棄的生物接觸氧化池進行改造。利用兩格池體進行調(diào)節(jié)，現(xiàn)對調(diào)節(jié)池的容積進行復(fù)核計算。單個調(diào)節(jié)池L=12 m，B=8 m，有效水深為5.45 m，兩格總池容為1 046.4 m3。產(chǎn)生的排泥水量為3 000 m3/d，調(diào)節(jié)時間與排泥時間匹配，取調(diào)節(jié)時間為7.2 h，故選取的生化池改造為調(diào)節(jié)池，池容滿足要求。

3.3.3 高效組合澄清系統(tǒng)

高效組合澄清系統(tǒng)采用一體化撬裝式，布置于地面上，池體及框架采用碳鋼防腐材質(zhì)，尺寸為10.6 m×3.5 m×3.0 m。

3.3.4 取樣排放池

在河道排放口前設(shè)置1座取樣排放池，滿足排泥水出水需滿足24 h連續(xù)監(jiān)測的環(huán)保要求。設(shè)計尺寸為3.2 m×1.2 m×2.2 m，采用鋼砼結(jié)構(gòu)。

3.3.5 污泥儲罐高效澄清系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥進入污泥儲罐進行儲存及加藥攪拌。污泥儲罐主體結(jié)構(gòu)采用PP材質(zhì)。設(shè)計2座，單座容積為20 m3。

3.3.6 疊螺脫水機

水廠產(chǎn)生的絕干污泥量為10 tDS/d，故脫水機總處理絕干污泥能力要求為10 tDS/d，單臺疊螺脫水機絕干污泥處理能力為500 kg DS/h，故本次設(shè)計采用兩臺疊螺脫水機，運行時間為10 h。

3.3.7 污泥料倉

污泥料倉采用碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，外部尺寸為7.0 m×5.8 m×6.0 m，料倉出料后直接卸料至車內(nèi)運輸至廠外。

4 結(jié)語

（1）本工程土建外圍配套總投資為*.29萬元，設(shè)備采用租賃形式（租期為54個月），租賃費用為*萬元，則土建外圍配套總投資+設(shè)備租賃費=*.29萬元。設(shè)備運維費單價為*.14萬元/月，不列入本項目中。

（2）本工程采用一體化集裝箱式高效組合澄清系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)技術(shù)路線，經(jīng)專家確認合理可行。項目施工完成以來，設(shè)備運行效果良好，可有效應(yīng)急處置本項目水廠沉淀池排泥水，確保出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》（DB 31/199—2018）和泥餅含水率要求。

（3）排泥水處理工藝方案采用高效組合澄清系統(tǒng)工藝，環(huán)境衛(wèi)生好、占地面積小、施工周期短，貼合水廠現(xiàn)狀環(huán)境要求高、預(yù)留排泥水應(yīng)急處理場地面積小及施工時間緊湊的特點。且運行管理簡單、運行費用低，后期在人力及物力方面節(jié)約大量費用。

（4）本工程中，沉淀池至收集池的重力流管道作為長久設(shè)施建設(shè)，在設(shè)計時已考慮富余量，可在后期該水廠排泥水永久性處理工程建成后繼續(xù)利用。