北京市第九水廠污泥處理運(yùn)行介紹

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簡介： 簡要介紹了北京市第九水廠污泥處理工藝流程，小型、中型模擬工藝試驗及生產(chǎn)運(yùn)行情況。生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果驗證了模擬試驗的結(jié)論。2002年12月，九廠日均處理污泥量17 822 m3，回收利用上清液15 848 m3/d，可節(jié)約水資源費16.18元/1 000 m3，相應(yīng)污泥處理費用為 5.26元/1 000 m3。
關(guān)鍵字：污泥處理 濃縮 脫 上清液

　　北京市第九水廠(九廠)供水能力150萬m³/d，分三期建成，每期各50萬m³/d。其污泥處理廠主體工程隨九廠二期工程同步建設(shè)，于1997年6月建成投產(chǎn)。并且隨著九廠三期1999年7月正式通水，與三期工程配套的污泥處理廠設(shè)備安裝也于2000年5月完工，從而實現(xiàn)了與九廠日供水量150萬m³相適應(yīng)的污泥處理規(guī)模。

1　九廠污泥處理工藝流程及主要構(gòu)筑物

1.1　工藝流程

　　九廠原水取自北京市區(qū)東北部的密云水庫和懷柔水庫，輸水管道全長75 km。凈配水廠采用常規(guī)凈水工藝加顆?；钚蕴课?。沉淀池形式一期為機(jī)械加速澄清池，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。

　　九廠污泥處理廠的處理對象為凈水廠機(jī)械加速澄清池、反應(yīng)沉淀池排泥和濾池反沖洗產(chǎn)生的污泥。凈水廠產(chǎn)生的污泥經(jīng)一根DN=800的進(jìn)泥管后，重力流入配泥井，再分由三根 DN=300的輸泥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水廠回流泵房，最終回至原水混合池重復(fù)利用。排泥池底部出泥經(jīng)泵提升至濃縮池，濃縮池底泥自流入脫水機(jī)房，經(jīng)脫水機(jī)壓榨脫水制成泥餅外運(yùn)。污泥處理工藝流程見圖1。

1.2　主要構(gòu)筑物

1.2.1　排泥池

　　排泥池的作用一方面對凈水廠的間斷來泥起到調(diào)節(jié)作用，另一方面回收上清液，對污泥起到一定的濃縮、儲存作用。池型采用上方下圓形輻流式排泥 池，單池尺寸24 m ×24 m，池有效水深4.5 m，并設(shè)浮動槽收集上清液，設(shè)中心懸掛式刮泥機(jī)將泥刮至中心。

圖1　污泥處理廠工藝流程

1.2.2　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。由于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。在高濁度和脫水機(jī)停機(jī)時段，濃縮池還應(yīng)起到儲留污泥的作用。池型采用中心進(jìn)泥輻流式重力濃縮池，單池尺寸24 m×24 m，池有效水深4.5 m，設(shè)中心驅(qū)動式刮泥機(jī)，并帶有垂直柵條，可以加速壓縮沉淀過程。為提高濃縮效果，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。

1.2.3　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(yùn)和最終處置。主要設(shè)備采用英國的EDWARDS & JONES公司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(yùn)。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)行高壓擠壓，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)板框尺寸1.5 m×1.5 m，泥餅厚度30 mm，泥餅含水率應(yīng)不大于70%，便于運(yùn)輸，濾框（泥餅）數(shù)量130塊/臺，運(yùn)行壓力1.0 MPa，要求進(jìn)泥含固率2%。

2　污泥處理試驗情況

　　由于九廠污泥處理投產(chǎn)前國內(nèi)給水廠尚無成功應(yīng)用的先例，僅就脫水機(jī)械的選擇及污泥再利用進(jìn)行了一些探索。同時國內(nèi)也沒有明確的規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，該工程設(shè)計主要參照日本水道協(xié)會編寫的《凈水廠排水處理設(shè)計》，未經(jīng)過任何試驗驗證，對于九廠低溫低濁原水產(chǎn)生的以混凝污泥為主的親水性污泥，排泥池、濃縮池能否實現(xiàn)預(yù)設(shè)功能，濃縮池底泥含固率能否達(dá)到2%，脫水機(jī)能否順利壓出泥餅，應(yīng)該選取何種高分子藥劑以幫助實現(xiàn)濃縮稠化、脫水功能，人們心中不免存在許多疑問。

