给水厂污泥处理、运行控制及综合利用.docx

水厂污泥处理技术一、自来水厂污泥概况1. 污泥来源上海各家自来水厂在制水过程中取原水(黄浦江水、长江水源(陈行水库水)，经投加混凝剂(铝盐或铁盐)后的混凝、沉淀、过滤和氯消毒等常规工艺处理净化成自来水，通过输配水管道供应用户。原水利用率约95左右，其余5的水量随沉淀池排泥水和快滤池反冲洗水排出净水工艺系统之外。由于原水中含有浑浊的颗粒悬浮物、溶解性胶体、部分大分子有机物和微生物、藻类以及胶体状金属氧化物等杂质，当原水中投加化学电介质絮凝剂铝盐或铁盐，再经混凝搅拌促使原水中杂质与混凝剂絮凝，形成“矾花”，使水澄清。当“矾花逐渐变大、沉降，进入沉淀池底部形成浓缩污泥，在沉淀池底部，利用虹吸原理，将浓缩污泥随排泥水排出。滤池在过滤水过程中，截留悬浮颗粒物质，当运行一定时间需对滤池进行反冲洗。因此，水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗排泥水经沉降后所形成的污泥是水厂污泥主要来源。其次还有反应池、清水库清洗时所形成的污泥是水厂污泥次要源。2. 污泥量的确定实施排泥水处理，首先必须确定合理的污泥量，因为污泥量的确定直接影响整个排泥水处理工程的设计规模，从而影响到设备配置和投资规模。自来水厂的污泥量受多种因素影响，包括原水水质、水处理药剂投加量、采用的净水工艺和排泥的方式等。污泥量确定包括两方面内容：一是排泥水总量，它决定浓缩池规模；二是总干泥量，确定污泥脱水设备的规模。污泥量确定一般需要较长时间数据的统计结果，因此即使目前没有建设排泥水处理工程计划的自来水厂，着手进行有关水厂污泥产量资料的收集工作仍然是明智之举。2.1 排泥水总量确定排泥水总量可分为沉淀池(或澄清池，下同)排泥水量和滤池反冲洗废水量两部分。通常可以认为自来水厂一泵房取水量和二泵房出水量之间的差值即为自来水厂排泥水的总量。但它不能分别确定出沉淀池排泥水量和滤池反冲洗废水量，且这一估算方法不够准确。已投产的自来水厂，根据水厂的有关运行参数可以较准确地计算出沉淀池排泥水量和滤池反冲洗废水量。水厂沉淀池采用人工定时排泥，只需根据每天排泥次数、每次排泥历时和排泥流量以及沉淀池格数，就可以计算出沉淀池的排泥水量。同样道理，也可以根据滤池每天冲洗次数、每次冲洗历时、冲洗强度及单格滤池面积和格数，计算出滤池反冲洗废水量。如果沉淀池排泥和滤池反冲洗实现了自动化运行，则需要对水厂沉淀池排泥和滤池反冲洗进行现场观测，了解沉淀池排泥和滤池反冲洗流量、每次历时和统计每天排泥或冲洗的次数，然后进行计算。尚未建成或仍处在设计阶段的自来水厂，沉淀池排泥水量和滤池反冲洗废水量可根据沉淀池排泥和滤池反冲洗的设计参数进行估算，也可以参照已建成投产的、条件相近的自来水厂实际运行资料进行估算。排泥水总量的确定，最好能绘制出排泥水量在一天内的变化曲线。由于水厂沉淀池排泥和滤池反冲洗都是在较短的时间内完成，瞬间流量很大，绘出变化曲线，对确定排泥水截留池和浓缩池设计规模有很大帮助。2.2 干污泥产量的确定水厂污泥产量一般以沉淀池排泥水中污泥量为主。影响水厂污泥产量除了制水量外，原水水质也决定了给水处理需去除的物质数量和去除的易难程度，并牵涉到处理药剂的用量多少。若原水中要去除的杂质越多，杂质的可混凝沉降性越差，则处理药剂用量越多，相应给水厂污泥产率就越大，所以原水水质好坏亦决定了给水厂污泥产率的最主要影响因素。英国水研究中心推荐用(2.2)式计算干污泥量：s=q(2t+0.2c+1.53a+1.9f)10-6s：干污泥量，(t/d)；q：自来水厂处理水量，(m3/d)；t：去除的原水浊度，（ntu）；c：去除的原水色度，(h)；a：铝盐混凝剂投加率，(以al203计，mg/l)；f：铁盐混凝剂投加率，(以fe计，mg/l)。例如某水厂每天产自来水10万m3，原水悬浮物为100 mg/l，投加硫酸铝(折结晶硫酸铝)50 mg/l，自来水色度比原水色度降低10度，则计算产污泥量(干基)：100000m3/d(100+0.2x 10+1.537.66)x 10-6t/m3=11.37t/d。3. 污泥的沉降性能、含固率测定污泥沉降性能主要有不同含固率排泥水的自然沉降特性、排泥水的压密固体通量及满足后续脱水处理所需的浓缩时间。3.1 沉降曲线用1000 ml量筒所做的沉淀池排泥水静态沉降特性曲线。可以看出，排泥水污泥在静态沉降过程中，浑液面沉降速率随时间的增长不断减小，而且不同含固率污泥的沉降特性明显不同。含固率较低时，初始阶段污泥能够很快形成沉降面，沉降迅速，很快到达压密点，而且在压密点附近沉降曲线明显转折。随着排泥水含固率的增高，污泥形成沉降面的时间相应延长，初始阶段的等速沉降过程也不明显，而且污泥界面的下沉速率越来越慢，历时曲线逐步趋于平缓，压密点不明显。这主要是因为：低含固率时，泥水中颗粒发生干扰群体沉降。其沉降规律为，一开始由于颗粒的自絮凝作用，絮体颗粒增大，使沉速加快。但同时由于相对上升水流流速的增加，下沉颗粒所受的阻力也相应增大，很快达到一个受力平衡状况。这时，浑液面即进入等速沉降阶段。随着沉降的进行，沿颗粒沉降方向上，泥水中颗粒浓度越来越大，颗粒将进行整体压缩沉降。此时，泥水絮体颗粒进一步靠近与互相接触，颗粒间分子力作用更为明显与强化。絮团的网状结构很快出现并将在较短的时间内形成网状整体。