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1、福州市西区水厂污泥处理工艺初探摘要：通过福州市西区净水厂生产排泥的重力沉降试验并进行污泥处理工艺小型化干化床现场观测，对西厂水厂的污泥特性作了揭示，为污泥干化脱水工艺的设计、运行提供了重要参数，进而在对国内水厂机械脱水工艺考察的基础上提出福州市西区水厂污泥厂处理工艺选择。 关键词：净水厂污泥 污泥性质 处理工艺 1、城市净水厂污泥处理、处置发展概况在过去的城市净水厂建设中，污泥处理一直被忽视的一个环节，人们更多的关注于工业生产的排污治理，二十世纪七十年代以前，各国建设的净水厂排泥水处理设施，多是沿用污水处理厂的污水和污泥处理方法进行设计和应用，主要采用污泥塘与干化场处理和污泥。随着城市化进程的
2、发展，六十年代开始，研究人员工着手认真研究净水厂排泥水处理和污泥处置工作，调查了净水厂的排泥与净水厂净水工艺间的关系，探讨了净水厂排泥与污水厂排泥的异同，七十年代，美国联邦政府颁布布水污染控制法，要求各州制定标准，水厂污泥必须经处理再行排放；并且拟定了一个污泥处理发展草案。其发展目标是：到七十年代末，应用可实行技术合理进行污泥处理，并要求各类水厂排除污水的pH值及总悬浮物达标。到八十年代初，必须考虑污泥处理工艺的经济性，要求对污泥处理后的析出液或滤液回用；到八十年代中期，在全国范围内消除污泥排放造成环境污染。日本于1975年也颁布布了水质污浊防止法，规定没有沉淀池和滤池的净水厂，其排出水必须经
3、处理至符合水质排放标准。近年来，美、俄、日、英、法等发达国家的各大、中城市新建的净水厂中均设置了较为完善、自动化程度高的污水和污泥的处理设施。离心脱水、加压脱水等机械脱水方法应用普遍。欧洲有些净水厂，由于原水中的悬浮物含量低，浊度小，水厂排水中泥含量少，往往将排泥直接排入市政污水管理，输送到就近的污水厂统一进行污泥处理，据有关资料，欧洲许多国家净水厂经过浓缩和脱水处理的污泥量，占全部净水厂污泥量的70%。污泥脱采用的具体技术，因各国的自然条件和习惯，有明显差异。然而近年来的总体趋势是，干化声和干化塘的使用减少，离心与压滤脱水逐渐占统治地位。我国的净水厂污泥处理和处置工作起步较晚，由于净水厂的排
4、泥，在过去一般均认为其组成与水体的原有固体组分相当，只增加了处理过程中的一些絮凝剂，对环境害影响甚微，因而，目前为止绝大数净水厂的排泥还是直接排入水体，但随着我国政府对水资源保护工作的日益重视，特别是城市规模的不断的扩大，净水厂的排泥逐渐突出，据粗略统计，我国最大城市，上海市各净水厂每年能过排泥进入水体的悬浮就达30万tds（吨干固体），有机物按10%含量，可达3万tds以上。净水厂的排泥正受到有关部门的密切关注，中华人民共和国水法、中华人民共和国水污染防治法等一系列水资源保护法律法规的颁布实行，我国在八十年代净水厂排泥被提上议事日程，对水厂污泥进行无害化处理已成为目前国内城市供水行业的重要任
5、务。目前我国在净水厂专设污泥处理并投入运行的只有少数几个大规模的城市净水厂，有北京市第九水厂、石家庄润石化厂、深圳梅林水厂、上海闵行水厂、河北保定二水厂。2、福州市西区净水厂污泥处理研究福州市西区水厂总规模为60万m3/d，已建成投产45万m3/d，计划于2000年再扩建功立业5m3/d达到终期规模。由于多方面的原因，目前西区水厂的排泥均未经处理直接排放。根据福州市自来水总公司2000年技术进行规划，西区水厂终期规模建成后，水厂的排泥水必须达标排放，即SS70mg/L，同时由于江滨大道的建成，不经处理的生产污水直接排入作为饮用水源的闽江，大量污泥对市中心江段的景观造成不利影响，为此，我院与上海