　　針對上面具體問題，對九廠污泥的泥質(zhì)泥量進(jìn)行了調(diào)查，模擬實際工藝流程開展了小型、中型試驗，最后通過生產(chǎn)運(yùn)行加以驗證。

2.1　污泥性質(zhì)調(diào)查

　　九廠原水取自密云、懷柔水庫。除暴雨季節(jié)外，原水濁度常年在5 NTU以下，經(jīng)常為1 ～2 NTU。原水中主要投加聚合氯化鋁和三氯化鐵作為水處理藥劑，使得水處理過程中的排泥壓縮性、脫水性不佳，難以處理。

圖2　全廠各處泥量對比情況

　　九廠污泥由一期機(jī)械加速澄清池排泥、二期反應(yīng)沉淀池排泥、回流水池沉泥三處污泥匯集而成。其中一期排泥結(jié)構(gòu)松散，易發(fā)生上浮，呈紅棕色；二期排泥，沉降性能良好，沉降顆粒細(xì)密，呈棕黃色；回流排泥，比較粘稠，呈黑黃色。各處泥量對比情況見圖2，混合污泥性質(zhì)見表1，全廠泥量統(tǒng)計見圖3。

　　 表1　混合污泥性質(zhì) 項目混合污泥原水 pH7.14～7.907.60～8.00 濁度/NTU100～3000.71～1.61 含泥量/mg/L
(相當(dāng)于含水率/%)200～900
(99.91～99.98)　 ζ電位/mV-20.13-10.80 Fe₂O₃₂(%)34.4　 Al₂O₃₂(%)13.47　

圖3　排泥量統(tǒng)計

2.2　模擬排泥池和濃縮池試驗，驗證濃縮底泥含固率

　　利用量筒靜沉試驗?zāi)M排泥池、濃縮池小型試驗。利用沉降柱靜沉試驗及動態(tài)沉降試驗?zāi)M濃縮池中型試驗。試驗數(shù)據(jù)見表2。在動態(tài)模擬濃縮池中，經(jīng)過128 h，即5.33天的動態(tài)沉降，底泥含泥量可達(dá)2.2%。

　　 表2　沉降試驗數(shù)據(jù) 項目試驗污泥濃度
(mg/L)不同沉淀時間沉后

底泥含泥量(時間)(％)

　　在污泥處理車間的實際運(yùn)行中，濃縮池刮泥機(jī)設(shè)置了垂直柵條攪拌，可以加速壓縮沉淀過程，加上池深較大，沉淀路徑長，其濃縮沉降效果應(yīng)遠(yuǎn)優(yōu)于中試沉降柱。

2.3　小型壓縮率試驗優(yōu)選脫水藥劑

　　試驗裝置見圖4，將備選藥劑等量加入泥樣中，攪拌均勻后，倒入5.5 cm布氏漏斗(內(nèi)置玻璃纖維濾紙)，開啟真空泵及閘閥，控制抽濾時間持續(xù)10 min，抽濾過程中注意保持漏斗內(nèi)泥面高度恒定。通過比較投加不同藥劑，濾過水體積的變化，選擇脫水性能優(yōu)良且價格低廉者作為優(yōu)選脫水藥劑。試驗結(jié)果見表3。

圖4　壓縮率試驗裝置

　　 表3　藥劑脫水性能比較 投加藥劑空白7#(陽)6#(陰)9#(陽)4#(陰) 濾液體積(mL)16.831244446 價格(萬元/t) 　5.53.52.2～2.5(25%)3.5 　注：原泥含固率2.29％，抽濾時間10 min，投藥率2‰。

　　 比較表3中幾種藥劑，可以得出 4?#藥劑效果較優(yōu)且價格相對便宜。同樣采用上述試驗方法，比較4?#藥劑在不同投量下的脫水效果，優(yōu)選加藥量，結(jié)果見圖5。