同时，由于水体内极限切应力的急剧加大，絮体颗粒的相对运动逐渐变弱甚至消失，以至使各种大小不同的颗粒以整体形式下沉，这时不存在颗粒的分选和相对运动。外观表现就是浑液面沉速更进一步减小。图1 沉降曲线通过沉降曲线即可计算得出压缩点和极限固体通量，具体做法如下：根据污泥静态沉降试验作沉降曲线；作等速沉降区与压缩区的两条切线，由两条切线的交角作角平分线，与沉降曲线的交点，即为压缩点；通过压缩点，作沉降曲线的切线；在纵坐标轴上截取达到排泥浓度cu时的污泥界面高度hu，(hu可根据kynch公式c0h0 =cuhu计算得出)，作横坐标的平行线，与通过压缩点的切线相交，该交点的横坐标值即为tu；如果沉降曲线没有等速沉降区，一开始就进入压缩区，则通过hu作横坐标的平行线，与沉降曲线相交，此交点对应的横坐标即tu；利用图解法求得tu，然后代入公式即可求出极限固体通量g。3.2 污泥含水率与含固率污泥中所含水分的多少称含水量，污泥含水量用含水率表示，即单位重量的污泥所含水分重量百分数。污泥的含水率可用下列公式计算： pw：污泥含水率（）w： 污泥中水分重量（g）s： 污泥中总固体重量（g）污泥的含固率可用下列公式计算： ps：污泥含固率s： 污泥中总固体重量（g）w：污泥中水分重量（g）4. 污泥的性质4.1含固率4.1.1污泥中的水分自来水厂污泥中含有各种水分，它们的存在状态不同，表面活动也极其复杂。对污泥中的水有许多分类，费什林(vesilind)把污泥中的水分为4类：(1)自由水，存在于颗粒与颗粒之间，受表面张力或毛细作用小，可以通过简单的重力浓缩去除；(2)矾花水，被网捕在污泥矾花内部，能够通过机械脱水去除；(3)毛细水，污泥颗粒间的毛细管水，受表面张力或毛细作用较大，在重力作用下不容易失去，只能通过挤压和污泥颗粒变形才能去除；(4)结合水，被矾花颗粒化学结合的水。以上污泥的水分中，自由水最容易去除，只需要简单的重力浓缩或机械脱水就能去除，而结合水最难去除，对泥饼进行加热干化或焚烧处理才可部分去除。通过投加化学药剂(有机高分子聚合物、酸、碱等)进行预处理或冰冻一解冻预处理，可改变部分矾花水或毛细水的形态，成为较易失去的自由水。污泥中各种水分的含量将直接影响污泥浓缩和脱水后污泥的含固率，因此对它们的了解非常重要。4.1.2影响含固率变化的因素自来水厂污泥含固率的变化幅度通常很大，这主要决定于原水性质、混凝剂的类型和投加量以及是否使用石灰等。通常悬浮固体和碳酸钙含量越高，污泥的含固率就越高。因此原水的浊度较低时，污泥的含固率较低，而原水的浊度高时，污泥的含固率就较高。knocke等人的研究表明：原水的浊度、混凝剂的投加量和混凝机理对污泥的浓缩和脱水性质有很大的影响。当混凝的ph为8.1时，比ph为6.2时的泥水浓缩和脱水后的泥饼含固率要低得多；硫酸铝投加量高时的污泥含固率明显低于投加量低时的污泥含固率；从混凝机理上看，网捕比吸附-电性中和产生污泥的含固率要低。因此，最为理想的是把水中杂质与污泥结合在一起的吸附一电性中和处理，不但铝盐用量较少，而且污泥中悬浮颗粒所占比例较高，氢氧化铝所占比例较低，污泥容易脱水。因而，在考虑选择混凝条件时，应注意以下事项：(1)降低混凝时的ph；(2)降低混凝剂用量与进水浊度之间的比值；(3)混凝机理应控制为吸附-电性中和。4.2比阻污泥的脱水性能通常用比阻来表示，比阻越小，污泥的脱水性能越好。比阻的定义为单位过滤面积上，单位滤饼干固体重量所受到的阻力。比阻的公式见式：r=2pa2bcr：污泥比阻，（m/kg）；b：t/v与v关系曲线的斜率，（s/m6）；a：过滤面积，(m2)；p：压强(pa)：c：单位体积滤液所产生的泥饼干重量，(kg/m3)；c=wbvfwb：干污泥重量，(kg)；vf：滤液体积，(m3)；：粘滞系数(pas)。比阻的变化范围很大，通常认为比阻小于等于10x1010m/kg的污泥容易脱水，而当比阻大于100x1011m/kg时，污泥脱水性能很差。混凝剂污泥的比阻随着ph的增加而增加，随着原水浊度的增加而降低。混凝过程如果污泥矾花中含水量较高，则脱水速度慢，低浊度原水产生的氢氧化铝污泥脱水速度慢，而且脱水后泥饼的含固率低。4.3污泥矾花的性质矾花的性质，如颗粒大小分布和矾花密度，对污泥浓缩、脱水速率及脱水程度都有很大的影响。4.3.1颗粒大小分布水处理过程中产生的污泥矾花的几何形状，具有极度的不规则性和无序性，因而很难描述。有些研究通常把污泥颗粒当作球体进行分析，但误差较大。knocke等人在通过显微镜观察污泥矾花时，认为大多数污泥颗粒更接近椭圆形，并测出污泥颗粒的主轴与次轴的长度之比约为0.5-0.75。近年来，有的研究把数学上用来描述无确定形态或无序性的不规则碎片理论来描述污泥絮体的结构、污泥矾花特性和过滤泥饼的特性，把有效的不规则碎片的密度(f-1)表示成由n个半径为r0的基本颗粒构成的半径为r的一个不规则碎片与比率(c)及一个基本颗粒的密度(p)的函数，见式：f-1=crr0d-3(p-1)不规则碎片尺寸d可以由直径和有效矾花密度的双对数曲线的斜率求得，不规则碎片尺寸理论值为1-3，且研究得出污泥矾花中结合水的含量随着不规则碎片尺寸的增加而显著降低，两者之间是很明显的直线关系。