何純提

　　【摘要】 本文主要論述凈水廠污泥處理調節構筑物的作用、形式；調節構筑物設計的基本思路。
　　【關鍵詞】 污泥處理 調節 排水池 排泥池 分建式 合建式

　　污泥處理流程大致分為調節、濃縮、脫水、處置四道基本工序。凈水廠的污泥處理可根據污泥的特性及各水廠的具體情況由全部和部份工序組成。本文就調節工序中的有關問題進行論述。

1 調節功能分析

　　各種生產廢水一般水質、水量變化較大，為了減少沖擊負荷對處理工藝的不良影響，可用調節池對水質進行均和，對水量加以調節。
　　調節池的型式和容量的大小，隨生產廢水的特點和對調節的要求的不同而異。如果生產廢水的水質變化不大，對處理沒有影響，而只需要在水量上有所貯存，這時只需要設置有足夠容量的水池，作為水量調節之用，貯存盈余，補充短缺，使后續處理設備在運行時間內能夠得到均衡的進水量，保證進常工作。因此水量調節池，在設計上只考慮足夠的池容，而不拘形狀，也勿需特殊設備。
　　如果水質也有很大變化，則為了使生產廢水在水質濃度和組份上的變化得到均衡，減輕由于水質變化對處理設備的沖擊影響，不僅要設置足夠容積的調節池，而且在水池構造和功能上還需考慮達到在水池調節周期內不同時間進出水水質均和的措施，以便使在不同時段流入池內的生產廢水都能達到完全混合的要求。目前在調節池內使廢水完全混合的措施有空氣攪拌、機械攪拌，水泵強制循環等幾種方式。
　　凈水廠污泥處理的對象是凈水廠生產構筑物排出的生產廢水，主要是沉淀池排泥，濾池反沖洗水。其成份是原水中懸浮物質的大部份，溶解物質的一部分和混凝劑形成的礬花。在質的組成上，不會有太大的區別，只是濃度上有變化，因此凈水廠污泥處理調節工序以水量調節為主。由于沉淀池排泥和濾池反沖洗排水是間斷的，如一些沉淀池間隔幾小時排一次泥，一次延續幾分鐘或十幾分鐘；濾池也是間斷反沖洗；因此其量和質是不穩定的，如果沉淀池排泥和濾池反沖洗水直接進入濃縮池，濃縮池接受脈沖負荷的沖擊，嚴重影響濃縮效果。為了盡可能使濃縮池的負荷均勻連續，因此，有必要對沉淀池排泥和濾池反沖洗排水做暫時的存留以對其量和質進行調節。以緩解和消除沖擊負荷對濃縮的不良影響。
　　調節設備的功能除了均質均量的功能外，目前已擴展到其它功能領域，如凈化功能，濃縮功能等，使一池多用，成為一個具有多功能的處理構筑物。
　　在凈水廠污泥處理構筑物中，調節構筑物有兩個，調節沉淀池排泥的叫排泥池；調節濾池反沖洗排水的叫排水池（也稱回流水池）。一般濾池反沖洗排水濁度較低，可直接作為原水回用，目前國內許多大中型水廠都建有回收濾池反沖洗水的設備。
　　為了使排水池和排泥池具有調節作用，排水池和排泥池應具有一定的容積，以對其量進行調節；如果還需要達到勻質作用，排水池和排泥池在其構造上和設備上有其一定要求，如在池中加機械攪拌或水泵強制循環，石家莊潤石水廠在調節池進口處加了潛水攪拌機，使池內污泥處于懸浮狀態，達到勻質目的。
　　前面提到，調節設備的功能現已擴展到其它功能領域。為了充分利用排水泥和排泥池的池容，目前在排水池和排泥池的設計上傾向于使其在調節功能的基礎上具有濃縮功能，不再加攪拌設備，將上清液和底流污泥分別取出，底泥均勻送往濃縮池，上清液回流至凈化工序中或排入水體。在池子設浮動槽可將上清液連續均勻地取出，有利于在滿足調節功能的基礎上增強濃縮功能。

