自來水廠污泥處理系統(tǒng)設備選型方法
行業(yè)動態(tài)
自來水廠作為水體污染首當其沖的受害者，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，對水處理產生的污水進行處理，已成為水廠的必要工藝。污泥處理系統(tǒng)中，設備投資約占工程總投資的25%～45%，選型成敗對系統(tǒng)至關重要。由于我國在自來水廠污泥處理方面未有設計規(guī)范，通用的給排水設計手冊也僅列城市污水處理的內容，設計人員可參考的資料不多。本文通過研究廣州市產水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)的主設計，將工程設計中遇到的設備選型問題進行歸納、總結，希望能給同行提供一些設計經驗和參考。
1 水廠污泥處理的特點及工藝
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。處理物質主要是源水中含有的泥沙、藻類、細小固形物以及水處理中投加的混凝劑、助凝劑等，無機成分含量較多，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到的目標是去除污水中的固形物、水處理過程中添加的殘留藥物，使之達到排放標準；回收利用上清液，減低水廠運營成本；處理后的泥餅可直接運走。
基于上述特點和目的，自來水廠污泥處理的常規(guī)工藝為；污水收集調節(jié)→初沉→濃縮→均衡→脫水→外運。主要構筑物為：預沉池、調節(jié)池、濃縮池、均質池、上清液回收池、脫水機房。其中，調節(jié)池和預沉池也可合建，但一般情況分開設置，以適應沉淀池排泥水較弄而濾池反沖洗水較稀的不同水質。如濃縮池底流濃度及流量恒定，可不設均質池。如上清液濁度低，無需沉淀，且輸送距離、標高合適，也可不設上清液回收池，上清液可自流到配水井。
2 系統(tǒng)設備選型配置的共同要點
根據工藝需要，各構筑物配置的主要設備為：調節(jié)池中的攔污設備、混合設備、污水泵；預沉池中的濃縮機；濃縮池中的濃縮機、污水泵（或泥漿泵）；均質池中的混合設備；上清液回收池中的排泥機械、污水泵；脫水機房中的溶藥設備、加藥泵、泥漿泵、脫水機。
設備選型應從設備的投資、運行成本、運行安全方面考慮，設備參數由整個系統(tǒng)的設計依據，即干泥日產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值建立數學模型，并結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量。但要建立這樣的數學模型必須有長期、詳細的水文資料數據，并經長時間的整理分析和對比。因設計周期短，往往來不及建立數學模型，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5～10倍。這些因素常常令設備選型無所適從。
因此設備配置時必須充分考慮各影響因素的變化幅度，需要適應不同處理量時的實際工況。如單個池容過大、單機能力過高，會造成低處理量時整體運行成本的增高。設備應盡可能采用多池、多機配置，除脫水機房外，構筑物宜各配2個以上，對工藝參數敏感、對設備運行有較多限制條件、容易堵塞的構筑物，在條件許可時，應設置3個以上，構筑物內的設備也應配備3套以上的機組。備用能力應能滿足突發(fā)事件的需要。
關鍵工藝設備一定要選用質量可靠，運行穩(wěn)定，檢修方便的設備，同時要重視配套電氣控制設備的選用，以保證安全可靠運行。在無人值守的處理系統(tǒng)中，投入運行的設備應有電氣及機械雙重過載保護和報警。設備需考慮配置沖洗裝置，這些裝置應充分利用壓力較高的出廠水。設備與污泥接觸部分的材質以選用不銹鋼為宜。
3 主要設備的選型及配置
（1）泵。泵是系統(tǒng)連續(xù)運行的關鍵設備。由于輸送介質是排泥水，在水處理階段已經過PH值調整，又經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。如構筑物設置在地下，一般應選用潛水排污泵，以節(jié)省泵房開挖帶來的投資，如構筑物高于地面，可選用立式排污泵。含固率達到2%以上的污泥水及輸送進脫水機的污泥，應選用能適應高粘度介質、流量基本無脈動的螺桿泵。所有泵的密封宜采用機械密封。如泵用于抽取具濃縮作用的構筑物底部積液，其進液管路上應加裝一條壓力水管，當吸入管堵塞時可沖散堵塞物。
潛水排污泵電機定子內應有過熱、過載保護器、繞組防凝露裝置、超溫報警開關、進水保護裝置、漏水報警裝置、超溫報警開關、進水保護裝置、漏水報警裝置，采用大通道葉輪，葉輪材質宜用耐磨的優(yōu)質灰鑄鐵，電機采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，保證電機在低水位及短期無水狀態(tài)下可靠運行。自藕裝置應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%，按接觸到的實際運行經驗，可按50%備用，僅備用主機。
螺桿泵需變頻無級可調，以適應不同的負荷；應選用干運行保護裝置；污水及污泥輸送用螺桿泵的定子結構應采用可調式，使螺桿泵在遭受泥砂的磨損后，仍能維持正常的工況；轉子材質可選工具鋼，但表面要做耐磨防腐處理，加藥螺桿泵則須根據所加藥物種類確定。
