摘 要：凈水廠排泥水若不經處理直接排放會嚴重污染水體與環境，長沙主城區截污改造工程要求對長沙市各水廠排泥水進行截污改造。以長沙市第五水廠為例，提出了排泥水直接處理和排泥水間接處理兩種改造方案，并從對環境影響、工程投資、運行費用、對城市排水系統影響等四個方面比較了兩種工藝方案的優劣，最終確定采用間接處理方案改造長沙市第五水廠排泥水系統。
　　關鍵詞：凈水廠;排泥水;直接處理;間接處理
　　Abstract: Directly emission of sludge water, without any treatment process, could be seriously harmful for water environment. According to the Interception Project of Changsha main city zone, the interception upgrading of water sludge for waterworks in Changsha is strictly required. Taking the 5th waterworks in Changsha for example, this paper proposed two upgrading scheme--direct processing and indirect processing of sludge water. After aking four aspects into consideration, such as environmental influence, construction investment, operating cost, and effects on urban drainage system, the indirection process was finally adopted for upgrading of sludge water system in the 5th waterworks of Changsha.
　　Keywords:waterworks; Sludge water; direct processing; indirect processing
　　中圖分類號：S276 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104(2012)
　　供水廠在生產出自來水的同時, 也產生了大量含泥砂、有機物、混凝劑、微生物等的排泥水[1]。排泥水主要來自沉淀池和濾池反沖洗廢水，約占水廠總產水量的4%～7%[2]。這些廢水若不經處理直接排放，會造成水體污染、河道淤塞等一系列問題。因而，如何因地制宜的合理選擇排泥水處理方式，是水處理工作者面臨的重要問題。
　　長沙市第五水廠位于長沙市開福區，以株樹橋水庫為水源，工程設計總規模為30.0×104m3/d，分兩期建設，一期建設規模15×104m3/d，1990年10月正式投產，采用回流隔板絮凝池→平流式沉淀池→虹吸濾池→液氯消毒工藝;二期建設規模15.0×104m3/d，1993年7月正式投產，采用回流隔板絮凝池→平流式沉淀池→普快濾池→液氯消毒工藝。目前長沙市第五水廠排泥水未經處理直接排入湘江。
　　1排泥水水質分析
　　1.1排泥水水質簡介
　　排泥水主要成份為無機物、有機物和重金屬，陸在宏等人的研究成果[3]，排泥水污泥(干基)無機物分析結果見表1。排泥水的BOD5、CODcr含量如表2所示。排泥水中有機物(燒失量)含量為10%左右，無機物約為90%，排泥水中有機物、重金屬亦遠遠低于國家排放標準[3]。在凈水廠排泥水處理工藝選擇時主要考慮SS的處理。
　　表1 排泥水污泥(干基)無機物含量[3]

成份	燒失量	SiO2	AL2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	SO3
含量（%）	10.36	54.08	17.94	7.29	1.74	0.42	2.31	1.05	0.26

　　表2 排泥水BOD5、CODcr值[3]

排泥水濃縮污泥含固率(%)	0.97	1.75	6.36	7.12
BOD5	6.64	7.8	12.5	13.5
