自來水廠污泥處理系統(tǒng)設(shè)備選型方法
行業(yè)動態(tài)
自來水廠作為水體污染首當(dāng)其沖的受害者，同時又是造成水體污染的排污大戶，無論從環(huán)保的角度出發(fā)，還是水廠自身利益的需要，對水處理產(chǎn)生的污水進(jìn)行處理，已成為水廠的必要工藝。污泥處理系統(tǒng)中，設(shè)備投資約占工程總投資的25%～45%，選型成敗對系統(tǒng)至關(guān)重要。由于我國在自來水廠污泥處理方面未有設(shè)計規(guī)范，通用的給排水設(shè)計手冊也僅列城市污水處理的內(nèi)容，設(shè)計人員可參考的資料不多。本文通過研究廣州市產(chǎn)水50萬立方米/日的西洲水廠和100萬立方米/日的南洲水廠污泥處理系統(tǒng)的主設(shè)計，將工程設(shè)計中遇到的設(shè)備選型問題進(jìn)行歸納、總結(jié)，希望能給同行提供一些設(shè)計經(jīng)驗和參考。
1 水廠污泥處理的特點(diǎn)及工藝
自來水廠污泥處理系統(tǒng)需處理污水為沉淀池排泥水和濾池反沖洗水。處理物質(zhì)主要是源水中含有的泥沙、藻類、細(xì)小固形物以及水處理中投加的混凝劑、助凝劑等，無機(jī)成分含量較多，一般可通過污泥的吸附、沉淀去除。自來水廠污泥處理工藝要達(dá)到的目標(biāo)是去除污水中的固形物、水處理過程中添加的殘留藥物，使之達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；回收利用上清液，減低水廠運(yùn)營成本；處理后的泥餅可直接運(yùn)走。
基于上述特點(diǎn)和目的，自來水廠污泥處理的常規(guī)工藝為；污水收集調(diào)節(jié)→初沉→濃縮→均衡→脫水→外運(yùn)。主要構(gòu)筑物為：預(yù)沉池、調(diào)節(jié)池、濃縮池、均質(zhì)池、上清液回收池、脫水機(jī)房。其中，調(diào)節(jié)池和預(yù)沉池也可合建，但一般情況分開設(shè)置，以適應(yīng)沉淀池排泥水較弄而濾池反沖洗水較稀的不同水質(zhì)。如濃縮池底流濃度及流量恒定，可不設(shè)均質(zhì)池。如上清液濁度低，無需沉淀，且輸送距離、標(biāo)高合適，也可不設(shè)上清液回收池，上清液可自流到配水井。
2 系統(tǒng)設(shè)備選型配置的共同要點(diǎn)
根據(jù)工藝需要，各構(gòu)筑物配置的主要設(shè)備為：調(diào)節(jié)池中的攔污設(shè)備、混合設(shè)備、污水泵；預(yù)沉池中的濃縮機(jī)；濃縮池中的濃縮機(jī)、污水泵（或泥漿泵）；均質(zhì)池中的混合設(shè)備；上清液回收池中的排泥機(jī)械、污水泵；脫水機(jī)房中的溶藥設(shè)備、加藥泵、泥漿泵、脫水機(jī)。
設(shè)備選型應(yīng)從設(shè)備的投資、運(yùn)行成本、運(yùn)行安全方面考慮，設(shè)備參數(shù)由整個系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)，即干泥日產(chǎn)量及日處理排泥水總量決定。
理論上，必須通過對全年不同時段水源水樣的濁度及水中SS值建立數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合近年源水濁度等資料作概率統(tǒng)計分析，才能確定干泥的日產(chǎn)量。但要建立這樣的數(shù)學(xué)模型必須有長期、詳細(xì)的水文資料數(shù)據(jù)，并經(jīng)長時間的整理分析和對比。因設(shè)計周期短，往往來不及建立數(shù)學(xué)模型，只能抽取某時段的水樣作統(tǒng)計分析，計算干泥量與實際處理干泥量差距較大。此外，洪水期和枯水期的干泥量差距有時達(dá)5～10倍。這些因素常常令設(shè)備選型無所適從。