关于颗粒大小分布对污泥脱水性质的影响，人们进行了大量的研究，有研究认为图颗粒大小分布对污泥脱水有重大的影响，随着污泥大颗粒的增加，污泥的比阻会降低，污泥脱水性质相应改进，但也有研究对此结果表示怀疑。由于污泥颗粒的高度不规则性和测量方法等因素影响，颗粒大小分布对污泥脱水性质的影响程度目前尚无确定的理论，需进行更详尽的研究。4.3.2矾花的密度矾花的密度，是另一个影响污泥脱水性质的重要因素。有研究认为矾花密度对脱水效果的影响要比矾花颗粒大小分布的影响更重要，并且在浓缩和各种机械脱水研究中，得出矾花的密度与脱水后泥饼的含固率之间有很密切的关系。随着矾花密度的增加，浓缩和脱水后污泥含固率也会增加。随着矾花中悬浮固体(高岭土)的增加，矾花密度增加，沉降和脱水后泥饼含固率也增加，关于有机物对矾花密度的影响，研究认为随着矾花中有机物含量的增加，矾花密度会降低，脱水速率及其脱水后的泥饼含固率都会降低。关于铝污泥的矾花密度大小有不同的报道，这与测试方法及污泥中有机物(toc)的含量有关，有研究得出铝污泥矾花密度范围为1.14-1.22。矾花密度测量有许多方法，但通常认为采用低渗透压梯度介质测量矾花密度比其它普通采用的方法(诸如蔗糖法)更合理一些。由于高渗透压会在测量过程中使水流出污泥絮体，故而采用高渗透压介质可能产生比实际值更高的密度值。4.4压缩性压缩性被认为是在脱水过程中矾花变形的结果，大多数的加混凝剂的水厂污泥是具有高压缩性的。压缩性的主要后果是当脱水工艺中压力提高时脱水速率会降低。污泥的压缩性通常用公式表达：r2=r1psr1：在压力p1时的比阻r2：在压力p2时的比阻p=p2-p1s：压缩系数压缩系数s通常有比阻r和压力p的log-log图求得。对于常规污泥，s值约为0.8-1.5；而软化污泥的s值则可降到0.4，因为该污泥主要由碳酸钙组成。许多试验都表明污泥在压力下会导致变形，从而使得过滤阻力增加。铝污泥的压缩系数近似等于1.0，石灰污泥的系数稍低，这表明石灰污泥比铝污泥压缩性稍低。矾花密度的变化对压缩性并没有很大的影响，而且颗粒尺寸的变化也不影响污泥的压缩性。对于低浊度原水，通常产生的污泥中氢氧化物的含量较高，当施加压力时，污泥的脱水性能较差；相反，对于含有大量惰性颗粒的污泥，当施加压力时，脱水性能不会明显变差。这主要是由于污泥压缩性的影响，因而在设计污泥脱水系统时应考滤污泥的压缩性。4.5抗剪强度抗剪强度是影响污泥可处置性的一个重要性质，尤其在设计和分析污泥土地填埋稳定性时是非常关键的。传统上，人们把污泥脱水后含固率作为衡量污泥处理和最终处置性质的方法，但是有研究表明，含固率在很大范围的污泥具有相似的处置性质，仅凭泥饼的含固率是不能直接判断污泥的可处置性的。有人提出川当泥饼的抗剪强度达到292-390kg/m2(0.02-0.05tons/ft2)时，方能满足污泥处置要求。根据抗剪强度要求的范围，对于铝污泥来说，当含固率为15-20%的就达到处置要求，而一些石灰软化污泥可能需要50%以上的含固率方可满足处置要求。在分析、设计和建造污泥填埋厂的时候，污泥的流变性和触变性也是应该考虑的问题，因为填埋不可避免会引起污泥重塑，因而应该采用重塑后的不排水抗剪强度设计和分析建造过程中的稳定性。填埋厂建成后，污泥的抗剪强度会由于触变硬化随时间增加，因而填埋场会更稳定。二、自来水厂污泥处理技术1. 国内外污泥处理情况二十世纪六十年代以前，在欧美、日本等国就已经建造了净水厂排泥水处理的设施。但最初建造的一些净水厂排泥水处理设施，很大程度上是沿用污水厂的污水和污泥处理方法进行设计和应用，没能结合净水厂排泥水的特点来合理考虑。直到六十年代开始，人们开始研究净水厂排泥水处理和污泥处置工作。研究人员调查了净水厂排泥水处理与净水工艺之间的关系，探讨了净水厂排泥水处理与污水厂污泥处理之间的共同点和不同点，总结了已建成的净水厂排泥水处理设施的运行经验和教训。在此基础上，根据净水厂排泥水的特点，总结提出了许多净水厂排泥水处理和污泥处置的较有效的工艺、方法和设备。本世纪七十年代以来，特别是在一些发达国家，城市净水厂都设置了较为完善的污水污泥处理、处置系统。在欧洲的大部分国家，经过脱水处理的污泥占全部污泥量的70%。欧洲一些国家由于自来水原水浊度很低，水厂排泥水含泥量很少，大部分水厂将排泥水排入城市污水管，由污水处理厂统一处置。在土地资源比较丰富的国家，则将净水厂排泥水排放在天然干化场中，待污泥自然干化后再对其进行处置。日本1976年就颁布法律，供水能力在1万m3/d以上的净水厂必须对水厂排泥水进行处理，禁止直接排放河流，且必须对污泥饼进行无公害化处置。日本近年来经脱水处理的污泥占了总污泥量的80%以上。日本横滨市西谷水厂的排泥水处理是将排泥水收集在污水池，然后用泵送入排泥水浓缩池。经自然沉降和浓缩后，底部污泥含水率达9896%，再用泵送入加压脱水机(或不加压长时间脱水)。从脱水机分离的泥饼含水率达65%。泥饼经干燥后，由破碎机加工成适当粒度，保存在储存槽里作为园艺栽培泥土出售。横滨小雀水厂的排泥水从污水池送到浓缩槽，经硫酸处理后再送回浓缩槽(回收含上清液里的硫酸铝重新作混凝剂使用)，浓缩污泥加入熟石灰混合，送至脱水机脱水。经脱水机分离后的泥饼含水率约50%。泥饼经破碎后再加入砂子，可用作管道铺设施工的覆盖土。目前，国外排泥水处理工艺已形成一个较完善的系统。欧美、日本等许多国家较大规模的水厂均配置较完善的自动化程度较高的排泥水处理和污泥处置设施。