CODcr	36.1	42.2	99.1	76.8

　　1.2長沙市五水廠干泥量
　　給水廠排泥水來源于絮凝池、沉淀池排泥水及濾池反沖洗排水，排泥水中的污泥由水中懸浮物形成的污泥和藥劑產生的固體物組成，污泥量按照濁度和混凝劑投加量計算。排泥水干泥量計算采用如下公式計算：
　　TDS = Q(T×E1+A×E2) ×10-6
　　式中：
　　TDS—總干泥量(t/d);
　　Q----設計水量(m3/d)，按1.05倍設計總規模計算;
　　T----設計采用的原水濁度(NTU)，株樹橋水庫水質符合CJ3020—93《生活飲用水水源標準》一級標準。常年濁度小于≤3NTU。本文按3NTU計算。
　　E1----濁度與SS的換算系數，本文取1.1;
　　A-----鋁鹽混凝劑加注率(以Al2O3計)(mg/L)，見下述計算;
　　E2---- Al2O3與Al(OH)3換算系數,為1.53;
　　鋁鹽混凝劑加注率為10mg/L。
　　計算得：五水廠干泥量為5.58t/d
　　1.3 排泥水總固體濃度
　　凈水廠生產廢水一般約占水廠凈水能力的4～7%[2]，即五水廠排泥水量為12000m3/d~21000m3/d，根據1.2節干泥量計算結果，計算得五水廠排泥水SS為265~465mg/L。基本滿足《污水排入城市下水道水質標準》中城市設有污水處理廠的情況。
　　2方案論證
　　2.1方案構思
　　在城市凈水廠排泥水中， SS濃度通常在1000mg/L~3000mg/L之間[3]，不能滿足《污水排入城市下水道水質標準》中排放標準。然而五水廠采用株樹橋水庫水，原水濁度低，加藥量少，因而其排泥水中SS含量相對較低，基本滿足排入城市下水道的水質標準。因此長沙市五水廠排泥水處理系統可采用以下兩種方案：(1)排泥水直接處理方案;(2)排泥水間接處理方案。
　　2.2排泥水直接處理方案
　　2.2.1 工藝流程
　　排泥水直接處理方案對排泥水的處理在廠區范圍內進行，主要包括調節、濃縮、脫水、處置四道基本工序。
　　2.2.2 工藝設計
　　(1)調節
　　調節構筑物采用分建形式，即單獨設置回收水池接納和調節反沖洗廢水;設排泥池接納沉淀池排泥水和少量絮凝池排水。濾池反沖洗廢水經回收水池調節后提升至配水井重復利用。
　　設排泥池1座，尺寸L×B =40m×18m，有效水深H=4.0m，有效容積2880m3。池底設液壓往復式刮泥機。
　　設回收水池1座，尺寸L×B =28×18，有效水深H=4.0m，有效容積2016 m3。池底設液壓往復式刮泥機，同時在回收水池上部安裝斜管。
　　(2)濃縮
　　濃縮是污泥脫水前的一個重要環節，濃縮的目的是降低含水率，減小污泥體積，污泥的含水率越低，即污泥的濃度越高，脫水的速度越快。五水廠設重力輻流式濃縮池2座，平面尺寸D=14m，污泥固體通量均按10.7 kg/(m2·d)設計。
　　(3)貯泥池
　　貯泥池為平衡濃縮池連續運行和脫水機間斷運行而設置，池內濃縮污泥經泵提升至脫水機房。
　　設置貯泥池1座，貯泥池排泥水含固率約2%~4%，貯泥池平面尺寸D=14m，有效水深H=5.0 m，容積V=615.4m3;
　　(4)污泥脫水間
　　污泥脫水系統采用機械板框脫水工藝，新建污泥脫水間，平面尺寸L×B =36×15m，共三層。
　　2.3排泥水間接處理方式
　　長沙市五水廠處于城區中心地帶，如果新建排泥水處理設施，勢必將在增加水廠新征地。若考慮將排泥水排入城市下水道，統一進入污水處理廠進行處理，征地問題將迎刃而解，而且也將大大節約工程投資。
　　根據五水廠排泥水排放特征，結合五水廠實際可用地情況，設置半地下式調節池，五水廠調節池為梯形，面積810m2，有效容積2916m3。在調節池池底設ABS鼓風曝氣管，鼓風曝氣的作用是:當排泥水SS滿足排入下水道標準時,均勻曝氣避免集泥;當排泥水SS滿足排入下水道標準時,停止曝氣，發揮調節池沉泥作用，使調節池出水達標排放，而調節池采用定期泵車清泥的方式防止淤積。調節池的出水通過閘門的自動調節，實現恒定出流，以減小排泥水對城市排水系統的沖擊，同時保持市政下水道中排泥水流速穩定，降低淤塞下水道的可能性。
　　3 特征與討論
　　從對環境影響，工程總投資，對城市排水系統影響，運行費用四個方面來考察以上兩種方案的優缺點。
　　3.1 對環境影響
　　上述兩種方案均將凈水廠排泥水經處理達標后排放，減少了向湘江排放污染物的數量，具有相同的環境效益。
