北京市第九水廠污泥處理工程設計簡介
凈水廠排泥水處理在國外已經普遍實行，但國內尚無明確的規范和設計標準，本工程主要參照日本水道協會編寫的《凈水廠排水處理設計》進行設計。
北京市第九水廠污泥處理廠于1997年6月建成投產，通過運行證明設計工藝對凈水廠污泥處理是適用的，所采用的處理技術和設備是可行的，脫水后泥餅含水率達到50%～60%。
1 工程概況
北京市第九水廠設計處理總規模為150萬m3/d。原水取自市區東北部的密云、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、二期工程已經投產運行，三期工程將于1999年建成投產。工程投資采用日本海外經濟協力基金貸款，主要設備為國際招標采購。
凈配水廠采用常規凈水工藝加顆粒活性炭吸附。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濾料濾池。
第九水廠污泥處理廠按150萬m3/d處理水的規模一次建成，部分設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。處理構筑物共分三個系列，對排泥水進行調蓄、濃縮、脫水及泥餅外運處理，總占地面積約為2ha。
污泥處理工藝設計的原則是：1)回收利用上清液，節約水資源；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、新工藝，使自動化程度高，流程簡單、管理方便，占地少，節省投資和經常性運行費用。
考慮給水污泥溫度較低及北方地區的防凍要求，處理構筑物均設于室內。
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，經常為1mg/L～2mg/L，短時高濁為60mg/L～120mg/L，設計平均濁度按5mg/L計，平均加藥量按5mg/L(堿式鋁)計。設計水量總計157.5萬m3/d(自用水量按5%計)，設計日處理干泥總量按進水年平均濁度的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，進廠排泥水的含水率一般為99.8%～99.95%。排泥水干管的設計流量按最大排泥構筑物的一次排泥量確定。各排泥構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，排泥池上清液經提升泵房提升均勻回流至配水井重復使用。排泥池底部出泥經泵提升至濃縮池，濃縮池底泥自流進入脫水機房，但須在濃縮池高液位情況下啟動脫水機投料泵。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，為了使濃縮池進泥流量均勻，必須設調節構筑物。凈水廠污泥處理調節構筑物由兩個池組成：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調節構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、顆粒細小等特點，排泥池采用調節和濃縮功能兼有的間歇式濃縮池，將排泥池在調節功能的基礎上拓展其濃縮功能。目前調節池的演變趨勢也正逐漸從單一調節功能向多功能轉化。
早期的間歇式濃縮池是在池壁上不同高度設出水孔，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日的排泥量設計，其面積應滿足污泥沉降和濃縮要求，固體負荷為24kg/(m2?d)。
設計排泥池為上方下圓、底部進泥中心輻流形式，表面負荷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。
在排泥池中設浮動槽收集上清液。浮動槽隨水面浮動，可動幅度設計為1.5m。雖然排泥進水是間斷的，但浮動槽出水大部分時間是連續的，使回流水均勻。浮動堰槽在排泥池四角設四個導向柱，導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入，再通過虹吸管進入導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固定的溢流槽，當浮動槽發生故障時，上清液可進入固定的溢流槽。
排泥池每池設中心懸掛式刮泥機1臺，刮泥機將泥刮至中心，底部連續排泥，刮泥機及其附屬控制設備采用荷蘭HUBBERT公司產品。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節后的泥水進一步濃縮，以提高機械脫水效率，縮小脫水機容量。當采用自然干化時，可節省用地面積。更為重要的是，給水污泥親水性很強，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停止動轉時，還應起到儲留污泥的作用。濃縮池設計為中心進泥輻流式重力濃縮池，固體負荷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%，重力流進入脫水機房，上清液經溢流槽排放。
濃縮池每池設中心驅動式刮泥機1臺，為加強濃縮功能，刮泥機上有垂直柵條，刮泥機將泥刮至中心，底流間斷式排泥。刮泥機及其附屬控制設備亦為荷蘭HUBBERT公司產品。為提高濃縮效果，本工程在濃縮池進口污泥提升泵前，預留高分子助凝劑(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 板框壓濾機脫水系統圖
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 6壓濾機氣壓罐 7 氣動裝置氣壓罐 8 高壓沖洗水泵 9 靜態混合器 10 電磁流量計 11 儲藥罐 12 儲水罐 13 板框壓濾機 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 脫水機房
脫水的目的是進一步降低污泥的含水率，以利于泥餅的搬運和最終處置。
本工程脫水機房采用系統招標，主要設備、儀表為英國EDWARDS & JONES公司產品，采用隔膜擠壓全自動板框壓濾機2臺，進泥加絮凝劑后由投料泵輸入壓濾機，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脫水的工作原理是對密閉板框內的污泥進行加壓、擠壓，使濾液通過濾布排出，固態顆粒被截留下來，以達到滿意的固、液分離效果。板框壓濾機本身只是在壓力下將一定數量的過濾板加以固定的一種裝置。由于濾板兩側工作面均為中間凹進形式，當兩塊濾板閉合時，板與板之間即形成一個容留污泥的腔室——濾框，接在一起形成一聯串相鄰的濾框。所有濾板均包有濾布，當泥水在濾框內受壓后，濾液通過濾布，經過濾板內集水管路排出，濾框內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下受壓脫水，固態顆粒不易漏出。板框壓濾機進泥濃度1%一2%,泥餅含水率60%一50%，脫水效果較好，運行較穩定。經過第九水廠污泥脫水的實際運行，證明采用板框壓濾機脫水對水庫或親水性較強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)。脫水系統見圖4，主要設備、裝置技術參數如下：
1) 隔膜擠壓全自動板框壓濾機2臺(2用，擬再擴建1臺)：板框尺寸1.5m×1.5m；泥餅厚度30mm；濾框(泥餅)數量130塊/臺；運行壓力1.0MPa；
2) 投料泵2臺(2用)，往復式泵；
3) 高壓沖洗水泵2臺(1用1備)，往復式泵；
4) 空壓機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、鼓風機、混合筒等)。
7) 壓縮空氣罐：V=3.9 m3,2臺(壓濾機使用)，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
污泥處理自控系統是總廠分散型控制系統CENTUM系統的一個子站，采用西儀橫河公司的定型產品μXL系統。對上通過數據總線將必要的參數傳送至中央控制室；對下設置兩個現場控制分站MFCU，完成對污泥處理廠脫水機房及其余工段的監控功能。脫水機房主要設備按系統招標，兩臺板框壓濾機及投料、藥劑制備、壓縮空氣、高壓沖洗設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系統進行通訊，將必要的工藝參數傳到污泥處理控制系統。
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