2 調節構筑物形式

　　調節構筑物有兩種形式，一種是分建式，即排水池與排泥池單獨設置；另一種是合建式，即排泥池與排水池合建，既接受沉淀池排泥，又接受濾池反沖洗排水。在國內已建幾個凈水廠污泥處理中，北京市第九水廠污泥處理排水池與排泥池為分建式，石家莊潤石水廠和深圳梅林水廠污泥處理排水池與排泥池均為合建式。
　　分建式適用于以下條件：
　　（1）一些水廠先建了濾池反沖洗水回收系統，即先建了排水池（也叫回流水池），但未建污泥處理系統，后又補建污泥處理系統。
　　（2）濾池反沖洗水濃度與沉淀池排泥濃度相差較大，單設排泥池接受濃度較高的沉淀池排泥，免受濾池反沖洗水的稀釋，有利于排泥池中泥的濃縮，排泥池可設計成帶濃縮功能的歇間式濃縮池，同時具備水量調節功能。單設排水池（即回流水池）接受濾池反沖洗排水，并回流至混合井前。
　　（3）需在排泥池中投加高分子絮凝劑，上清液回流對凈水工藝產生不利影響。
　　由于分建式需設兩套池子和泵房，需兩套管理人員，因此，合建式在一定條件下具有一定的優越性。當沉淀池排泥濃度與濾池反沖洗水濃度相差不大；因地勢排泥池位置較高，沉淀池排泥不能自流進入而需提升進入排泥池；或者排泥池只起調節作用時，可選用合建式調節池。

3調節構筑物設計

3.1 分建式
　　分建式調節構筑物有回流水池和排泥池兩個構筑物。
3.1.1回流水池（排水池）
　　回流水池設計主要確定回流水池的容積和用于回流的水泵的容量。回流水池與水泵的容量與濾池的格數、大小及濾池反沖洗的時序安排有關。濾池反沖洗時序安排有兩種模式，一種是均勻間隙沖洗，稱均勻模式。另一種非均勻模式。
　　（1）濾池反沖洗運行模式分析