有关部门出版了不少有关净水厂排泥水处理的专著和参考手册，详细介绍了有关法规、污泥的性质、处理处置方法和工程实例等内容。在技术完善的同时，排泥水的处理率也迅速提高。据资料介绍，欧美国家的排泥水处理量占总量的70%以上，日本达到80%以上。各国对净水厂排泥水处理的研究，已由工艺流程、设备应用及污泥调节药剂选择等方面逐渐延伸到微观理论和脱水泥饼的处置和综合利用上。总之，西方国家净水厂排泥水处理经历了几十年的发展历程，现在己形成较完善的处理工艺系统。国内由于经济、技术原因，水厂排泥水处理污泥处置研究和应用的起步较晚，研究和实施始于20世纪80年代。1988年，谢志平综合美国、日本、苏联、英国、法国等国家的资料，编写了给水厂的污水和污泥处理。该书对净水厂污水和污泥的种类、数量和组成成分、污水和污泥的处理方法、各种构筑物的结构、设计与管理、污泥中絮凝剂的回收和脱水泥饼的最终处置与利用等进行了较为系统的阐述，对于刚起步的我国净水厂生产废水处理事业有较高的参考价值。1996-1998年，上海自来水公司，同济大学和上海市环境保护科学矶究院合作，针对上海市阂行水厂一车间的生产废水进行了一系列现场的生产废水浓缩和脱水处理等试验研究工作，取得了较有价值的成果。1998-1999年，程曦通过模型干化柱和小型干化床试验，考察了污泥比阻、施泥厚度、施泥浓度与气候条件对脱水和干化效果的影响。在此基础上，提出了基于现场实测数据的新的干化床面积精确计算方法；考察了加药调质对污泥性质与污泥脱水性能的影响，并提出了适合福州市西区净水厂条件、兼顾投资及运行费用的干化床设计运行方法。1999-2001年，黄廷林、张刚等对高效向上流造粒流化床工艺处理西安曲江水厂生产废水的可行性展开了试验研究。试验研究表明，与传统工艺相比，利用造粒流化床工艺处理净水厂生产废水具有效率高、污泥浓缩性能好、占地少等明显优点，该工艺在净水厂生产废水处理方面具有较强的优势。20022003年许建华等分别对上海长江水源水厂、上海黄浦江水源水厂的排泥水的浓缩及其后续工艺进行了研究。通过一系列监测，基本掌握了沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水排放浓度的变化规律；系统地研究了沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水在静态沉降、慢速搅拌以及投加pam等不同情况下的沉淀性能。污泥沉降小试表明；长江水源水厂排泥水的沉淀性能明显差于黄浦江水源水厂的沉淀池排泥水；并提出在活化硅酸、聚合氯化铝铁和pam三种药剂中，建议将pam作为排泥水工程浓缩处理的药剂。19962006年，随着人民对环境意识的增强以及环境保护法、水污染防治法、水法和污水综合排放标准等一系列水资源保护的法律、法规的颁布和实行，许多城市净水厂也开始重视对水厂排泥水进行处理和研究。很多单位都在积极实施水厂排泥水处理工程并进行排泥水处理试验研究。石家庄润石水厂、北京第九水厂、上海市闵行水厂、深圳市梅林水厂、广州市西洲水厂、天津市新开水厂、大庆中引水厂、深圳朱坳水厂、厦门杏林水厂、上海长桥水厂、临江水厂以及长沙市八水厂的排泥水处理工程先后建成并投产运行。2. 自来水厂污泥处理工艺搞好净水厂污泥处理，在改善水环境同时，还可回收利用占水厂2%-4%的水量，可一定程度上缓解水资源紧缺的矛盾。我国大量的城市自来水厂今后如陆续着手建设污泥处理工程，净水厂污泥处理工艺技术的优化将是涉及数百亿元巨额基建投资能否合理使用、能否实现预期工程效应和环境效益的重大现实问题。图2. 净水厂污泥处理工艺系统图2.1 净水厂污泥处理系统组成净水厂污泥处理对象主要是滤池的冲洗废水和沉淀池的排泥水。其成分一般为原水中悬浮物质和部分溶解物质以及在净水过程中投加的各种药剂。排泥水处理系统通常包括调节、浓缩、平衡、脱水以及泥饼处置等工序，其流程见图2所示。（1） 调节为使污泥处理构筑物均衡运行以及保持水质相对稳定，一般在浓缩池前设置调节池。净水厂滤池的冲洗废水和沉淀池排泥水都是间歇排放，其量和质都不稳定，设置调节池可使后续设置负荷均匀，有利于浓缩池的正常运行。通常把接纳滤池冲洗废水的调节池称为排水池或者废水池，接纳沉淀池排泥水的调节池称为排泥池。（2） 浓缩净水厂排泥含固率一般很低，仅在0.05-0.5%之间，需进行浓缩处理。浓缩的目的是提高污泥浓度，缩小污泥体积，减少后续处理设备负荷，缩小脱水机处理规模。当采用泥水自然干化时污泥干化时间长，用地面积大。采用机械脱水时，供给的污泥浓度有一定要求，需对排泥水进行浓缩处理。含水率高的排泥水浓缩较为困难，为了提高泥水浓缩性，可投加絮凝剂、酸或设置一级浓缩。（3） 平衡和脱水原水浊度及处理水量变化时，净水厂排泥量和含固率也会相应变化。为了脱水机均衡运行，宜在浓缩池后设置一定容积的平衡池。设置平衡池还可以满足原水浊度大于设计值时达到缓冲和贮存浓缩污泥的作用。浓缩后的浓缩污泥需经脱水处理，以进一步降低含水率，减小容积，便于搬运和最后处置。当采用机械方法进行污泥脱水处理时，还需投加石灰或高分子絮凝剂(如聚丙烯酞胺)等。（4） 泥饼及分离液处置脱水后泥饼可以外运作为低洼池填埋土、垃圾场覆盖土或作为建筑原料或掺加料等。泥饼成分应满足相应环境质量标准及污染物控制标准。