因此設(shè)備配置時必須充分考慮各影響因素的變化幅度，需要適應(yīng)不同處理量時的實際工況。如單個池容過大、單機(jī)能力過高，會造成低處理量時整體運(yùn)行成本的增高。設(shè)備應(yīng)盡可能采用多池、多機(jī)配置，除脫水機(jī)房外，構(gòu)筑物宜各配2個以上，對工藝參數(shù)敏感、對設(shè)備運(yùn)行有較多限制條件、容易堵塞的構(gòu)筑物，在條件許可時，應(yīng)設(shè)置3個以上，構(gòu)筑物內(nèi)的設(shè)備也應(yīng)配備3套以上的機(jī)組。備用能力應(yīng)能滿足突發(fā)事件的需要。
關(guān)鍵工藝設(shè)備一定要選用質(zhì)量可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，檢修方便的設(shè)備，同時要重視配套電氣控制設(shè)備的選用，以保證安全可靠運(yùn)行。在無人值守的處理系統(tǒng)中，投入運(yùn)行的設(shè)備應(yīng)有電氣及機(jī)械雙重過載保護(hù)和報警。設(shè)備需考慮配置沖洗裝置，這些裝置應(yīng)充分利用壓力較高的出廠水。設(shè)備與污泥接觸部分的材質(zhì)以選用不銹鋼為宜。
3 主要設(shè)備的選型及配置
（1）泵。泵是系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。由于輸送介質(zhì)是排泥水，在水處理階段已經(jīng)過PH值調(diào)整，又經(jīng)過了多層格柵的固形物攔截，普通的污水泵已可滿足污水提升的工藝要求。如構(gòu)筑物設(shè)置在地下，一般應(yīng)選用潛水排污泵，以節(jié)省泵房開挖帶來的投資，如構(gòu)筑物高于地面，可選用立式排污泵。含固率達(dá)到2%以上的污泥水及輸送進(jìn)脫水機(jī)的污泥，應(yīng)選用能適應(yīng)高粘度介質(zhì)、流量基本無脈動的螺桿泵。所有泵的密封宜采用機(jī)械密封。如泵用于抽取具濃縮作用的構(gòu)筑物底部積液，其進(jìn)液管路上應(yīng)加裝一條壓力水管，當(dāng)吸入管堵塞時可沖散堵塞物。
潛水排污泵電機(jī)定子內(nèi)應(yīng)有過熱、過載保護(hù)器、繞組防凝露裝置、超溫報警開關(guān)、進(jìn)水保護(hù)裝置、漏水報警裝置、超溫報警開關(guān)、進(jìn)水保護(hù)裝置、漏水報警裝置，采用大通道葉輪，葉輪材質(zhì)宜用耐磨的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，電機(jī)采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，保證電機(jī)在低水位及短期無水狀態(tài)下可靠運(yùn)行。自藕裝置應(yīng)有保證可靠耦合的定位、自重緊固措施。泵選用手冊推薦排污泵的備用率為100%，按接觸到的實際運(yùn)行經(jīng)驗，可按50%備用，僅備用主機(jī)。
螺桿泵需變頻無級可調(diào)，以適應(yīng)不同的負(fù)荷；應(yīng)選用干運(yùn)行保護(hù)裝置；污水及污泥輸送用螺桿泵的定子結(jié)構(gòu)應(yīng)采用可調(diào)式，使螺桿泵在遭受泥砂的磨損后，仍能維持正常的工況；轉(zhuǎn)子材質(zhì)可選工具鋼，但表面要做耐磨防腐處理，加藥螺桿泵則須根據(jù)所加藥物種類確定。