6、同济大学在西区水厂进行污泥干化处理试验研究。1福州市西厂水厂污泥干化试验方法各种条件下污泥的测试的特性参数有：污涨的含固率、污泥的悬浮固体浓度（SS）、污泥的可挥发性悬浮固体浓度（VSS）、污泥的化学需氧量（CODMn）、污泥的比阻（r)、污泥的压缩系数（s）。试验方法包括：重力沉降柱模型如图1示，柱高1200mm，直径200mm，电动调速机转递0.5r/min。玻璃干化柱模型如图2示，柱高1500mm，直径100mm。小型干化床模型如图3示，长1.2m、宽0.8m、高1.5m的砖砌小型干化床4个。滤床由10cm厚的粗砾石与30cm厚的建筑用沙组成，床底部沿长度方向安装有塑料穿孔集水管，及时排
7、除下渗滤液。沙面以上不同高度安装有撇水阀门，可及时排除上澄水。2污泥量的确定2.1原水浊度与悬浮固体浓度间的关系净水厂的化学凝聚沉淀污泥，主要由原水中的悬浮物、胶体物质、有机物、以及混凝剂形成的胶状金属氢氧化物组成。在原水中有机物含量不高情况，水厂污泥中的固体物含量，大体上可由原水中悬浮物总量加上投加的药剂量计算得到。原水浊度（Turbidity)和悬浮固体含量（Suspension Solid)均可用来表征原水中含泥量的多少，水厂通常只有浊度指标。西区水厂原水浊度及其悬浮物含量的相关关系如图4，经线性回归有如下关系：SS=1.76T+4.9式中SS原水的悬浮固体含量，mg/L；T原水浊度，N
8、TU。回归分析中相关系数为R2=0.98，相关性很好。2.2.污泥量的计算根据式（1）的回归关系，以及矾耗与生成的A1（OH）3的重量比，可得出原水浊度、矾耗与污泥的干固体产量之间的关系如下式所示：Cw=SS+PA式中Cw-单位水量的污泥干固体量，mg/L；P药剂和由药剂产生的固体物之间的重量比，这里取0.234。（西厂矾耗折算为A12（SO4）3.18H2O,2A1(OH)3/A12(SO4)3.18H2O=0.234)A药剂投加量，mg/L。Sw=CwQ10-6式中Sw日产干固体量，t/d；Cw单位水量的污泥干固体量，mg/L；Q 以终期日产量60万m3/d计。 西区水厂取水口上游建有水口
9、水电站，对闽江上游的泥砂有较强的静沉和拦截作用，西区水厂原水浊度常年较低，但是由于受洪水及水口水库存放水的影响，常年在58月份有较大的波动。以最高浊度作为净水厂排泥处理设施的选择依据显然是不经济的，比较合理的作法是以95%保证率为基本要求，对最高浊度时进行校核调节容积。以1999年西区水厂原水浊度作频率分析，得原水浊度频率曲线如图5。由频率曲线及西厂生产报表可知，西厂原水平均浊度为24.9 NTU,相应矾耗为14.4mg/L；浊度较高时（即95%概率）浊度为35NTU，相庆矾耗为19mg/L；1%概率时浊度约为150NTU，相应矾耗为24mg/L。沉淀池出水浊度最不利时为8NTU，滤池出水浊度
10、最不利时为0.5NTU。所以，在95%保证率下，西区水厂日产干污泥量Sw=42.6tds。2.3.污泥的浓缩污泥的重力浓缩是污泥脱水前必不可少的预处理过程，无论是天然干化或是机械脱水，经过浓缩预处理可以大大降低后续过程的设计规模和工作负荷。 2.3.1.西区水厂污泥性质现场测试的西区厂沉淀池污泥性质如表1。西区水厂沉淀池污泥性质表表1 测定日期含固率（%）悬浮固体SS（g/1)挥发性悬浮固体VSS（g/L)化学需氧量（mg/L)比阻r(cm/g)压缩性系数s3.261.7616.91.65477.91.5E1211.34.9E110.911.259.3E110.7912.114.7E110.8
