北京市第九水廠污泥處理工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

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簡(jiǎn)介： 簡(jiǎn)要介紹了北京市第九水廠污泥處理工程及其工藝設(shè)計(jì)。工程運(yùn)行表明處理后上清液出水可以均勻回流至配水井重復(fù)使用，而經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水的泥餅含水率約為50%～60%。
關(guān)鍵字：凈水廠 污泥處理 排泥 壓濾機(jī) 脫水

凈水廠排泥水處理在國(guó)外已經(jīng)普遍實(shí)行，但國(guó)內(nèi)尚無(wú)明確的規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本工程主要參照日本水道協(xié)會(huì)編寫(xiě)的《凈水廠排水處理設(shè)計(jì)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    　北京市第九水廠污泥處理廠于1997年6月建成投產(chǎn)，通過(guò)運(yùn)行證明設(shè)計(jì)工藝對(duì)凈水廠污泥處理是適用的，所采用的處理技術(shù)和設(shè)備是可行的，脫水后泥餅含水率達(dá)到50%～60%。

　　1　工程概況

    　北京市第九水廠設(shè)計(jì)處理總規(guī)模為150萬(wàn)m3/d。原水取自市區(qū)東北部的密云、懷柔水庫(kù)，輸水管道全長(zhǎng)75km。凈配水廠位于市區(qū)北部清河附近，分三期建成，每期各50萬(wàn)m3/d，一、二期工程已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行，三期工程將于1999年建成投產(chǎn)。工程投資采用日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金貸款，主要設(shè)備為國(guó)際招標(biāo)采購(gòu)。

    　凈配水廠采用常規(guī)凈水工藝加顆粒活性炭吸附。一期工程共分三個(gè)系列，二、三期工程分別為兩個(gè)系列。沉淀池形式一期為加速澄清池，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。

    　第九水廠污泥處理廠按150萬(wàn)m3/d處理水的規(guī)模一次建成，部分設(shè)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(gòu)筑物共分三個(gè)系列，對(duì)排泥水進(jìn)行調(diào)蓄、濃縮、脫水及泥餅外運(yùn)處理，總占地面積約為2ha。

    　污泥處理工藝設(shè)計(jì)的原則是：1)回收利用上清液，節(jié)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(yùn)輸；4)力求采用新技術(shù)、新工藝，使自動(dòng)化程度高，流程簡(jiǎn)單、管理方便，占地少，節(jié)省投資和經(jīng)常性運(yùn)行費(fèi)用。

    　考慮給水污泥溫度較低及北方地區(qū)的防凍要求，處理構(gòu)筑物均設(shè)于室內(nèi)。

　　2　確定污泥量

　　2.1　干泥量確定

        由于密云水庫(kù)庫(kù)容量大，庫(kù)水停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，使第九水廠來(lái)水常年低濁，經(jīng)常為1mg/L～2mg/L，短時(shí)高濁為60mg/L～120mg/L，設(shè)計(jì)平均濁度按5mg/L計(jì)，平均加藥量按5mg/L(堿式鋁)計(jì)。設(shè)計(jì)水量總計(jì)157.5萬(wàn)m3/d(自用水量按5%計(jì))，設(shè)計(jì)日處理干泥總量按進(jìn)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(jì)算確定，進(jìn)廠排泥水的含水率一般為99.8%～99.95%。排泥水干管的設(shè)計(jì)流量按最大排泥構(gòu)筑物的一次排泥量確定。各排泥構(gòu)筑物的排放時(shí)間盡可能錯(cuò)開(kāi)，每次排放一池。

　　3　工藝流程

    　凈水廠排泥水經(jīng)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(jīng)提升泵房提升均勻回流至配水井重復(fù)使用。排泥池底部出泥經(jīng)泵提升至濃縮池，濃縮池底泥自流進(jìn)入脫水機(jī)房，但須在濃縮池高液位情況下啟動(dòng)脫水機(jī)投料泵。工藝流程如圖1所示。

