凈水廠排泥水優(yōu)化運(yùn)行研究

董孝中

0 引言

凈水廠在生產(chǎn)大量城鎮(zhèn)飲用水的同時(shí)，也產(chǎn)生了一定數(shù)量的廢水。排泥水若不經(jīng)處理就排入江河湖泊等水體，會成為水體的重要污染源。

為了降低對水體環(huán)境的污染，減少河床淤泥，城北水廠擴(kuò)建工程中，加入了排泥水處理單元，新建了尾水處理系統(tǒng)。污泥處理工藝中，濃縮池上清液及排水池上清液均需要排放，根據(jù)實(shí)際情況，雨水管網(wǎng)難以接納全部上清液。城北水廠的排泥水主要來源于沉淀池的排泥水，砂濾池、炭濾池的排水及深度處理過程中的回用水?？紤]節(jié)約和充分利用水資源，濾池反沖洗水可以加以回收利用。為了降低濾池反沖洗水回用中賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲，以及錳、鐵等有害物質(zhì)的積累，和由此產(chǎn)生的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，濾池反沖洗水回用應(yīng)盡可能均勻，最大回流量不超過設(shè)計(jì)水量的5%。

1 城北水廠運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)狀尾水工藝流程圖

圖1 尾水工藝流程圖

排水池和排泥池分建，排水池有兩格，每格排水池可獨(dú)立運(yùn)行。

1.2 排水池容積計(jì)算

排水池容積設(shè)計(jì)與濾池反沖洗排水量、濾池格數(shù)及濾池反沖洗的時(shí)序有關(guān)。

排水池設(shè)計(jì)容量W 按公式（1）計(jì)算：

式中：

W—排水池容積，m；

A—一次反沖洗的濾池面積，m；

T—濾池反沖洗持續(xù)時(shí)間，s；

t—表面沖洗持續(xù)時(shí)間，s；

q—濾池反沖洗強(qiáng)度，L/（s.m）；

q’—濾池表面沖洗強(qiáng)度，L/（s.m）；

V—濾池初濾水排放量，m；

V—濾池反沖洗前的最大降水量，m。

城北水廠砂濾池分2 個(gè)系列，二期濾池設(shè)計(jì)規(guī)模25 萬m/d，共14 格，單格面積94.5m，設(shè)計(jì)濾速7.87m/h。反沖洗過程：氣沖強(qiáng)度15L/（s.m），歷時(shí)2min；氣水同時(shí)反沖，氣沖強(qiáng)度15L/（s.m），水沖強(qiáng)度3L/（s.m），歷時(shí)360s；水沖強(qiáng)度6L/（s.m），歷時(shí)300s；表面掃洗強(qiáng)度2L/（s.m），全過程周期。初濾水排放15min。濾池反沖洗平均周期T=48h。風(fēng)機(jī)強(qiáng)度45m/min。

一期砂濾池排水除無初濾水外，與二期砂濾池相近。

活性炭濾池共20 格，單格面積90m，設(shè)計(jì)濾速12m/h。反沖洗過程：氣沖強(qiáng)度15L/（s.m），歷時(shí)5min，初濾水排放時(shí)間25min。

設(shè)計(jì)計(jì)算：

V=vAt=7.87×94.5×15/60=186（m）

根據(jù)濾池積水槽內(nèi)體積計(jì)算：

V=14.6（m）

炭濾池反沖洗排水量：

V=vAt=12×90×30/60=540（m）

一期砂濾池反沖洗排水量：

V=（qT+q’t）A×10+V

=（3×360+6×300+2×780）×94.5×10+14.6

=434（m）

一期濾池反沖洗排水量：

V=V+V=434+186=620（m）

因此排水池最小設(shè)計(jì)容積取上述反沖洗排水量最大值，應(yīng)為620m。

1.3 排水池現(xiàn)狀

排水池分為兩個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的單格，設(shè)計(jì)平面尺寸14m×34m，有效容積約1 640m，有效水深3.45m；

