三峡库区某工业水厂生产废水处理工程设计

2014-09-04蒲贵兵王文蕾吕波尹洪军

西华大学学报（自然科学版） 2014年2期

蒲贵兵，王文蕾，吕波，尹洪军

(重庆市市政设计研究院，重庆400020)

对于三峡库区内的长江上游水厂，三峡蓄水后，受回水淤积影响，原水浊度有所降低，丰水期内浊度降至2 000～3 500 NTU。由于蓄水时间较短，不能单依据近年水质资料选择设计浊度，还应合理进行调整；另一方面，长江原水浊度季节性变化较大，原水浊度的变化给水厂生产废水工艺和处理设施的设计带来巨大影响。现有文献中净水厂生产废水的研究对象基本为长江中下游段水厂[1-2]，长江上游段水厂设计资料匮乏，也使得三峡库区长江上游段净水厂生产废水处理设计的探讨具有重大的现实意义。本文拟对水厂生产废水处理工程实例进行分析，以期对今后的类似项目提供一定的参考。

1 生产废水的性质

1.1 水厂现状及存在的问题

该工业水厂以长江水为水源，经平流沉砂池、高效沉淀池净化处理后作为工业园区的工业用水(主要使用用途为除盐水、循环冷却水和一般生产用水，要求供水水质浊度为5～20 NTU以下)。工程一期规模5.0 万m3/d，二期新增规模5.0 万m3/d，因此本次排泥水处理系统设计规模为10.0 万m3/d。

该供水工程供水水质要求较低，采用沉砂-澄清池-接触消毒的净水工艺，无需过滤及深度处理。一期运行效果良好，二期沿用一期净水工艺。高效沉淀池混凝剂选用碱式氯化铝(固体)，设计最大投加率按20 mg/L，平均投加量10 mg/L，固体PAC的Al2O3含量约30%。

目前生产废水直接排入长江，给水厂水源及长江水质带来一定影响，且该影响随着二期扩建工程的实施还将进一步增大。此外，大量生产废水直接排放也导致源水取水量增大，导致生产成本增加，生产废水处理迫在眉睫。

1.2 水厂生产废水的性质

从水厂处理工艺来看，结合水厂实际情况，水厂生产废水主要为沉淀池排泥水，其中的污染物主要有悬浮物、部分溶解物质及混凝剂组成的无机污染物[3-4]。它的主要成分是无机物(黏土等无机矿物颗粒、氢氧化铝、氢氧化铁等混凝剂水解产物)，也含有部分有机物(约占污泥重量的10%～15%，主要来自原水中的色度、浮游生物和藻类等动植物残骸)，还含有一定的微生物等杂质。若不进行适当的处置，不但严重污染水体，而且浪费大量的水资源和能源[1]。在当前水资源严重紧缺，水环境污染日益严重的情况下，水厂生产废水处理和污泥处置越来越受到人们的重视。

2 生产废水处理工程设计

2.1 水厂原水设计浊度

根据水厂一期运行监测资料(见表1)，三峡工程蓄水前，该水厂长江取水断面丰水期内浊度高达5 000～7 000 NTU，瞬时浊度甚至上万；三峡蓄水以后，受回水淤积影响，原水浊度有所降低(见表2)，丰水期内浊度降至2 000～3 500 NTU。另一方面，江水在丰水期、平水期、枯水期水质浊度差异很大。由表2可知：原水高浊期为每年的5—9月(长江水汛期)，浊度约为1 000 NTU；低浊度期为1—4月及10—12月，浊度约为40 NTU。若按丰水期浊度对泥沙处理系统进行设计，会导致投资增大及设备闲置。因此，必须选择合适的保证率进行设计[4]。

表1 三峡蓄水前长江水浊度统计表 NTU

图1 2012年长江水浊度统计

按升序排列整理日监测数据，不同排泥水处理保证率下的浊度如表3所示。不同保证率下，浊度差异较大，本项目保证率按75%设计，近3年最高值为306 NTU。鉴于重庆三峡蓄水时间较短，尚缺乏长时间的江水浊度统计资料，故本项目设计时考虑一定的富余系数(按10%计)，最终确定原水浊度设计值为330 NTU。

表3 不同保证率下的浊度 NTU

2.2 排泥水处理规模

S=[(K1(C0-Ce)+K2D)×k0Q×10-6

式中：C0为原水浊度设计取值，NTU，本项目取330；Ce为沉淀池出水浊度设计取值，NTU，本项目取5；K1为原水浊度与悬浮物SS(单位mg/L)的换算系数，根据实测，约为1∶1；D为药剂投加量(20 mg/L)；K2为药剂转化成泥量的系数，由于无实验值，本文取1.0；Q为原水流量(单位m3/d)，取10×104m3/d；k0为自用水系数，不考虑废水回收，取1.05；S为干泥量(单位t/d)，经计算得干泥量S=36.23 t/d。

沉淀池排泥水含水率一般为99%～99.6%，本项目沉淀池排泥水含水率取99.3%，脱水机分离液Q2取沉淀池排泥水的10%，则本项目排泥水处理规模Q=1.1S/(1-w)=5 693 m3/d。