排泥水浓缩中将产生上清液，脱水过程中产生分离液。当上清液水质符合排放水域的排放标准时，可直接排放；当水质满足要求时也可考虑回用。分离液中悬浮物浓度较高，一般不符合排放标准，故不宜直接排放，可回流至浓缩池或排入下水系统。含有高分子絮凝剂成分的分离液回流到浓缩池进行循环处理，也有利于提高排泥水的浓缩程度。2.2 净水厂污泥处理的工艺流程选择根据净水厂生产工艺，净水厂污泥主要来源包括生产排水和生产排泥。生产排水指滤池反冲洗排水，生产排泥指反应沉淀池排泥。生产排水与生产排泥相比，其浓度极低，但水量集中且总水量较大；生产排泥的污泥浓度较高，其主要成分与市政污水不同，主要是原水中悬浮物质的大部分、溶解物质的一部分和混凝剂形成的矾花等无机成分。其水量一般占水厂总净水量的4%-7%，对环境会产生较大的影响。净水厂污泥处理，其目的是把生产排水和生产排泥中大量悬浮物质经过多道工序的处理，使最终产物上清液的水质符合水厂回用或国家排放标准，同时使泥饼外运填埋或循环利用。根据净水厂的规模、净水处理工艺、自动化程度、投资资金等情况通常有下列几种工艺流程：（1）沉淀池排泥水进行浓缩处理，滤池反冲洗排水直接回用或排放，主要适用于滤池反冲洗排水可满足回用要求的情况。这种流程由于本身费用较低，故目前国内采用较多。但因反冲洗排水中不仅富集了原水中几乎所有杂质，还包括生产工艺中投加的各种药剂，这些物质重新回到系统中，再加上回用水中的生物因素(如贾弟鞭毛虫和隐抱子虫)，回用时具有一定的风险。使用时应加强水质监测措施，一旦回用水水质不能满足回用标准，必须降低回用负荷或不回用。（2）沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水经调节池混合后，上清液回用或者排放，底部污泥浓缩处理。适用于滤池反冲洗排水不能满足回用要求，但单独浓缩无法满足脱水机械要求，只能与沉淀池排泥水混合浓度的情况。由于滤池反冲洗排水水量明显多于沉淀池排泥水，合并处理工艺虽省却了排水池，减少基建投资和占地，但沉淀池排泥水被滤池反冲洗排水极度稀释而非常不利于污泥浓缩，浓缩池因处理水量大、浓缩效果差而需增加基建投资和占地。（3）沉淀池排泥水进行浓缩处理，滤池反冲洗排水经排水池预沉，上清液回用或排放，底部污泥水与沉淀池排泥水一起浓缩处理。主要适用于滤池反冲洗排水不能满足回用要求，但预沉后上清液可以满足回用要求的情况。净水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水的浓度和沉降性能之间存在着较大的差异。沉淀池排泥水的浓度一般较高，如果对沉淀池排泥水加以有效控制，尤其对于泥砂型原水排泥水平均含固率可控制0.3%以上，进行一定时间的浓缩后，一般可将浓缩池底部排泥浓度控制在3%以上，有利于污泥脱水机械的高效运行。滤池反冲洗排水平均浓度较低，一般平均含固率在0.1%以下，进行一定时间沉淀后底部排泥浓度一般低于1%，即使经过长时间浓缩压密也很难超过2%，不宜直接进行污泥脱水。选择净水厂污泥处理工艺流程是，充分考虑了原有净水构筑物情况、上清液及脱水液回用情况、污泥处理程度及经济效益，确定以沉淀池排泥水进行浓缩处理，滤池反冲洗排水经排水池预沉，上清液回用或排放，底部污泥水与沉淀池排泥水一起浓缩处理作为净水厂污泥处理最优工艺流程。3. 常见脱水设备的原理及选型目前国内自来水厂污泥脱水最常见的方式有带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机。带式压滤机和板框压滤机同属于过滤原理型脱水机。过滤原理型脱水机是利用多孔物质(滤布等)对悬浮物(泥浆等)进行过滤。泥浆中的固体颗粒被阻挡在滤布上形成初始泥饼，在继续过滤中初始泥饼层逐渐增厚，由于紧靠滤布处的泥浆颗粒间的架桥作用，泥饼层会阻挡泥浆颗粒，使泥浆颗粒更加难以穿透由滤布和初始泥饼共同组成的过滤层，更小的泥浆颗粒也被截留住，使脱出的水更清。3.1 带式压滤机带式压滤脱水机是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层，从一连串有规律排列的辊压筒中呈s形经过，依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力，把污泥层中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。一般带式压滤脱水机由滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统构成。作机型选择时，应从以下几个方面加以考虑：(1)滤带 要求其具有较高的抗拉强度、耐曲折、耐酸碱、耐温度变化等特点，同时还应考虑污泥的具体性质，选择适合的编织纹理，使滤带具有良好的透气性能及对污泥颗粒的拦截性能。(2)辊压筒的调偏系统 一般通过气动装置完成。(3)滤带的张紧系统 一般也由气动系统来控制。滤带张力一般控制在0.30.7mpa，常用值为05mpa。(4)带速控制 不同性质的污泥对带速的要求各不相同，即对任何一种特定的污泥都存在一个最佳的带速控制范围，在该范围内，脱水系统既能保证一定的处理能力，又能得到高质量的泥饼。带式压滤机的优点是抗冲击负荷能力强、出泥含固率高、占地小、能耗小、操作简单、对人员要求不高。