　　 圖5　4?#藥劑藥量選擇曲線

　　試驗得出：在污泥含固率達(dá)到2％以上時，4?#藥劑的適宜投配率為2.5‰；而污泥含固率2 ％以下時，其適宜投配率為2‰。

2.4　小試模擬濃縮池優(yōu)選濃縮藥劑及藥量配比

　　根據(jù)廠家推薦和類似用戶使用情況，選取8種藥劑進(jìn)行對比試驗，其中5種為陽離子型，3 種為陰離子型藥劑(見圖6)。在量筒靜沉試驗中，將加入待選藥劑的泥樣快速注入1 L量筒，比較靜沉的效果(見圖7和圖8)。

　　按照沉降速度快，沉降效果優(yōu)，底泥濃度高，投 加藥量低的原則，選出6?#藥劑和4?#藥劑作為試驗的首選藥劑。而其中加入6?#藥劑靜沉一段時間后，污泥上浮嚴(yán)重，故略去不計。

圖6　藥劑價格比較

圖7　投加濃縮藥劑沉后對比

圖8　濃縮藥劑優(yōu)選曲線

　　對4?#藥劑配制儲備液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％，使用液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1‰，采用不同藥量分組平行試驗，結(jié)果見圖9，適宜加藥量為1.8 mg/L。

圖9　4?#藥劑藥量選擇曲線

　　聚丙烯酰胺的使用效果在水解時比未被水解的好，生產(chǎn)中應(yīng)盡量采用水解體。其水解比通過試驗求得。

　　將4?#藥劑配制成0.05‰，0.1‰，1‰，1.5‰四種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，放置一天待溶液完全溶解均勻后，以相同的固體投加量加注到1 L濃縮污泥中，進(jìn)行模擬濃縮池量筒靜沉平行試驗，觀察投加不同濃度的藥劑對污泥沉降的影響。試驗結(jié)果見圖10。

圖10　投加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)藥劑的污泥沉降曲線 　　

　　從圖10可以看出，投加藥劑濃度越低，初始沉降性能越好。但在沉降700 min時，投加藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05‰，0.1‰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1‰的污泥沉降效果已基本接近。經(jīng)24 h沉降后，投藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)1‰的污泥沉降效果最佳?？梢哉J(rèn)為，使用液質(zhì)量分?jǐn)?shù)1‰時，4?#藥劑的水解效果最好。

2.5　模擬板框壓濾機(jī)試驗

　　試驗裝置見圖11。進(jìn)料桶內(nèi)放置加藥攪拌后的濃縮污泥，將濾板配好濾布(壓濾前預(yù)先浸濕)，放置整齊。轉(zhuǎn)動螺桿推動壓緊板壓緊濾板，壓緊程度以通入物料不發(fā)生泄漏為宜。啟動齒輪泵，開始壓濾,調(diào)節(jié)壓濾機(jī)的進(jìn)料壓力保持在0.3 MPa左右。壓濾結(jié)束后，反向轉(zhuǎn)動螺桿，松開壓緊板拉開濾板，取出濾板間的泥餅，測定其含泥量及有機(jī)物含量。試驗結(jié)果見表4和圖12。

圖11　壓濾試驗裝置示意

　　壓力控制在0.3～0.35 MPa，含固率范圍1.7%～3.6％的污泥，經(jīng)過4～10 h的壓濾過程，均可順利壓制出泥餅，所得泥餅含固率24.7%～31.1％，泥餅中有機(jī)物含量為37.83%～4 2.66％；隨著壓濾時間的延長，泥餅含固率開始階段呈現(xiàn)顯 著增加的趨勢，直到接近某個極限值后，不再有明顯增加；而且進(jìn)泥含固率越高，壓濾時間越短。并且在較優(yōu)加藥率(即進(jìn)泥含固率為2％以上時，4?#藥劑投加率2.5‰)下，壓濾時間較短。

圖12　壓濾時間與泥餅含固率關(guān)系

表4　壓濾時間比較 項目進(jìn)泥含固率(%) 加藥率(%)壓濾時間(h)泥餅含固率(%) 不同進(jìn)泥含固率2.5～2.6
3.5～3.62.5
2.58.05
5.8726.40
27.7～29.5 不同加藥量2.6
2.5～2.61.3
2.5 8.8
4.05 24.7
25 .37 低含固率污泥1.7～1.92.010.031.1

