水厂生产废水处理工艺节地高效化设计探索

陈 晨，李 志

(昆明通用水务自来水有限公司，云南昆明 650000)

水厂的生产废水悬浮物含量高，常可达到500 mg/L以上，随意排放，会造成城市排污管道或天然河道淤塞，也会造成其他一系列的环保问题[1]。“水十条”及《室外给水设计标准》中均有生产废水须达标排放的规定。另外昆明是国内严重缺水的城市之一，降低自用水率对减少水资源浪费十分重要。因此，既有水厂新建生产废水处理工艺是必要的[2]。

目前的水厂废水处理工艺按排泥池、排水池是否合建，分为合建式和分建式。合建式如深圳梅林水厂，该工艺虽有利于节省调节池占地，但排泥水与反冲洗水浓度相差5～8倍，冲击负荷大，不利于浓缩池运行[3]，而且浓缩池进水量增大，浓缩池设计处理量大于分建式工艺的水厂，梅林水厂通过多点投加辅助药剂缓解该工艺问题，但增加了运行复杂性[4]。分建式是目前推荐采用的工艺，如天津津滨水厂、北京第九水厂[5]，排泥池、排水池分建有利于浓缩池运行、有利于减少浓缩池占地，但排水池、排泥池占地增加。

宝象河水厂位于昆明市，生产规模为8万m3/d，由于供水需求大经多次扩建用地紧张，水厂要求废水处理工艺系统的占地须小于600 m2，而生产规模相当采用分建式的昆明二水厂，废水处理系统占地面积约为966 m2，通过优化工艺节约用地是在工艺设计阶段必须解决的问题。原有的废水处理工艺是通过静置沉淀回收上清液，回收水浊度波动大，回收时常导致滤后水浊度上升，必须寻找高效稳定的沉淀工艺。本文通过优化合建式工艺，利用斜管沉淀池提高沉淀效率，利用叠螺脱水机降低对进泥含固率的要求，设计出一种既可以减少排泥池、排水池占地面积，又可以减少浓缩单元占地面积的工艺方案，可以有效解决既有水厂改造废水处理工艺可用地不足的问题，为亟须进行废水处理工艺改造又面临用地困难的水厂提供设计参考。

1 废水处理工艺优化设计

1.1 水线工艺设计优化思路

分建式工艺中的排水池通过静置沉淀作用使上清液澄清达到回收水质要求，静置沉淀效率低在梅林水厂的运行管理中须停留4～8 h才达到回收要求[6]。昆明其他水厂生产实践，也须停留2 h。静置沉淀过程中不得进水，主工艺滤池反冲洗受到条件限制，而且排水池调节容积也须设置得较大，占地面积及投资相应增加。以上问题的核心是沉淀工艺低效导致的，提高沉淀效率是解决问题的关键。

首先斜管沉淀相比静置或平流沉淀更高效，设计表面负荷可提高3～5倍[7]，再者斜管沉淀运行过程可连续进水不须静置，减小排水调节池的容积。昆明其他水厂生产性试验证明，斜管沉淀工艺可以用于处理高SS的滤池反冲洗水和沉淀池排泥水的净化处理。在SS<1 000 mg/L时，其出水浑浊度可稳定控制在5 NTU以内，满足回收水关于浊度的控制要求[8]。

根据以上分析，宝象河水厂水线设计使用加入斜管沉淀池的合建式废水处理工艺。

1.2 泥线工艺设计优化思路

水厂传统废水处理工艺中常用的污泥脱水设备是离心脱水机或者板框压滤机。两种设备的进泥含固率要求在2%～3%，而排水池或排泥水的排泥含固率约为0.8%，还不能满足要求，必须设置浓缩池。两种设备运行噪声大，可能对运行员工造成职业伤害，遭到周围居民投诉。水厂污泥浓缩停留时间较长，污泥发酵，脱水时产生大量臭味。离心脱水机对进泥含固率、泥质、主转速、差速等运行参数敏感[9]，脱水全自动实现困难，须人工巡视甚至值守，运行人员也须经培训和长期训练才能胜任。以上四个传统工艺的问题是选用的脱水设备特性所导致的，改变脱水机设备是解决问题的关键。

叠螺脱水机是运用了螺杆挤压原理，污泥中的水分在螺杆直径和螺距变化产生的压力作用下，从固定环和游动环中的微小缝隙中挤出，实现污泥脱水[10]。表1为离心脱水机与叠螺脱水机性能对比。

表1 离心脱水机与叠螺脱水机性能对比

叠螺脱水机对进泥浓度要求降低，排水池或排泥池的排泥水含固率已经能满足要求，可取消浓缩池，降低工艺停留时间减轻臭味问题。叠螺脱水机转速低，噪声明显降低[11]。叠螺脱水机控制逻辑明确，控制参数少，较易实现全自动控制。

综上,宝象河水厂泥线设计使用叠螺脱水机代替离心脱水机。

1.3 宝象河水厂废水处理工艺设计简介

宝象河水厂供水设计能力为8万m3/d，处理工艺由穿孔旋流絮凝、斜管沉淀、虹吸过滤、加氯消毒构成，水厂由4组老工艺加1组新工艺组成，原有回收水系统通过排水池静置沉淀后便回收，回收水浊度高，对主工艺影响大。设计生产废水主要包括沉定池排泥水、滤池反冲洗水，设计回收水量为3 000～7 000 m3/d，设计泥处理量为1.18 t/d(干泥)，设计回收水浑浊度<10 NTU。

如图1所示，宝象河水厂废水处理系统中原有排水调节池2座，占地面积共计238.4 m2，有效容积为1 400 m3，可满足系统设计要求，无需扩容，新增潜水搅拌器混合进水水质。设计一体式钢制斜管沉淀池2座，单座尺寸为7.48 m×3.1 m，单座处理量为250 m3/h。污泥平衡池1座，有效容积为56 m3，占地面积为16 m2。脱水车间1座，占地面积为128 m2。工艺构筑物总占地面积约为491 m2。

图1 宝象河水厂废水处理工艺流程图

2 实际运行效果总结

2.1 滤后水浊度降低

宝象河水厂原废水处理系统回收时初期浊度高且变化范围大，对净水工艺冲击大，加药调整难以控制，滤后水平均浑浊度>0.15 NTU。6月引入斜管沉淀池的新工艺建成使用后，回收水浑浊度<10 NTU，工艺运行稳定，回收时无需调整加药量，滤后水浑浊度可稳定控制在0.15 NTU以下(图2)。

图2 宝象河水厂滤后水平均浑浊度变化

2.2 排放水达标排放

昆明使用离心脱水机的水厂，其分离液均小于100 mg/L，叠螺脱水机实际运行过程中排放水SS均小于70 mg/L(图3)，出水满足《污水综合排放标准》。

图3 2020年10月宝象河水厂排水SS含量

2.3 其他方面的运行效果

本项目脱水工艺全自动运行，未增加水厂必要岗位设置，同时脱水机房臭味小、噪音小，运行后未收到周围居民的投诉。

4 结论

(1)运用斜管沉淀池有利于高效处理废水，减少主工艺冲击负荷。

(2)运用叠螺脱水机有利于节省占地与投资，减少噪声与臭味。

(3)该优化设计思路可以运用于用地紧张、预算有限的水厂废水处理工艺建设项目。

(4)该工艺未按照连续运行设计，启动初期回收水水质不稳定，下一步应加强自控设计整合，实现工艺连续运行。