缺点是泥饼含固率较板框压滤机低，跑泥严重，对进泥含水率要求较高，一般不能大于98，也存在滤布清洗困难、易磨损、寿命短的问题。3.2 板框压滤机板框式压滤机是通过板框的挤压，使污泥内的水通过滤布排出，达到脱水目的。它主要由凹入式滤板、框架、自动-气动闭合系统测板悬挂系统、滤板震动系统、空气压缩装置、滤布高压冲洗装置及机身一侧光电保护装置等构成。设备选型时，应考虑以下几个方面：(1)对泥饼含固率的要求 般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，经改进后的脱水机脱水污泥可达40以上，如果从减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机应该是首选方案。(2)框架的材质。(3)滤板及滤布的材质 要求耐腐蚀，滤布要具有一定的抗拉强度。(4)滤板的移动方式 要求可以通过液压一气动装置全自动或半自动完成，以减轻操作人员劳动强度。(5)滤布振荡装置，以使滤饼易于脱落。与其他型式脱水机相比，板框式压滤机优点是结构简单、价格便宜，能够在高压下工作，进入的泥水含固率低(2-3%即可)，出泥含固率(30%以上)高于带式压滤机和离心脱水机；缺点是自动化程度不高，只能间断性运行，滤布清洗困难，易磨损，寿命短。以石亘株式会社lasta污泥脱水机为例，其隔膜伸张度大，进料要求低而出料稳定，出泥含固率高达5055，要求加药量小，对脱水性能较好的污泥可不加药。板框压滤机的缺点是占地面积大，造价较高。3.3 离心脱水机离心机脱水的主要优点是自动化程度高、工艺密闭性强、可连续运行、管理方便、运行方式灵活，而且出泥量大、占地面积小、出泥含固率较高、污泥回收率高等到优点，近年来应用广泛。3.3.1 离心机结构及工作原理卧式沉降螺旋卸料离心机是依靠固液两相的密度差，在离心力场的作用下，加快固相颗粒的沉降速度来实现固液分离。基本通用型离心机结构见图3。图3. 离心机的结构示意3.3.2 离心机选型的关键参数（1） 分离因素通常情况下分离因素高，分离效果好，选型时选择分离因素大的离心机对污泥脱水的效果较好。但是，并不是说分离因素越高，分离的效果越好，对于一些特殊的污泥，如下文提到的低温低浊原水产生的污泥，因污泥絮体体积大而疏松，当分离因素大时易被甩碎，反而效果差，所以净水厂用离心机一般分离因素小于3000就足够，这种离心机动力消耗、机械磨损、噪声等都比较低，价格也较低。（2） 长径比长径比即离心机转子的有效工作长度与转鼓工作内径的比值。通常来说，其数值越大泥饼在转鼓内脱水段的停留时间和清液在转鼓内沉降段的停留时间越长，分离效果越好。但是，大长径的离心机，转子加工困难，加工费用高，其转速的提升也非常困难，因此分离因素也不可能太大。因此选择适当长径比的离心机比较经济。（3） 差转速离心机的另一关键参数是差转速，即转筒与螺旋输送器的不同转速。泥饼在离心机转鼓内通过螺旋的输送而实现持续出泥。差速大，泥饼推进速度快，脱水后泥饼含水率高；反之，差速小，泥饼推进速度慢，脱水后泥饼含水率低。但大差速螺旋对污泥絮体的搅动和剪切力都增大，絮凝效果较差，不仅造成絮凝剂浪费，也使得分离效果变差；反之，差速小的话，对污泥絮体的搅动和剪切力都变小，对絮凝效果影响就不大，也提高了分离效果。为了实现小差速同时又有大扭矩，合适的差速器就成了关键。目前在市场上最常见的差速驱动方式有：双变频双电机液压差速系统、双变频双电机机械差速系统。这两种差速系统均能实现小差速同时又有大扭矩。双变频双电机机械差速系统更可靠，运行环境也更好。（4） 螺旋设计离心机的螺旋设计，是整台离心机的最核心部分，对离心机的分离效果和寿命均有重大影响。所谓螺旋设计即指螺旋进料腔和螺旋叶片结构这两部分的设计。进料腔设计时需考虑使污泥均匀进入分离腔内，实现固液分离；而螺旋叶片的设计则应综合考虑污泥的进料浓度、固液分层情况，以设计出合理的开孔大小。因此离心机选型时最好选择有可调布料口的螺旋，同时螺旋叶片表面最好是喷涂或镶嵌硬质合金，以提高螺旋叶片的寿命。4. 污泥处理系统的自控以闵行水厂排泥水处理自控为例。排泥水处理采用的工艺流程见下图。图4. 排泥水处理工艺流程针对上述工艺，要实现自动运行，必须解决下列问题：排泥水截留池如何自动控制；如何自动排放浓缩池的浓缩污泥；平衡池的污泥量如何控制；如何自动配制pam溶液；如何对离心脱水机的pam加注进行自动控制；当某泵发生故障时，如何保证系统继续运行；作为一个排泥水处理工程，如何协调整个系统的运行。4.1各单体的自控原理与设计4.1.1 截留池的运行控制模式截留池主要用来收集沉淀池排泥水和离心脱水机的分离水，而后由输送泵将排泥水从截留池输送至浓缩池。水厂采用了智能化泵吸虹吸排泥方式，排泥时间和排泥水量都随原水的浊度和泥沙沉降特性而变化。在截留池中安装一个液位仪，一个搅拌器(用于均匀池中的泥水浓度，不使泥沙沉淀下来)。通过截留池液位的高和低来控制输送泵和控制池中搅拌器的开和停。为了对进入浓缩池的排泥水量进行控制，在排泥水输送管道上安装了一个流量计，用来反映进入浓缩池的排泥水水量，并且采用变频器实施对输送泵的流量控制，达到对浓缩池进水流量的控制。4.1.2 浓缩池的自控设计浓缩池的作用是将较低浓度排泥水变成较高浓度的污泥水，而后送到平衡池。