排水泵4 臺，2 用2 備，緊急情況下可同時(shí)開啟，泵參數(shù)：Q=200m/h，H=9m，N=15kW；

排泥泵4 臺，2 用2 備，泵參數(shù)：Q=60m/h，H=8m，N=3kW；

底部刮泥機(jī)2 臺，N=7.5kW。

因此排水池最小設(shè)計(jì)容積取上述反沖洗排水量最大值，應(yīng)為620m。排水池現(xiàn)狀為1640m，如何優(yōu)化。（計(jì)算值為理論最小值，適當(dāng)增大排水池體積有利于濾池反沖洗連續(xù)運(yùn)行，構(gòu)筑物已建成，拆改費(fèi)用較高）。

2 排水池優(yōu)化運(yùn)行

2.1 優(yōu)化設(shè)想

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中排水池最大回流量要求不超過設(shè)計(jì)水量的5%，夜間低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，預(yù)臭氧接觸池進(jìn)水量約9 000m/h，按設(shè)計(jì)最大排泥水回流量450m/h。現(xiàn)狀排水池兩格同時(shí)投入運(yùn)行，通過設(shè)定液位控制水泵是否開啟，容易發(fā)生排水泵開啟數(shù)量多，回水量過大的情況。

單格排水池容積820m，滿足任意單格濾池反沖洗的要求，單格濾池兩臺水泵同時(shí)啟動出流量400m/h，單格排水池排水泵全部啟動情況，回水量仍滿足設(shè)計(jì)要求。排水池運(yùn)行考慮交替運(yùn)行，有利于控制回流水量，做到勻量輸出，保證水質(zhì)安全。

2.2 反沖洗程序優(yōu)化

查閱相關(guān)濾池反沖洗水污泥自然沉降情況可知，砂濾池初濾水、炭濾池反沖洗廢水中固體通量可忽略不計(jì)，砂濾池反沖洗水含固率在0.05～0.15%。含固率較低的排泥水，起始階段污泥界面沉降速度很快，較早達(dá)到壓密點(diǎn)，含固率0.2%的排泥水，25min 能完成初步沉降，且其后一個(gè)小時(shí)泥水分界面變化不大。

單格排水池底面積238m，按照一次濾池反沖洗最大水量620m計(jì)算，排水池液位上升2.6m。排水池有效水深3.45m，低液位可設(shè)置在0.85m 以下。

為了盡可能降低底部刮泥機(jī)運(yùn)行時(shí)對水下的擾動，綜合上述因素，設(shè)定排水池準(zhǔn)備液位為0.8m。單格濾池反沖洗完畢，預(yù)計(jì)最高水位達(dá)3.4m。濾池反沖洗完畢，排水池接收到信號后，靜置30min，然后開啟底部刮泥機(jī)。反沖洗過程中，同時(shí)打開2 臺排水泵和2 臺排泥泵，總排水量約560m/h，66min 后排水池液位降低至0.8m，進(jìn)入等待隊(duì)列。

底部刮泥機(jī)行程75cm，安裝間距65cm，往復(fù)周期30s，66min 能往復(fù)運(yùn)行130 多次，滿足運(yùn)行要求。液位降低至0.8m 后，停泵同時(shí)停止刮泥機(jī)運(yùn)行，防止排水池末端局部積泥。

2.3 優(yōu)化后運(yùn)行情況

程序調(diào)整后具體流程如圖2。

圖2 濾池反沖洗聯(lián)動排水池運(yùn)行流程圖

單格濾池反沖洗、排水池靜置和排水完整周期用時(shí)約140min。兩格排水池正常運(yùn)行情況下，一天可以滿足20 格濾池的反沖洗。

3 結(jié)論

結(jié)論一：對比程序調(diào)整前后運(yùn)行情況，見表1。

表1 前后對比情況

結(jié)論二：通過系統(tǒng)計(jì)算排水池容積、濾池反沖洗水量，調(diào)整排水池運(yùn)行方式，達(dá)到了優(yōu)化排水池與濾池反沖洗的聯(lián)動運(yùn)行，降低了上清液濁度，水量更加均勻的進(jìn)入預(yù)臭氧接觸池，同時(shí)提高了排泥水濁度，排水池底部積泥情況好轉(zhuǎn)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

結(jié)論三：減少了污泥處理工藝中上清液的排放，與第一章節(jié)的內(nèi)容相對應(yīng)。