净水厂排泥水优化运行研究

董孝中

0 引言

净水厂在生产大量城镇饮用水的同时，也产生了一定数量的废水。排泥水若不经处理就排入江河湖泊等水体，会成为水体的重要污染源。

为了降低对水体环境的污染，减少河床淤泥，城北水厂扩建工程中，加入了排泥水处理单元，新建了尾水处理系统。污泥处理工艺中，浓缩池上清液及排水池上清液均需要排放，根据实际情况，雨水管网难以接纳全部上清液。城北水厂的排泥水主要来源于沉淀池的排泥水，砂滤池、炭滤池的排水及深度处理过程中的回用水。考虑节约和充分利用水资源，滤池反冲洗水可以加以回收利用。为了降低滤池反冲洗水回用中贾第鞭毛虫和隐孢子虫，以及锰、铁等有害物质的积累，和由此产生的水质风险，滤池反冲洗水回用应尽可能均匀，最大回流量不超过设计水量的5%。

1 城北水厂运行现状

1.1 现状尾水工艺流程图

图1 尾水工艺流程图

排水池和排泥池分建，排水池有两格，每格排水池可独立运行。

1.2 排水池容积计算

排水池容积设计与滤池反冲洗排水量、滤池格数及滤池反冲洗的时序有关。

排水池设计容量W 按公式（1）计算：

式中：

W—排水池容积，m；

A—一次反冲洗的滤池面积，m；

T—滤池反冲洗持续时间，s；

t—表面冲洗持续时间，s；

q—滤池反冲洗强度，L/（s.m）；

q’—滤池表面冲洗强度，L/（s.m）；

V—滤池初滤水排放量，m；

V—滤池反冲洗前的最大降水量，m。

城北水厂砂滤池分2 个系列，二期滤池设计规模25 万m/d，共14 格，单格面积94.5m，设计滤速7.87m/h。反冲洗过程：气冲强度15L/（s.m），历时2min；气水同时反冲，气冲强度15L/（s.m），水冲强度3L/（s.m），历时360s；水冲强度6L/（s.m），历时300s；表面扫洗强度2L/（s.m），全过程周期。初滤水排放15min。滤池反冲洗平均周期T=48h。风机强度45m/min。

一期砂滤池排水除无初滤水外，与二期砂滤池相近。

活性炭滤池共20 格，单格面积90m，设计滤速12m/h。反冲洗过程：气冲强度15L/（s.m），历时5min，初滤水排放时间25min。

设计计算：

V=vAt=7.87×94.5×15/60=186（m）

根据滤池积水槽内体积计算：

V=14.6（m）

炭滤池反冲洗排水量：

V=vAt=12×90×30/60=540（m）

一期砂滤池反冲洗排水量：

V=（qT+q’t）A×10+V

=（3×360+6×300+2×780）×94.5×10+14.6

=434（m）

一期滤池反冲洗排水量：

V=V+V=434+186=620（m）

因此排水池最小设计容积取上述反冲洗排水量最大值，应为620m。

1.3 排水池现状

排水池分为两个可独立运行的单格，设计平面尺寸14m×34m，有效容积约1 640m，有效水深3.45m；

排水泵4 台，2 用2 备，紧急情况下可同时开启，泵参数：Q=200m/h，H=9m，N=15kW；

排泥泵4 台，2 用2 备，泵参数：Q=60m/h，H=8m，N=3kW；

底部刮泥机2 台，N=7.5kW。

因此排水池最小设计容积取上述反冲洗排水量最大值，应为620m。排水池现状为1640m，如何优化。（计算值为理论最小值，适当增大排水池体积有利于滤池反冲洗连续运行，构筑物已建成，拆改费用较高）。

2 排水池优化运行

2.1 优化设想

设计标准中排水池最大回流量要求不超过设计水量的5%，夜间低负荷运行时，预臭氧接触池进水量约9 000m/h，按设计最大排泥水回流量450m/h。现状排水池两格同时投入运行，通过设定液位控制水泵是否开启，容易发生排水泵开启数量多，回水量过大的情况。

单格排水池容积820m，满足任意单格滤池反冲洗的要求，单格滤池两台水泵同时启动出流量400m/h，单格排水池排水泵全部启动情况，回水量仍满足设计要求。排水池运行考虑交替运行，有利于控制回流水量，做到匀量输出，保证水质安全。

2.2 反冲洗程序优化

查阅相关滤池反冲洗水污泥自然沉降情况可知，砂滤池初滤水、炭滤池反冲洗废水中固体通量可忽略不计，砂滤池反冲洗水含固率在0.05～0.15%。含固率较低的排泥水，起始阶段污泥界面沉降速度很快，较早达到压密点，含固率0.2%的排泥水，25min 能完成初步沉降，且其后一个小时泥水分界面变化不大。

单格排水池底面积238m，按照一次滤池反冲洗最大水量620m计算，排水池液位上升2.6m。排水池有效水深3.45m，低液位可设置在0.85m 以下。

为了尽可能降低底部刮泥机运行时对水下的扰动，综合上述因素，设定排水池准备液位为0.8m。单格滤池反冲洗完毕，预计最高水位达3.4m。滤池反冲洗完毕，排水池接收到信号后，静置30min，然后开启底部刮泥机。反冲洗过程中，同时打开2 台排水泵和2 台排泥泵，总排水量约560m/h，66min 后排水池液位降低至0.8m，进入等待队列。

底部刮泥机行程75cm，安装间距65cm，往复周期30s，66min 能往复运行130 多次，满足运行要求。液位降低至0.8m 后，停泵同时停止刮泥机运行，防止排水池末端局部积泥。

2.3 优化后运行情况

程序调整后具体流程如图2。

图2 滤池反冲洗联动排水池运行流程图

单格滤池反冲洗、排水池静置和排水完整周期用时约140min。两格排水池正常运行情况下，一天可以满足20 格滤池的反冲洗。

3 结论

结论一：对比程序调整前后运行情况，见表1。

表1 前后对比情况

结论二：通过系统计算排水池容积、滤池反冲洗水量，调整排水池运行方式，达到了优化排水池与滤池反冲洗的联动运行，降低了上清液浊度，水量更加均匀的进入预臭氧接触池，同时提高了排泥水浊度，排水池底部积泥情况好转，达到了预期的效果。

结论三：减少了污泥处理工艺中上清液的排放，与第一章节的内容相对应。