　　3.2 工程總投資
　　排泥水直接處理方案采用了調節、濃縮、脫水、污泥處置四道工序來處理排泥水，新建處理構筑物較多，且需新征地，工程費用較高，五廠工程總投資約7631.0萬元。
　　間接處理方案僅需對廠區內排泥水管線進行局部改造，并新建調節池一座，因而工程投資大大降低，僅為507.19萬元。
　　3.3 運行費用
　　直接處理方式和間接處理方式的實際處理流程相近，只是間接處理方式將排泥水的處理放在污水處理廠進行，因而其實際運行費用基本一致。
　　3.4 對排水系統的影響
　　3.4.1 污水收集系統的影響
　　目前五水廠所在區域采用截流式合流制排水系統，排泥水量比雨水量要小得多，因而接納此部分排泥水量并不會對管網產生影響。接納長沙市第五廠排泥水的田心港泵站設計規模16萬m3/d，五水廠排泥水占其提升量的7.8%，且目前泵站容量有一定富余，因而不會影響泵站的正常運行。
　　3.4.2 對污水處理廠有影響
　　直接處理方案將供水廠排泥水處理達標后排放，不會對污水處理廠的運行產生影響。
　　間接處理方案對污水處理廠有一定影響，分析如下：長沙市五水廠屬于長沙市開福污水處理廠納污范圍，開福污水處理廠設計規模20.0×104m3/d，設計進水水質參數為BOD5=130mg/L，CODcr=250mg/L，SS=170mg/L。李燕華等人的研究結果表明[4]，沉淀池后期排泥水的CODMn為2mg/L，濾池反沖洗水CODMn為5.5mg/L，陸在宏等人的研究表明[3]，當含固率為0.97%時，BOD5和CODcr分別為6.64 mg/L和36.1 mg/L，表明凈水廠排泥水的BOD5和CODcr值較低，因而當凈水廠排泥水接入污水處理廠之后，會對凈水廠進水BOD5和CODcr起到稀釋作用。假定長沙市五水廠CODcr=36 mg/L，BOD5=12 mg/L，SS=220 mg/L，排泥水量為16000m3/d。則五水廠排泥水接入開福污水處理廠后，其進水水質為CODcr=234.1 mg/L，BOD5=121.2 mg/L，SS=173.7 mg/L，表明其開福污水處理廠的正常運行影響有限。
　　日本有關部門曾對世界各國已設置污泥處理系統的363個凈水廠的排泥水處理方法進行了調查，發現有6.1%的凈水廠采用將排泥水排入城市下水道的處理方法[5]，這些水廠的共同點是水源條件較好，水中懸浮物含量低、濁度小，與長沙市第五水廠情況類似。
　　此外，B.V.Saltto 等人的研究成果表明[6]，凈水廠排泥水的混入不僅對城市污水處理并無明顯的不利影響，相反還有一定的有利作用。水廠的污泥大部分會在沉砂池或初沉池中沉淀下來，因而提高了初沉污泥數量，大大降低了初沉污泥中有機物的比例，使得初沉污泥更易沉降，這也是加入凈水廠排泥水后出水懸浮固體和濁度降低的原因。此外，因為排泥水中污泥大多為無機物，其脫水性能遠優于污水污泥，它可以對污水污泥起到調節作用，從而提高污水處理廠污泥的可脫水性，降低污水處理廠出廠污泥的含水率，有利于污泥的后續處置。
　　4 結論
　　(1)長沙市污水廠排泥水處理采用排泥水直接處理方案和間接處理方案均可實現對排泥水的有效處理，減少對排污量。
　　(2)因五水廠水源條件好，水中懸浮物含量低、濁度小，選擇排泥水間接處理方式具有更大優勢。
　　(3)對于用地性質比較緊張且原水濁度較低的凈水廠排泥水系統改造時，可以采用間接處理方式，此方案用地少，一般可在原有廠區內實施，投資較直接處理方式大大減少。同時對污水處理廠運行基本無不利影響。
　　參考文獻
　　[1]向平，蔣紹階.給水廠排泥水處理回用的若干問題[J].重慶建筑大學學報，2004,26(4):70~72
　　[2] 劉輝，許建華. 自來水廠排泥水處理的國內外發展概況[J].中國給水排水，2001,17(8):26~28
　　[3]陸在宏，吳今明，潘曉.水廠排泥水處理工藝方案的選擇[J].上海環境科學，1992,11(3):10~12
　　[4]李燕華.南洲水廠排泥水處理研究與應用，學位論文
　　[5]謝志平.給水廠的污水和污泥處理.第一版，合肥，安徽科學技術出版社，1988：66
　　[6] B.V.Saltto.the Effect of Water-Utility Sludge Process.AWWA,1973(6):428-431