2.3 水厂生产废水设计进出水水质

由于本水厂原水为长江水(重庆段)，其主要以无机物为主，除浊度外，其余指标均优于GB 3838—2002地面水环境质量标准中Ⅲ类水体水质要求；因此，本水厂生产废水处理的重点为浊度的去除，原水经高效沉淀池处理后，生产废水处理的重点即转化为排泥水中无机悬浮物(SS)的去除，SS的合理设计取值受原水水质、生产废水处理保证率等的影响。

结合水厂现状运行资料、GB 50013—2006室外给水设计规范以及生产废水处理的环评要求，在满足生产废水处理保证率的要求下，本项目出水执行GB 8978—1996污水综合排放标准一级标准。

综上所述，本项目生产废水的设计进出水水质为：进水SS 6 364 mg/L(生产废水处理保证率为75%)；出水SS≤70 mg/L。

2.4 排泥水处理工程工艺设计

2.4.1 处理工艺

水厂不设滤池，没有反冲洗废水，主要生产废水来源为高效沉淀池排泥水。拟采用调节池+重力浓缩池+板框压滤脱水的组合工序对生产废水进行处理，工艺流程如图2所示。

图2 排泥水处理工程工艺流程

2.4.2 含水率与处理规模

本项目各处理单元的处理规模如表4所示。

表4 各处理单元工程规模

2.4.3 调节池

调节池的作用主要是收集沉淀池的排泥水，在池内均质均量化，调节池须安装潜水搅拌机。考虑到工艺水头的需求，在池内设潜水泵，以恒定流量向浓缩池投配污泥。设定报警和停机水位，通过液位计联动输出控制水泵开启。沉淀池排泥按1～3次/天进行。

设置1座调节池，有效容积为3 500 m3，结合排泥水可利用场地的实际情况，调节池设置为异形，并设有溢流管，超负荷水量经溢流后，经厂区雨水管排入附近水体。池内安装2台潜水搅拌机，功率为7.5 kW，潜水泵的设计流量为400 m3/h，单台流量200 m3/h，H=13.5 m，P=15 kW，共3台，2台用1台备。

2.4.4 重力浓缩池

调节池来水的平均含固率为0.6%，其要求是将污泥的含固率从0.6%浓缩到2%～3%。本项目采用连续流重力浓缩池，其设计负荷和出泥浓度由污泥的性质和后续脱水方法决定。本项目污泥脱水拟采用板框压滤脱水，要求浓缩池出水含固率在2%以上，本次设计浓缩池出水含固率为2.5%。

设置2座浓缩池，对称钢混结构，直径18 m，有效水深5.1 m，液面负荷为0.08(低浊期)～0.55 m3/m2·h(高浊期)，固通量10.71(低浊期)～71.75 kgds/d·m2(高浊期)。

2.4.5 隔膜压滤脱水间

1)设计参数。

污泥产生工艺水厂沉淀池排泥水污泥种类及主要成分无机污泥及药剂污泥污泥前处理情况已经过浓缩工作方式16 h/d污泥温度<50 ℃pH6～9进泥含水率<97.5 %泥饼含水率≤70%进湿污泥量1 606 m3/d(4台)出泥饼量≤134 m3/d隔膜压滤机台数4台工作频率4 h/次,4次/d,冲洗水供水要求压力0.2 MPa,流量>20 m3/h供电要求380 V/4P/3ϕ/50 Hz压缩空气要求360 NL/min,>1.0 MPa过滤面积/m22 230.56尺寸18.85×20.4×16.0(双层框架结构)

2)设备技术参数和性能描述。

本项目的主要设备有隔膜压滤机、污泥进料泵、空压机、冲洗水泵、冲洗水箱以及控制箱等。主要设备的型号规格见表5。工作前将滤布套在滤板上，然后操作压滤机，按下压紧按钮，驱动压紧杆，将压紧板紧紧地压紧滤板，卸泥工序及反冲洗可自动完成，冲洗频率也可以根据实际情况调整，可以每次清洗或者定时清洗。

表5 主要设备一览表

3)加药设计。

为了改善自来水厂污泥的脱水性能，浓缩污泥进行污泥机械脱水前一般均匀加入适量的聚丙烯酰胺(PAM)来降低污泥比阻，使其易于脱水。

水厂的污泥中以无机沙砾及含有机成分的亲水性胶质微粒为主，胶粒Zeta电位负电性较强；但由于水厂净水过程中已加过铝盐或铁盐混凝剂，胶粒Zeta电位负电性明显降低。实验室小试和水厂生产性试验均证实[4]：阴离子型PAM与阳离子型PAM在投加率相近(阳型投加率一般略高于阴型)的情况下，均能达到基本类同地降低污泥比阻和脱水污泥含固率30%以上的良好效果。由于阳离子型PAM的单位重量商品价格比阴离子型PAM高1倍左右，因此自来水厂污泥脱水的PAM调理剂宜选用丙烯酰胺单体含量低于0.05%的高分子量阴离子型PAM。本次设计采用阴离子PAM，投加点设在脱水机前。低浊期投加按0.5 kg/t(DS)计，高浊期投加按2.5 kg/t(DS)计。药剂投加均采用隔膜式计量泵或螺杆式计量泵，设置4台，单机2 000 L/h，H=20 m，功率P=1.5 kW，加药装置均设在脱水机房内。