如何对较高浓度的污泥进行自动排放是浓缩池能否自动运行的关键。由于浓缩池运行时间和进浓缩池的排泥水水量具有不确定性，故定时排放污泥行不通；由于浓缩池液位稳定，故也不能用液位仪。这里唯一变化的是浓缩污泥的浓度，所以在浓缩池中设计安装一个浓度计，用污泥浓度数值的高和低来自动控制排泥泵的开和停，即浓缩污泥的排放。通过对开始排泥和终止排泥的污泥浓度值进行设置，可达到：使浓缩池始终高效运行；控制平衡池的污泥浓度。4.1.3 平衡池的自控设计平衡池是一个缓冲池，主要作用是保证进离心脱水机的污泥浓度稳定。对它的控制主要有两点：中污泥要均匀；池中污泥水不能溢出，也不能排空，所以在池中安装一个液位仪和一个搅拌器。搅拌器的作用是均匀池中浓缩污泥浓度，不使泥沙沉淀下来。液位的高低则决定浓缩池排泥泵、离心机进泥泵和搅拌器的开和停。4.1.4 pam配制自动化高分子絮凝剂一般为颗粒状或粉末状固体，不能直接投放到污泥水中，必须采用一配制系统。该系统可分为五部分：粉末储存器，用以储存足量的pam固体；螺旋投加器，由两支小型螺旋输送杆组成，用以均匀地将pam固体送入斗型输送器，它的出口开启、关闭受一时间继电器控制；斗型输送器与水射器，用来承接pam固体，并使之与水均匀混合而后送至搅拌熟化池；搅拌熟化池，用以搅拌pam与水的混合液，让pam与水充分混合熟化；投加池，用以承接搅拌熟化池来的pam溶液，以供pam投加泵投入离心机中。整个配制系统应能如下运行：首先确定配制浓度，计算出投加固体量和投加时间，而后通过时间继电器确定投加时间。一旦固体投入漏斗后，则自来水将与固体料混合，并由压力水通过水射器送至搅拌池搅拌熟化，搅拌池溶液达到某液位时，水源自动关闭。当投加池pam溶液用到某低液位时，系统将自动打开搅拌池的投放出口，配制好的pam溶液由搅拌池送至投加池，然后系统自动再配制溶液，整个系统能周而复始自动配制溶液以用于离心脱水机的pam絮凝剂投加。4.1.5 离心脱水机及加药量的自控离心脱水机的作用是将浓缩污泥进行固液分离，是固液分离好坏的关键脱水机械。要使泥与水能很好地分离，除了离心机的转速、差速控制因素之外，pam投加量的自动控制是至关重要的。投加量的控制涉及到进泥量、进泥浓度、加注量和加注率的选定。对这些问题的设计思路是：对进泥浓度进行监测，在平衡池中安装了一个污泥浓度计，以显示进入离心机的浓缩污泥浓度；对进泥量进行监控，在进泥管道上安装一个流量计，在污泥泵上加一个变频器控制，以控制进泥量；加注量则采用计量加注泵来控制pam絮凝剂的加注，pam絮凝剂则完全由pam自动配制系统供应，这样能完美地实施离心脱水机和加药量的自动控制。4.1.6 泵的故障排除对每一环节中的泵都配备一台备用泵，并对每一污泥泵安装流量传感器，设置流量报警，对进离心机的污泥泵设置压力报警，同时每个泵给出一个运行状态信号，一旦某泵发生故障，备用泵能自动切换。泵的轮番使用通过plc进行。4.1.7 全系统的控制系统采用了slc 500小型可编程控制器族作为中央控制，它具有一个固定的控制器以及模块化控制器，模块化控制器在系统配置方面相当灵活，配以各类继电器就能设计一个用于本系统的控制器系统，使各单位协调运作，以达到运行的自动化。与此同时也采用panelview 550扁平面板终端设备提供快速和直观的显示。整个系统控制灵活、显示直观、设置简便、操作容易。综合上述内容，可以得到如下主要控制参数：截留池的液位信号控制输送泵、搅拌器的开、停；输送排泥水流量计控制浓缩池的进水量；浓缩池污泥浓度计控制排泥泵的开、停；平衡池的液位信号控制搅拌器、浓缩池排泥泵、离心机进泥泵的开、停；平衡池的浓度计为控制加药量提供参数；离心机进泥流量计控制离心脱水机进泥量；流量传感器用以各类污泥泵保护；泵的运行状态信号用以切换备用泵。4.2系统的运行自控4.2.1截留池的运行沉淀池排泥水经管道流入截留池，池中液位开始上升。plc接收来自截留池液位仪的信号，当达到某一高度后，plc发出指令，开启输送泵，排泥水由输送泵送至浓缩池，输送量则由流量计显示并反馈到plc，plc可通过变频器对输送泵进行流量控制。在实际运行中，设置输送泵启动液位为1.5 m，停止液位为1.0 m；搅拌器的启动为1.0 m，停止为0.5 m；输送的排泥水量为80150 m3/h。4.2.2浓缩池的运行浓缩池一旦进水即开始运行。池中的浓度计连续监测池中某点位污泥浓度的变化，信号随时反馈给plc。当达到某一浓度后，plc发出指令开启浓缩池至平衡池的排泥泵，较高浓度的浓缩污泥就被送入平衡池积蓄起来。沉淀池停止排泥之后，截留池的水位会慢慢下降，plc收到截留池低液位信号后发出指令，停止输送泵运作，浓缩池也停止运行。但排泥泵的运行会降低浓缩池内污泥浓度，plc在收到浓缩池浓度计的低浓度信号后即发出指令，停止排泥泵运行。在实际运作中，将排泥泵的启动设置在池内污泥浓度为1.0%，停止浓度为0.1%。4.2.3平衡池的运行平衡池的运行主要通过对浓缩池排泥泵的限定设置以及对离心机进料污泥泵的限定设置来控制。在实际运作中，设置排泥泵的启动液位为3.0m，停止为3.5 m。这样，整个排泥水的收集、浓缩、积蓄就在plc控制下周而复始，自动运行，无人操作。4.2.4离心机污泥脱水的运行plc收到离心机开启信号后，延时发出指令，自动开启离心机进泥泵、pam加注计量泵和螺旋输送器，并接受来自进泥流量计和加注计量泵的信号。