泵的流量根據(jù)排泥水量、構(gòu)筑物的容量以及污泥在池中所需的停留時間確定，各水廠的排泥水一般是通過輸泥干管重力輸送至調(diào)節(jié)池，故排污泵選型時必須充分考慮上工序的泥水排放時間間隔、上一處理階段自動控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，充分考慮可能出現(xiàn)的水泵流量。
為避免污泥在管中沉積，污泥管道設(shè)計流速比清水管高1.2～1.5倍。水泵揚(yáng)程計算結(jié)果與實際揚(yáng)程通常會高于清水泵系統(tǒng)。計算時應(yīng)留意污泥處理系統(tǒng)出液管路通常設(shè)置的止回閥和泵本身的水力損失。要充分考慮泵組各進(jìn)出液管路設(shè)置的管件、各種突變帶來的沿程水力損失，揚(yáng)程計算結(jié)果與系統(tǒng)運(yùn)行時實測壓力是很吻合的。值得一提的是：螺桿泵供貨商提供的產(chǎn)品壓力等級通常相差較大，往往很難選到與計算揚(yáng)程吻合的螺桿泵，此時應(yīng)選擇壓力比計算揚(yáng)程高的螺桿泵，即使壓力等級相距較遠(yuǎn)也不能選擇壓力等級稍低的泵。
（2）混合設(shè)備。由于構(gòu)筑物一般直徑較大，污泥處理系統(tǒng)通常采用潛水?dāng)嚢杵鞣乐刮勰喑练e在池底部。
攪拌器選型要考慮攪拌器的位置、推力、推進(jìn)方向和整體流速。其功率的確定有2種方法，一種是根據(jù)攪拌器生產(chǎn)商提供的流場圖，結(jié)合構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)，推算出整體流速大于0.15m/s時所需的功率。另一種是根據(jù)經(jīng)驗公式，以混合介質(zhì)的比重、容積作參數(shù)計算，公式為：P=（V×6/1000）×y（液）。實踐證明，兩種計算的結(jié)果十分接近，但都忽略了低水位時介質(zhì)翻騰造成的能量損失。當(dāng)池徑與液位之比大于8～10時，計算結(jié)果偏小，應(yīng)按一定的系數(shù)酌情增加功率，并采用多機(jī)、單機(jī)低功率的設(shè)備配置。國外某些攪拌機(jī)生產(chǎn)商以能量密度（W/m3）作設(shè)計參數(shù)，但計算過程需由該生產(chǎn)商進(jìn)行。
所有潛水?dāng)嚢铏C(jī)均應(yīng)帶油室泄漏傳感器及定子室泄漏傳感器，應(yīng)有漏水保護(hù)、過熱保護(hù)、軸承超溫保護(hù)、濕度保護(hù)等裝置，軸封應(yīng)采用可反轉(zhuǎn)的機(jī)械密封。潛水?dāng)嚢铏C(jī)應(yīng)至少備用主機(jī)一臺。
（3）濃縮設(shè)備。濃縮是污泥處理過程的核心部分，濃縮池底流濃度將直接影響污泥脫水的效果。
水廠排泥水沉降性能良好，應(yīng)首選重力濃縮工藝，可選用濃縮刮泥機(jī)。為方便操作和維修，池徑較小時，宜選擇中心傳動，反之可用周邊傳動。采用中心傳動時，池徑＞20m采用垂架式，較小者可選懸掛式。在廣州西洲水廠及南洲水廠污泥處理系統(tǒng)中，均采用懸掛式中心傳動刮泥機(jī)，池徑達(dá)20m，實際應(yīng)用效果良好，但底流濃度＞2%時如采用懸掛式結(jié)構(gòu)，池徑應(yīng)控制在16m以內(nèi)。
懸掛式中心傳動刮泥機(jī)選型應(yīng)注意：選用國產(chǎn)機(jī)時，驅(qū)動裝置采用臥式斜齒輪減速電機(jī)，必須設(shè)機(jī)械過載保護(hù)裝置、過扭保護(hù)裝置；中心主軸下端避免采用水下軸承支承，以防堵塞；出水口下端應(yīng)設(shè)分流板，減緩水流沖擊已沉污泥；刮板外緣線速度宜設(shè)定在0.015＜V＜0.04m/s，通過調(diào)速裝置實現(xiàn)無級調(diào)速，以適應(yīng)來水含泥量的變化；中心主軸宜分段設(shè)計、并保證剛度，以降低構(gòu)筑物頂面標(biāo)高、方便設(shè)備吊裝及檢修。