泵的流量根據排泥水量、構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)的相關參數設置，充分考慮可能出現(xiàn)的水泵流量。
為避免污泥在管中沉積，污泥管道設計流速比清水管高1.2～1.5倍。水泵揚程計算結果與實際揚程通常會高于清水泵系統(tǒng)。計算時應留意污泥處理系統(tǒng)出液管路通常設置的止回閥和泵本身的水力損失。要充分考慮泵組各進出液管路設置的管件、各種突變帶來的沿程水力損失，揚程計算結果與系統(tǒng)運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品壓力等級通常相差較大，往往很難選到與計算揚程吻合的螺桿泵，此時應選擇壓力比計算揚程高的螺桿泵，即使壓力等級相距較遠也不能選擇壓力等級稍低的泵。
（2）混合設備。由于構筑物一般直徑較大，污泥處理系統(tǒng)通常采用潛水攪拌器防止污泥沉積在池底部。
攪拌器選型要考慮攪拌器的位置、推力、推進方向和整體流速。其功率的確定有2種方法，一種是根據攪拌器生產商提供的流場圖，結合構筑物的結構，推算出整體流速大于0.15m/s時所需的功率。另一種是根據經驗公式，以混合介質的比重、容積作參數計算，公式為：P=（V×6/1000）×y（液）。實踐證明，兩種計算的結果十分接近，但都忽略了低水位時介質翻騰造成的能量損失。當池徑與液位之比大于8～10時，計算結果偏小，應按一定的系數酌情增加功率，并采用多機、單機低功率的設備配置。國外某些攪拌機生產商以能量密度（W/m3）作設計參數，但計算過程需由該生產商進行。
所有潛水攪拌機均應帶油室泄漏傳感器及定子室泄漏傳感器，應有漏水保護、過熱保護、軸承超溫保護、濕度保護等裝置，軸封應采用可反轉的機械密封。潛水攪拌機應至少備用主機一臺。
（3）濃縮設備。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，應首選重力濃縮工藝，可選用濃縮刮泥機。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，池徑達20m，實際應用效果良好，但底流濃度＞2%時如采用懸掛式結構，池徑應控制在16m以內。
懸掛式中心傳動刮泥機選型應注意：選用國產機時，驅動裝置采用臥式斜齒輪減速電機，必須設機械過載保護裝置、過扭保護裝置；中心主軸下端避免采用水下軸承支承，以防堵塞；出水口下端應設分流板，減緩水流沖擊已沉污泥；刮板外緣線速度宜設定在0.015＜V＜0.04m/s，通過調速裝置實現(xiàn)無級調速，以適應來水含泥量的變化；中心主軸宜分段設計、并保證剛度，以降低構筑物頂面標高、方便設備吊裝及檢修。
（4）污泥脫水機。脫水的目的是進一步降低污泥的含水率，以利于泥餅的搬運和處置。
從目前國內應用的脫水裝置來看，當今較有代表性的脫水設備有：板框壓濾機、帶式壓濾機、離心脫水機和真空過濾機。設備對進泥濃度和污泥的親水性要求不同，產出污泥的含水率有一定差距，整體投資及運行費用相差較大，必須根據實際情況慎重確定。
板框壓濾機進泥濃度可低于1%～2%，泥餅含水率可低至60%～50%，脫水效果較好，能適合親水性強的污泥，親水性弱的污泥可不投助凝劑。但機型龐大，附屬設備多，建筑結構復雜龐大，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)只能間歇運行。板框壓濾機對于脫水效果要求高的系統(tǒng)和污泥親水性強的系統(tǒng)有較大優(yōu)勢。
帶式壓濾機機型小，投資及運行費用低。但要求進泥濃度達5%～10%，產出污泥含水率較高，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。
真空過濾機進泥濃度3%～5%，可連續(xù)運行，設備故障率低，輔助設備少。但產出污泥含水率達80%；耗電量高；當污泥流量、粘度發(fā)生變化時較難適應；常要求對污泥進行粘土、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、技術力量薄弱、工況變化少的情況下選用。
離心機占地面積小，可全封閉連續(xù)運行，進泥濃度3%～10%，對濃度及流量等工況的變化適應性強，單機處理量大，環(huán)境衛(wèi)生好，自動化程度高，產出污泥含水率為75%～80%，但現(xiàn)場噪音大，必須配套污泥切割機、污泥輸送泵、加藥及稀釋裝置、無軸螺旋輸送器等設備。在處理親水性弱的污泥方面有明顯優(yōu)勢，當前國際上正推廣應用。南洲水廠、西洲水廠污泥系統(tǒng)也采用了離心脫水機，西洲水廠離心脫水機在進水含固率平均4%～4.5%的條件下，產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。離心脫水機在配置時應選擇3個以上機組，離心機前需配污泥切割機，藥劑溶解混合投加系統(tǒng)應自動化，以適應污泥處理量和水質的不利因素。
4 結論
設備的選型及配置必須根據水廠的工藝流程和實際運行工況、該廠不同生產階段排泥水的形狀進行具體分析，匹配相應的設備。