11、812.251.06E121.133.314.240.95.12515.61.05E121.084.71.716.92.91753.62.05E120.866.280.87.8780.21.88E120.996.292.221.11364.79.6E111.057.82.3523.314007.14E117.151.918.910958.34E110.98比阻r在4.71011至2.51012cm/g的范围内变化，如果沉淀池及时排泥，絮凝污泥未因放置时间太长而失去活性，比阻不超过1.251012cm/g，按AWWA的划分标准，西区水厂污泥的脱水性能在铝盐絮凝污泥中发球中间水平。西厂沉淀池排泥有
12、时周期比较长。这虽然对提高排泥含固率有利，但对污泥脱水性能及控制浓缩池上清液浊度不利。因此及时排泥，有利于保证污泥的处理效果。压缩系数s在0.79-1.13之间变化。s太低污泥颗粒容易堵塞滤布，太高则颗粒刚性大，颗粒间的水分部不容易被挤压排出。西区水厂压缩系数在0.79-1.13之间属比较理想的范围。西厂污泥中VSS占SS的比例为10%左右，属河水水源的正常范围，比一般水库存水污泥的灰分低。有机物含量低，污泥的亲水性也就小，比较容易脱水。西厂污染性质测试的结果，从r、s、VSS等方面看，西区水厂的污泥脱水性能尚好，比多数水库水的污泥好；较浊度较高，且有机物含量低的河水污泥稍差。2.3.2.西厂
13、污泥的重力浓缩迪克（Dick）的固体通量法5静态沉降试验是重力浓缩最常用的试验方法。固体通量法可以表示为：G=Gu+Gi=uCi+viCi式中 G总固体通量，kg/m2.hr；Ci-=-污泥固体深度，kg/m3；Gu-向下流固体通量，kg/m2。hr；Gi-自重固体通量，kg/m2.hr；u-向下流济m/hr；vi-初始固体浓度为的界面沉速m/hr。浓缩池的面积：AQC/GL式中Q0-入流污泥流量，m3/hr；CO-入流污泥浓度，kg/m3；GL-极限固体通量，kg/m2.hr；A-浓缩池面积m2。西区水厂沉淀池污泥进行了多次沉降性能的测定，图6、图7为其中两组。由于试验污泥的比阻不同，试验得
14、出的4条固体通量曲线存在明显差异。在不同的浓缩池出泥浓度要求下，可根据工程的污染设计比阻，由上述曲线得到相应的污泥极限固体通量如表2。同样的底流浓度，比阻越小，浓缩池的固体通量越大，相应的浓缩池面积越小。不同比阻、出泥浓度下的浓缩池极限固体通量（kg/m2.hr) 表2 出泥浓度（t/m3） 污泥比阻（cm/g) 1.2510121.0610128.75 10115.5 10110.0254.37.815.40.0303.76.612.219.00.0353.45.810.015.50.0403.15.58.513.02.4.污泥的脱水目前常见的处理设施及脱水方法有：天然干化、真空过滤、回压过
15、滤（带式，反框式等）、冰冻解冻、离心机脱厂、造粒技术、排入其它净水厂、进入下水道输送给就近的污水处理厂等。对西区水厂污泥的脱不我们主要进行现场小型干化床试验，由于试验经费和试验设备的原因，对机械脱水问题采取考察方式调研。2.4.1.干化场现场实验对干化床的脱水、干化效果进行了考察评价。图8反映了砂床上污泥的重力脱不过程。污泥脱水效果与污泥比阻、施泥厚度、进泥含固率及上澄水的撇除情况有关。通常在撇除上澄水情况下，重力脱水时间（脱除90%可重力脱除水量）为一至两天。脱水阶段结束后，泥饼含因率在20%25%（与比阻及施泥厚度等有关）。干化床运行中的一个重要问题是上澄水与渗滤液浊度是否满足排放要求。试