    圖1　污泥處理廠工藝流程框圖

4　主要構(gòu)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?jié)饪s池進(jìn)泥流量均勻，必須設(shè)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物。凈水廠污泥處理調(diào)節(jié)構(gòu)筑物由兩個(gè)池組成：一是排水池亦稱(chēng)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(tǒng)在一、二期工程建成回流水池；另一個(gè)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(tǒng)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的形式采用排水與排泥池分開(kāi)的分建式，考慮原水低溫、低濁、顆粒細(xì)小等特點(diǎn)，排泥池采用調(diào)節(jié)和濃縮功能兼有的間歇式濃縮池，將排泥池在調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)上拓展其濃縮功能。目前調(diào)節(jié)池的演變趨勢(shì)也正逐漸從單一調(diào)節(jié)功能向多功能轉(zhuǎn)化。

      早期的間歇式濃縮池是在池壁上不同高度設(shè)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(dòng)槽從不同高度連續(xù)集取上清液，運(yùn)行效果較好。

        排泥池還起到儲(chǔ)留污泥的作用，高濁度時(shí)脫水機(jī)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(shè)計(jì)，其面積應(yīng)滿(mǎn)足污泥沉降和濃縮要求，固體負(fù)荷為24kg/(m2·d)。

設(shè)計(jì)排泥池為上方下圓、底部進(jìn)泥中心輻流形式，表面負(fù)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(duì)底部四角填充素混凝土。

在排泥池中設(shè)浮動(dòng)槽收集上清液。浮動(dòng)槽隨水面浮動(dòng)，可動(dòng)幅度設(shè)計(jì)為1.5m。雖然排泥進(jìn)水是間斷的，但浮動(dòng)槽出水大部分時(shí)間是連續(xù)的，使回流水均勻。浮動(dòng)堰槽在排泥池四角設(shè)四個(gè)導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱中埋管作為浮動(dòng)槽的四個(gè)出水通道，上清液通過(guò)浮動(dòng)槽底部孔口進(jìn)入，再通過(guò)虹吸管進(jìn)入導(dǎo)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(shè)固定的溢流槽，當(dāng)浮動(dòng)槽發(fā)生故障時(shí)，上清液可進(jìn)入固定的溢流槽。

    　排泥池每池設(shè)中心懸掛式刮泥機(jī)1臺(tái)，刮泥機(jī)將泥刮至中心，底部連續(xù)排泥，刮泥機(jī)及其附屬控制設(shè)備采用荷蘭HUBBERT公司產(chǎn)品。排泥池如圖2所示。

    圖2　圓形輻流式排泥池(加浮動(dòng)槽)

　　4.2　濃縮池

    　濃縮池的功能是對(duì)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。當(dāng)采用自然干化時(shí)，可節(jié)省用地面積。更為重要的是，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(guò)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(jī)停止動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)，還應(yīng)起到儲(chǔ)留污泥的作用。濃縮池設(shè)計(jì)為中心進(jìn)泥輻流式重力濃縮池，固體負(fù)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(jìn)入脫水機(jī)房，上清液經(jīng)溢流槽排放。

        濃縮池每池設(shè)中心驅(qū)動(dòng)式刮泥機(jī)1臺(tái)，為加強(qiáng)濃縮功能，刮泥機(jī)上有垂直柵條，刮泥機(jī)將泥刮至中心，底流間斷式排泥。刮泥機(jī)及其附屬控制設(shè)備亦為荷蘭HUBBERT公司產(chǎn)品。為提高濃縮效果，本工程在濃縮池進(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(目前可不使用)，投加濃度為0.02%。濃縮池如圖3所示。

    圖3　圓形輻流式重力濃縮池 

    圖4　板框壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)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(pán)、溜槽　 5 空氣壓縮機(jī)　 6壓濾機(jī)氣壓罐   7 氣動(dòng)裝置氣壓罐 　8 高壓沖洗水泵 　9 靜態(tài)混合器　 10 電磁流量計(jì)　11 儲(chǔ)藥罐　 12　儲(chǔ)水罐   13 板框壓濾機(jī)　 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(mén)   20 空氣干燥箱