2.6　高分子有機(jī)物單體分析

　　根據(jù)我國衛(wèi)生部2001年《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》生活飲用水水質(zhì)非常規(guī)檢驗項目中，丙烯酰胺限值為0.000 5 mg/L。因此，委托核工業(yè)北京化工冶金研究院有機(jī)所對PAM藥劑，小型靜態(tài)模擬濃縮池上清液及模擬板框壓濾機(jī)試驗濾出液進(jìn)行丙烯酰胺殘余單體分析。樣品測定結(jié)果見表5。

　　 表5　樣品中聚丙烯酰胺殘余單體含量比較 樣品名稱藥1#藥2#藥3#藥6#藥4#上清液濾出液 聚丙烯酰胺殘余單體含量(mg/L)2715732<18<1<1

　　現(xiàn)有分析技術(shù)測定微量單體丙烯酰胺濃度極為困難，對于模擬濃縮池上清液及模擬壓濾試驗濾出液，單體含量在其檢出限以下，即小于1 mg/L。于是假定丙烯酰胺單體在濃縮、脫水過程中不再有析出，則投加藥劑中的單體含量是含在分離液中的最大量值。通過以下計算可得出單體丙烯酰胺濃度：

??A=C×a/100 (1)??

式中?A? -- 分離液中殘余的單體丙烯酰胺濃度，　　mg/L；
???C? --高分子絮凝劑投加濃度，mg/L；
???a?--高分子絮凝劑中單體丙烯酰胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

　　根據(jù)式(1)推算， 4#藥劑中單體丙烯酰胺含量為8 mg/L，即a為0.0008，模擬濃縮池投加4#藥劑濃度C為1.8 mg/L，則

??A₁=1.8×0.000 8/100=1.44×10^-5mg/L???

　　模擬板框壓濾試驗，投加4#藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5‰(以干泥計)，含泥量0.02～0.06，以高值0.06估算，?C?=0.06×2.5‰=0.15‰=150 mg/L，則

?? A₂= A₁+150×0.0008/100
????= 1.214 4×10^-3mg/L? ??

　　由上得出，模擬濃縮試驗上清液中聚丙烯酰胺殘余單體含量?A?1?小于0.000 5 mg/ L，符合飲用水水質(zhì)要求。而模擬板框壓濾試驗濾出液?A?2?計算結(jié)果略大于0.000 5 mg/L。但實際應(yīng)用中，上述分離液回用時還要在混合池內(nèi)與大量的排泥池上清液以及原水混合、稀釋，其單體含量可完全符合飲用水水質(zhì)要求，保證安全。

2.7　生產(chǎn)運(yùn)行

　　排泥池、濃縮池生產(chǎn)運(yùn)行情況見表6。

　　 表6　九廠污泥處理車間運(yùn)行情況 項目進(jìn)泥量(m³/d)上清液 日均最高日最低日濁度(NTU)pH回收量(m³/d) 排泥池55221467614463.4～6.27.682222 濃縮池330068542005.27.63排棄

　　脫水機(jī)實際運(yùn)行，參考每日進(jìn)泥情況，采取一天或兩天壓一次泥餅，使用4?#藥劑。在進(jìn)泥含固率2.28％，投藥率2.58‰下，經(jīng)過一個壓濾周期，所得泥餅含固率為31％。當(dāng)進(jìn)泥含固率5%～6%時，制得泥餅含固率可高達(dá)46%；單塊泥餅成型尺寸1500 mm×1500 m m，厚約3 cm，呈深棕紅色。完全驗證了前期試驗的結(jié)論。

3　現(xiàn)狀運(yùn)行情況及成本分析

　　九廠污泥處理車間自1997年正式運(yùn)行以來，已經(jīng)歷了近6個年頭。污泥處理車間現(xiàn)有操作人員8人，三班運(yùn)行方式，每日制泥4～6車。工藝在原設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，如在進(jìn)入污泥處理廠前的6號閘井內(nèi)加設(shè)篦子，避免排泥池表面有漂浮物；將濃縮池上清液回流至混合池，節(jié)約原水資源；在濃縮池泥水界面處增設(shè)濃度計，監(jiān)測污泥濃度的變化；在加藥罐出口設(shè)一手閥，便于人工控制進(jìn)泥過程加藥。