16、验结果，上澄水中悬浮物浓度与污泥性质有关。沉淀池及时排泥所得的新鲜污泥，处理时所形成的上澄水悬浮物浓度一般均小于一级排放标准（SS70mg/L），可直接向闽江排放。如果污泥在沉淀池内停留时间太长，已经压实失去了絮凝活性，在浓缩、及干化床撇水过程中所形成的上澄水不容易澄清，悬浮物浓度很大。所在，在水厂运行过程中，及时排泥，保持污泥活性是重要的。渗滤液浊度受污泥压缩系数影响。西区水厂污泥的压缩系数在0.79-1.13之间，干化床的渗滤液的SS很低，总是小于排放标准，可直接排放。另外，模拟滤床使用总次数达30次以上，以未发现污泥堵塞滤层或穿透滤层的现象。初步说明，西厂污泥的压缩系数已足够，用干化场处
17、理不会发生污泥堵塞滤层问题。 干化床的干化试验结果见图9。重力脱水阶段结束后，脱水性能好的污泥，脱水泥饼含固率可接近30%，基本达到运输、堆放要求。而通常情况下，泥饼还需一段干化时间才能达到清运要求（含固率30%）。图9曲线中的低谷是降雨的结果。污泥开裂之后（含固率20%），短时间的集中降水可通过裂缝快速下渗，对干化周期的影响不大。而施泥厚度大、污泥不易开裂时，降雨的影响较大。西区水厂每年污泥量的最不利时段为洪水期的6月。由于干化床处理系统的容积很大，对污泥量波动具有良好的调蓄能力，所以按除汛期6月份之外的历年污泥量最大月作为设计污泥量的最不利时段。每扯季度为阴雨季节，蒸发量最小。选取一季度为
18、气候最不利之校核期。为安全计，选取试验期间污泥的最大比阻1.251012cm/g为西厂污泥的设计比阻。根据污泥量的统计结果以及当地气象资料，各设计周期的计算参数如表3所示。各种设计条件下所需的干化面积如表5所示。各设计周期的计算参数 表3 设计周期干污泥量（吨/周期）平均蒸发速率（cm/d)污泥中水分的平均蒸发速率（cm/d)年度 9095.80.4 0.2 污泥量不利阶段（7月份）16890.60.3气候最不利阶段（1季度） 3690 0.22 0.11 不同设计周期及施泥厚度时干化场所需的面积 表4设 计 条 件 干化床面积（亩） 施泥厚度30cm施泥厚度60cm施泥厚度90cm按年平均值
19、计算29.131.6 37.9 以气候条件的最不利阶段为计算周期83.892.2112.9以污泥量最大阶段为计算周期42.2 46.9 56.3 2.4.2.国内净水厂采用的机械脱水工艺机械脱水有真空吸滤、板框压滤、带式压滤、离心脱水及螺旋压滤等。其中真空吸滤因能耗高、泥饼含水率高已逐渐被淘汰。而新出现的螺旋压滤在工程上尚未得到普遍应用。目前在工程上得到广泛应用的脱水设备是离心机、板框压滤机与带式滤机。离心机是能连续运行的转筒式离心机，也称卧螺离心机。经高分子絮凝剂调质处理的污泥进入离心机转筒后，在高达3000g以上的强烈离心力作用下，比重较大的固体颗粒快速沉降在转筒内壁上形成泥饼，分离出的水
20、分在泥饼表面形成液体层。转筒内的螺旋状输送器与转筒之间的转速差，使泥饼被螺旋输送器叶片挤压到转筒的锥形出口处排出。而分离出的水分则从转筒的圆柱端经溢流堰流出。压滤机的工作原理是，多组滤板串联排列，经油压机紧形成一连串相邻的封闭空间滤板两侧覆有多孔的滤布。污泥泵将污泥压入相邻滤板之间的空间，污泥中的水分透过滤布被排出，固体颗粒被截留并压实成泥饼。目前污泥脱水中使用的压滤机，主要是膜式压滤机。有板框压滤和带式压滤机。脱水装置本身的基本性能作简单归纳如表5。常用污泥脱水机械的性能特点 表5 评价指标 机械种类离心机板框压滤机带式压滤机脱水泥饼含固率 中（20-30%） 高（30-40%） 低（20-