（4）污泥脫水機(jī)。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)和處置。
從目前國內(nèi)應(yīng)用的脫水裝置來看，當(dāng)今較有代表性的脫水設(shè)備有：板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)和真空過濾機(jī)。設(shè)備對進(jìn)泥濃度和污泥的親水性要求不同，產(chǎn)出污泥的含水率有一定差距，整體投資及運(yùn)行費(fèi)用相差較大，必須根據(jù)實際情況慎重確定。
板框壓濾機(jī)進(jìn)泥濃度可低于1%～2%，泥餅含水率可低至60%～50%，脫水效果較好，能適合親水性強(qiáng)的污泥，親水性弱的污泥可不投助凝劑。但機(jī)型龐大，附屬設(shè)備多，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，整體投資高；工作時為敞開式，自動化程度不高，工作環(huán)境較差；系統(tǒng)只能間歇運(yùn)行。板框壓濾機(jī)對于脫水效果要求高的系統(tǒng)和污泥親水性強(qiáng)的系統(tǒng)有較大優(yōu)勢。
帶式壓濾機(jī)機(jī)型小，投資及運(yùn)行費(fèi)用低。但要求進(jìn)泥濃度達(dá)5%～10%，產(chǎn)出污泥含水率較高，為65%～75%；污泥截留率低，脫水效率差，性能價格比低，現(xiàn)已極少使用。
真空過濾機(jī)進(jìn)泥濃度3%～5%，可連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備故障率低，輔助設(shè)備少。但產(chǎn)出污泥含水率達(dá)80%；耗電量高；當(dāng)污泥流量、粘度發(fā)生變化時較難適應(yīng)；常要求對污泥進(jìn)行粘土、石灰投加等前處理；工作環(huán)境差；由于資金投入少，多在資金、技術(shù)力量薄弱、工況變化少的情況下選用。
離心機(jī)占地面積小，可全封閉連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)泥濃度3%～10%，對濃度及流量等工況的變化適應(yīng)性強(qiáng)，單機(jī)處理量大，環(huán)境衛(wèi)生好，自動化程度高，產(chǎn)出污泥含水率為75%～80%，但現(xiàn)場噪音大，必須配套污泥切割機(jī)、污泥輸送泵、加藥及稀釋裝置、無軸螺旋輸送器等設(shè)備。在處理親水性弱的污泥方面有明顯優(yōu)勢，當(dāng)前國際上正推廣應(yīng)用。南洲水廠、西洲水廠污泥系統(tǒng)也采用了離心脫水機(jī)，西洲水廠離心脫水機(jī)在進(jìn)水含固率平均4%～4.5%的條件下，產(chǎn)出污泥的含水率低至65～72%，分離液的濁度為40NTU左右，脫水效果極佳。離心脫水機(jī)在配置時應(yīng)選擇3個以上機(jī)組，離心機(jī)前需配污泥切割機(jī)，藥劑溶解混合投加系統(tǒng)應(yīng)自動化，以適應(yīng)污泥處理量和水質(zhì)的不利因素。
4 結(jié)論
設(shè)備的選型及配置必須根據(jù)水廠的工藝流程和實際運(yùn)行工況、該廠不同生產(chǎn)階段排泥水的形狀進(jìn)行具體分析，匹配相應(yīng)的設(shè)備。