　　隨著環(huán)保要求的日益提高，節(jié)約水資源意識不斷加強(qiáng)，水廠自用水量的控制越來越嚴(yán)格，九廠封閉了設(shè)備故障時用的污泥排放口。2002年10月運(yùn)行數(shù)據(jù)見表7。進(jìn)入11月下旬，密云水庫發(fā)生水華，水廠預(yù)處理工藝由預(yù)加氯改為投加高錳酸鉀，使濾池負(fù)擔(dān)增加，反沖洗周期縮短，污泥量猛增。污泥處理車間通過增加制泥班次，增加濃縮池上清液回收，保證了正常生產(chǎn)。12月運(yùn)行數(shù)據(jù)見表7。污泥處理成本估算見表8。

　　 表7　九廠污泥處理車間現(xiàn)狀運(yùn)行情況 月份進(jìn)泥量(m³/d)排泥池上清液
(m³/d)濃縮池上清液
(m³/d)制泥量
(t/d) 200210108697584210618.39 200212178228177767119.68

表8　九廠污泥處理費用估算 凈生產(chǎn)1000 m³
自來水相應(yīng)處理費藥費電費設(shè)備折舊設(shè)備維護(hù)人工合計 0.151.363.260.050.445.26 節(jié)約水資源費16.18 回收居民用水費33.36 　注：①單位為元/1000 m³；
②回收上清液量15848 m³/d(以2002年12月計)；
③機(jī)械折舊期采用20年；
④人工工資為1.9萬元/(人·年)；
⑤電費為0.57元/(kW·h)；
⑥水資源費以0.97元/m³計；
⑦水廠日均凈產(chǎn)水量以95萬m³計；
⑧居民用水費以2.0元/m³計。

4　存在問題及建議

　　實踐證明，九廠污泥處理工藝合理，技術(shù)可行，適應(yīng)變化能力強(qiáng)，處理效果好，運(yùn)行成本較低，值得推廣應(yīng)用。

　　但同時，也還存在一定的客觀問題，九廠二三期工程為貸款項目，關(guān)鍵設(shè)備多采用國外設(shè)備，工程施工、設(shè)備訂貨、安裝及使用未能維持在一個合理有效的期間內(nèi)進(jìn)行。設(shè)備運(yùn)行投產(chǎn)之時，早已過了售后服務(wù)期限，以致沒有完整的售后技術(shù)支持和培訓(xùn)，設(shè)備出現(xiàn)質(zhì)量問題時，無法對生產(chǎn)廠家進(jìn)行索賠。一些國外設(shè)備很難在國內(nèi)買到原裝零配件，使用國內(nèi)類似產(chǎn)品替代，效果不佳。今后應(yīng)合理安排工程建設(shè)計劃進(jìn)度，避免發(fā)生類似情況。

　　另外，設(shè)計考慮欠妥，給生產(chǎn)帶來不必要的麻 煩。如脫水機(jī)前，國外配套設(shè)備包括一個提升罐，以保證為脫水機(jī)提供足夠容量和濃度的污泥。國內(nèi)設(shè)計中未予考慮。長期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于脫水機(jī)進(jìn)泥壓力是一個由大到小變化的過程，而濃縮污泥濃度較高，流動性差，池底積泥不均勻，在污泥抽吸過程中，經(jīng)常會有污水清液進(jìn)入，依靠泵的直接抽吸很難保證污泥的濃度和容量，從而造成制泥班次成倍增加，降低了工作效率。應(yīng)盡快補(bǔ)充這一設(shè)備。

　　前面試驗分析過污泥脫水濾出液中高分子有機(jī)物單體濃度可以滿足生活飲用水要求，今后還要從生產(chǎn)廠家入手，進(jìn)一步分析其毒理性，以盡快實現(xiàn)濾出液回收利用，更有效地節(jié)約有限的水資源。

　　污泥處理運(yùn)行管理的重心在于針對不同水質(zhì)變化，找出最佳的運(yùn)行模式、運(yùn)行參數(shù)；更重要的是盡可能從開始階段稠化污泥濃度，切實做到污泥減量增稠，從而降低各個處理環(huán)節(jié)的成本。