　　4.3　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。

      本工程脫水機(jī)房采用系統(tǒng)招標(biāo)，主要設(shè)備、儀表為英國(guó)EDWARDS & JONES公司產(chǎn)品，采用隔膜擠壓全自動(dòng)板框壓濾機(jī)2臺(tái)，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)。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(jī)脫水的工作原理是對(duì)密閉板框內(nèi)的污泥進(jìn)行加壓、擠壓，使濾液通過(guò)濾布排出，固態(tài)顆粒被截留下來(lái)，以達(dá)到滿(mǎn)意的固、液分離效果。板框壓濾機(jī)本身只是在壓力下將一定數(shù)量的過(guò)濾板加以固定的一種裝置。由于濾板兩側(cè)工作面均為中間凹進(jìn)形式，當(dāng)兩塊濾板閉合時(shí)，板與板之間即形成一個(gè)容留污泥的腔室——濾框，接在一起形成一聯(lián)串相鄰的濾框。所有濾板均包有濾布，當(dāng)泥水在濾框內(nèi)受壓后，濾液通過(guò)濾布，經(jīng)過(guò)濾板內(nèi)集水管路排出，濾框內(nèi)污泥脫水形成泥餅后分開(kāi)濾板，泥餅與濾布分離落入下部輸送帶運(yùn)走。由于泥水在密閉狀態(tài)下受壓脫水，固態(tài)顆粒不易漏出。板框壓濾機(jī)進(jìn)泥濃度1%一2%,泥餅含水率60%一50%，脫水效果較好，運(yùn)行較穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)第九水廠污泥脫水的實(shí)際運(yùn)行，證明采用板框壓濾機(jī)脫水對(duì)水庫(kù)或親水性較強(qiáng)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(jì)(純品)。脫水系統(tǒng)見(jiàn)圖4，主要設(shè)備、裝置技術(shù)參數(shù)如下：

    1) 隔膜擠壓全自動(dòng)板框壓濾機(jī)2臺(tái)(2用，擬再擴(kuò)建1臺(tái))：板框尺寸1.5m×1.5m；泥餅厚度30mm；濾框(泥餅)數(shù)量130塊/臺(tái)；運(yùn)行壓力1.0MPa；

    2) 投料泵2臺(tái)(2用)，往復(fù)式泵；

    3) 高壓沖洗水泵2臺(tái)(1用1備)，往復(fù)式泵；

    4) 空壓機(jī)2臺(tái)(1用1備)；

    5) 輸藥泵2臺(tái)(1用1備)，螺桿泵、藥劑稀釋泵2臺(tái)(1用1備)，離心泵；

    6) 藥劑混合裝置1套(含干粉漏斗、鼓風(fēng)機(jī)、混合筒等)。

    7) 壓縮空氣罐：V=3.9 m3,2臺(tái)(壓濾機(jī)使用)，V=0.5 m3,1臺(tái)(氣壓裝置使用)；

    8) 儲(chǔ)藥罐1個(gè)：V=10 m3，儲(chǔ)水罐1個(gè)：V=11m3。

　　5　控制系統(tǒng)

  　污泥處理自控系統(tǒng)是總廠分散型控制系統(tǒng)CENTUM系統(tǒng)的一個(gè)子站，采用西儀橫河公司的定型產(chǎn)品μXL系統(tǒng)。對(duì)上通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將必要的參數(shù)傳送至中央控制室；對(duì)下設(shè)置兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制分站MFCU，完成對(duì)污泥處理廠脫水機(jī)房及其余工段的監(jiān)控功能。脫水機(jī)房主要設(shè)備按系統(tǒng)招標(biāo)，兩臺(tái)板框壓濾機(jī)及投料、藥劑制備、壓縮空氣、高壓沖洗設(shè)備的程序控制由廠家提供的PLC完成，通過(guò)合適的通訊接口與子站μXL系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將必要的工藝參數(shù)傳到污泥處理控制系統(tǒng)。

　　作者通訊處：北京市西城區(qū)月壇南街乙2號(hào)北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院