21、25%） 析出液性质 较混，不能直排 清澈（可3%，离心机的运行结果就十分令人满意。Lamella浓缩池是引进专利产品，出泥含固率6%，参数储备较大。似乎意义不大。但是，保定二水厂的Densadeg不但有浓缩作用，毫无疑问还有澄清出水的作用，最大表面负荷可达20m/m2.hr，澄清水水质较好0.5%时分离水的SS迅速下降，污泥回收入率可达99%以上。图14表示AN910PWG阴离子PAM投加于国产SA-140型离心机，（离心机工况：进泥流量，7.2m3/h，转速3284r/min；产量，410kg/min；进泥浓度，5.7%；差数，11-15r/min。）说明可取得类似的效果，只是投加率略有增
22、加，最佳PAM投药率为1.5-1.8，从运行参数上对比，国产设备与进口设备存在一定的差距。3.结束语净水厂是水源污染的直接受害者，由于原水污染给净水工艺在技术上带来许多困难造成净水成本的不断上升，保护水源，走可持续发展的道路，净水厂的排泥要首先做到达标排放是责无旁代的。福州市西区水厂污泥处理的目标定位为：排水以达标33%。针对福州市西区水厂污泥处理的调研初步可得到以下几点结论：福州市西区水厂常年浊度在95%概率下为35NTU，原水SS与浊度有较强的直线相关性，其排出污泥比阻r在4.7 1011至2.05 1012cm/g的范围内变化，压缩系数s在0.79-1.13之间变化。西区水厂污泥的脱水性
23、能在铝盐絮凝法泥中属于中间水平。西厂污泥中挥发性悬浮固体浓度占悬浮固体浓度的比例为10%左右，属河水水酒泉的正常范围。沉淀池及时排泥，有利于保证污泥的处理效果。经过PAM加药调质的污泥其比阻可以缩小几倍甚至到一个数量级，可以有较地缩小浓缩池面积，减少干化床的占地，显著改善机械分离水的SS，最佳的投药率约为0.1%干固体量。无论是采用干化床或是采用机械脱水，污泥的重力浓缩预处理过程是必要的，调研中考察的各水厂浓缩池形式多样，其中Lamella池和Densadeg池效率较高，有很好的澄清水出流，满足澄清水达标排放的要求，离心机分离水回流浓缩池后，可弥补分离水不能直接排放的缺陷，浓缩池工艺选择有待深
24、入考察。福州市西区水厂的污泥脱水处理，采用干化床和离心机脱水均可达到33%以上，满足脱水、减容、外运的目的。前者占用土地多，后者经常性电耗大，福州市区水厂污近期可以采用干化床工艺，远期的趋势是采用机械方式脱水，工程实施中需近、远期结合进一步做好工程技术经济分析。 参考文献：1 水厂排泥水处理工艺技术研究，上海市自来水公司，1991.102 福州市西区水厂污泥处理干化床工艺研究，福州市给排水工程设计院、同济大学，1999.123 给水厂的污水及污泥处理，谢志平，安徽科学技术出版社，19984 Management of Water Treatment Plant Residuals,ASCE,AWWA,USEPA,USEPA,USEPA/625/R-95/0085 污泥处置，金儒霖等，中国建筑工业出版社，19826 Water Treatment Handbook,degroment,19917 排泥水处理工程生产性研究，陈静，同济大学，1998来源:论文天下论文网