根据平衡池污泥浓度计的数值、进泥流量计的数值、pam配制浓度、最佳加注率，就可以确定计量投加泵的流量，并通过plc设置。这样plc自动控制pam加注泵变频器的设定频率值以控制投加量，离心脱水机对浓缩污泥的固液分离就可自动进行。在实际运行中，pam投加量的确定须依据进泥量和进泥浓度而定，加注率一般设定在1.01.5kg/t干泥。对所有泵都配有报警装置和备用泵并通过plc控制，一旦运行泵发生故障，报警信号发至plc，则plc会自动控制切换备用泵运行，以保证在对故障泵进行维修时不影响系统的连续自动运行。综上所述，采用plc作为中央控制，配以液位仪、浓度计、流量计作为一级仪表组合，自动连续监测运行状况，并将监测值实时送到plc。plc发出指令，指令会通过中间开关继电器和变频器，对系统的泵等设备进行开停、流量变化等控制，以达到运行的高度自动化。通过plc的终端显示面板，也可以随时对运行参数进行重新设置，以达到最佳运行条件。在整个系统的运行中，达到了无人操作的程度。三、自来水厂污泥处理系统运行1. 排泥量均匀控制水厂生产废水一般都是周期性排放，而污泥浓缩大都属连续工作，这就要求在污泥浓缩池前设一废水水量调节池进行水量调节。水量调节池的设计计算是以生产废水的排放方式、排放量和污泥浓缩池的工作负荷为基础的，这就必然涉及到另一主要问题：排泥水和滤池反洗水是否分开处理。两种处理方式的流程图见图5。图5. 自来水排泥水处理工艺流程排泥水中的悬浮杂质含固率一般均高于0.3，比滤池反洗水的含固率高2030倍以上。如实行沉淀池智能化合理排泥，则排泥水含固率可能达1左右。滤池反洗水水量明显多于排泥水水量，合并处理工艺虽省却了反洗水处理池，减少了基建投资和占地，但排泥水却被滤池反洗水极度稀释而非常不利于污泥浓缩，浓缩池也因处理水量大、浓缩效果差而需增加基建投资、占地和运行费用，因此宣采用分开处理工艺。分开处理时，滤池反洗水经处理后，上清液用泵输至絮凝沉淀池前作原水使用，沉淀底泥进入水量调节池与排泥水混合，之后送至污泥浓缩池浓缩。2. 调节池的作用及运行要求调节池的作用主要是将澄清池和双阀滤池的排泥水均质均量，保证向浓缩池提供浓度较为均匀、流量较为恒定的污泥。因此，调节池内设潜水搅拌机以使池内污泥处于悬浮状态及保持浓度均匀；同时在池内设潜水泵以恒定流量向浓缩池投配污泥。主要对沉淀池排泥量及质进行调节，减少污泥对浓缩池的冲击负荷，从而提高浓缩池运行的稳定性。一般调节池内均设置潜水排污泵转输污泥，同时还配有潜水搅拌器，以防止污泥沉积，对池内污泥均质混合。沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水是间歇产生的，且流量较大，而浓缩池设计时考虑处理负荷，基本上是连续运行的，因此需设置调节池以解决废水收集和浓缩之间能力差值.排泥水调节池用以收集沉淀池排泥水，其容积必须满足排泥期间吸泥机排泥能力和排泥水浓缩能力的差值；反冲洗废水调节池则收集滤池反冲洗废水，不仅需在容积上考虑滤池反冲洗废水排放能力与浓缩能力的差值，还需考虑反冲洗废水的回用问题。调节池运行控制方面，建议采用可调节的提升泵，根据调节池的运行液位及污泥浓缩池上清液固体悬浮物含量调节运行速度，以确保回用的上清液中的悬浮物含量小于设定的标准限制。3. 浓缩池的作用及运行要求主要降低进泥含水率，减少污泥体积，为后续处理创造条件。浓缩池的功能是对调节后的泥水进一步浓缩，以提高机械脱水效率，缩小脱水机容量。当采用自然干化时，可节省用地面积。更为重要的是，给水污泥亲水性很强，污泥必须具备一定的浓度才能得到较好的脱水效果，浓缩池是污泥处理过程中的核心部分，其底流浓度将直接影响污泥脱水的效果。浓缩池在高浊度和脱水机停止动转时，还应起到储留污泥的作用。通常水厂沉淀池排泥水的含固率很低(0.1%-1.0%)，故排泥水体积很大。根据浓缩前后的物料平衡(忽略上清液中的固体成分含量)，如果经浓缩后污泥的含固率提高一倍，则污泥的体积将减少一半。对于含固率很低的水厂排泥水来说，浓缩效果的好坏将极大地影响污泥的含固率，进而影响脱水效果和生产运行成本，因此浓缩池的设计在排泥水处理工艺中具有重要意义。（斜板浓缩池）污泥浓缩池是整个排泥水处理过程的核心部分，底部流出的污泥浓度将直接影响污泥的脱水效果。排泥水浓缩是通过重力或机械的作用使固液分离从而降低排泥水体积的重要手段。浓缩法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等，其中运用最广泛、操作最简单的是重力浓缩法。常用的重力浓缩池有圆形辐流式浓缩池、上向流斜板或斜管浓缩池等。污泥浓缩池的设计需考虑生产废水的沉降性能和所需达到的处理负荷.为节约浓缩池面积，往往在浓缩池固液分离部分加斜板，以提高浓缩效率.如果同时考虑沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓缩，则建议在设计时考虑两组浓缩池之间可切换使用，反冲洗废水浓缩池排泥管路考虑二次浓缩的可能。浓缩池进水管路考虑流量信号的输出以及进水阀门的状态控制；浓缩池内则包括液位信号，泥水分离区浊度信号和污泥压密区的浓度信号的输出；排泥管路建议采用调流阀，根据排泥管路的污泥浓度调节进入平衡池的污泥量，