　　① 均勻模式：按全廠濾池總格數排隊均勻沖洗。如圖1，現將該模式描述如下：
　　a.濾池的運行周期為S，總格為n，每格濾池（能進行獨立沖洗的單元）按總格數排隊所占有的時段為T₀，T₀＝S／n……（1）。
b.每格濾池沖洗持續時間為T₁，兩濾池沖洗的間歇時段為T₂，T₀＝T₁＋T₂……
　　c.當T₀＞T₁，表示有沖洗間歇T₂存在。
　　d.當T₀＝T₁，表示濾池連續沖洗，沒有間歇存在。T₂＝0。
　　e.T₁／2＜T₀＜T₁，表示有兩格同時沖洗存在。當兩格同時沖洗時，T₀是原來的2倍，而T₁不變，又回到T₀＞T₁的工況。
　　f.一次反沖洗產生廢水量為q₀T₁，圖中陰影部份。q₀為沖洗廢水流量。
　　g.根據上一次產生的廢水必須在下一次反沖洗之前排除的原則，即在T₀時段內排水泵應將上一次反沖洗廢水排完。
　　② 非均勻模式
　　非均勻模式是濾池沖洗不是按全部格數排隊均勻沖洗，而是具有隨意性。即：T₁、T₂、T₀都不相同。這種非均勻模式有可能導致圖1中當T₀＞T₁，兩格濾池重迭沖洗，導致排水池調節容積的增大和排水泵容量的增大。例如，虹吸濾池水力自動控制沖洗，人工手動控制的濾池沖洗，就有可能出現這種工況，一些地方還出現將所有濾池一個接一個連續沖洗。因此，在有計算機控制的水廠中，應建立濾池反沖洗均勻模式。
　　（2）回流水池容量
　　回流水池容量W由以下幾部份中的全部或部分組成。
　　W＝W₁＋W₂＋W₃ （1）
　　W——池容
　　W₁——濾池一次反沖洗排水量
　　W₂——排泥池、濃縮池上清液及濾液在T0時段發生的水量。
　　W₁＝PAT₁＋P′At ＝qT₁＋q′t 　　（2）
　　當T₁＝t時
　　W₁＝（q＋q′）T1＝q₀T₁ （3）
　　W₂＝（q₂＋q₃＋q₄）Tv0 （4）
　　W₃—其它水量
　　A——一次反沖洗的濾池面積
　　T₁——濾池反沖洗持續時間
　　t——表沖持續時間
　　p——濾池反沖強度
　　p′——表沖強度
　　q₂——排泥池上清液流量
　　q₃——濃縮池上清液流量
　　q₄——濾液流量
　　q₀——濾池反沖洗流量
　　由于排泥池、濃縮池上清液水量及濾液流量W2為污泥處理系統水量，這部份水量W₂可根據具體情況直接送入混合設備前，以減小回流水池的容積。
　　W₂與原水濁度，沉淀池排泥耗水量、排泥池、濃縮池底流濃度，泥餅含水率等多種因素有關，難以準確計算。在缺乏資料時，可按排泥耗水量進行估算。
　　W₂＝Q₀η₁η₂T₀K （5）
　　Q₀——凈水廠原水流量
　　η₁——沉淀池排泥耗水率1～3％。
　　η₂——濾液回流時取0.25～0.15；不回流時取0.02～0.05。
　　K——2～3
　　由于泥餅含水量為80％～70％，因此排泥耗水量中20～30％的水量由上清液和濾液排出。如果濃縮池底流濃度按5％計。則濃縮池之前上清液只占排泥耗水量的5％以下。由于這部水量并不是一天24小時平均發生，中間可能有間斷，因此應乘以一個大于1的系數K。
　　其它水量W₃包括洗砂、沖洗池子等，由于這部份水量不經常發生，可不考慮，以免增加排水池容積。如果發生頻度較密。通過溢流排入下水道又浪費較大，可酌情考慮。
　　（3）排水泵容量計算
　　排水泵的容量Q泵按下式計算，幾何關系見圖2。
　　Q泵＝W／（T₀－t）
　　W——排水池容積（m³）（泥斗容積大時，包括部份泥斗容積）
　　T₀＝T₁＋T₂
　　t＝W_AC／q₀ （7）
　　W_AC——圖中開、停泵水位A、C兩點間的排水池容積
　　q₀——反沖洗水流量（m³／s）
　　t——反沖洗水充滿容積WAC所耗的時間。
　　當開泵水位定在排水池最高水位B點時W_AC＝W，t＝W／qo＝T₁，T₀—t＝T₀—T₁＝T₂則式（6）可簡化成：
　　Q泵＝W／（T₀－t）＝W／T₂ （8）
　　為了簡化計算，并在泵的容量上留有一定的余量，泵的容量亦可按式（8）計算。但對于濾池格數較多，T₂＜T₁或者T₂＝0，連續沖洗的工況，泵的容量還應按式（8）計算。
　　確定了回流泵的容量后，應核對一下回流流量對凈化構筑物的沖擊度，特別是對耐沖擊負荷較差的水力絮凝、斜管斜板沉淀。當沖擊負荷太大時，可將一格沖洗變成兩格同時沖洗排水，以加大池容，延長開泵的時間。減小回流流量。建議Q回／Q₀＜10％。
3.1.2 排泥池
　　排泥池可設計成兩種形式：一是單一調節功能的排泥池；二是既有調節功能又有濃縮功能的間歇式濃縮池。前一種形式除了具備足夠的池容用以調節外，還必須加攪流設備以勻質。目前傾向于第二種形式。北京市第九水廠排泥池就是采用這種形式。
間歇式濃縮池最早的形式是在池四周不同高程設閘門將上清液取出，北京市第九水廠污泥處理排泥池設浮動槽將上清液均勻連續取出，與在不同高度設閘門相比，上清液出流更連續、更均勻，對濃縮更有利。排泥池的設計主要是確定排泥池的容積及排泥泵的容量。
　　（1）排泥池容積排泥池容積：按以下幾個條件確定
　　·大于或等于沉淀池24小時平均排泥量。
　　·應滿足濃縮對固體負荷的要求。
　　·在高濁度期間，與濃縮池一道起污泥貯留池的作用，貯留量應不小于一日高濁度的泥量。
　　以上三條，按其中大者確定。對于第三條，是否起污泥貯留池的作用，要依具體情況而定。因為脫水機的能力是按設計泥量確定的，高濁度發生一般機率小，一年或幾年才發生一次，持續時間也較短。因此脫水機的能力一般均小于高濁度時的泥量。當發生高濁度時，脫水機一天三班連續工作。暫時處理不了的污泥可存在排泥池和濃縮池中，一直到將貯存的污泥處理完為止，才恢復正常班次運轉。如果當地環境容許將高濁時脫水機處理不了的污泥排人附近水體，則排泥池的容積由第一、二條確定。
　　（2）沉淀池排泥量計算
　　前面提到，排泥池容積按大于或等于沉淀池24時排泥量確定。也可按一日中最大一次排泥量計算。按這種方法計算，須知道沉淀池發生最大一次排泥量那一日的排泥次數及時間安排，其計算方法與凈水廠清水池調節容積的計算方法一樣，不同的是清水池進水是均勻的，出水是不均勻的，而排泥池進水是不均勻的，排水是均勻的。在水廠未建成投產前，沉淀池的排泥次數及泥量難以確定。因此，一般都按沉淀池一日排泥量確定。沉淀一日排泥量按下式計算。
　　Q₁＝(Q₀M-Q′₁C′₁₎/C₁
　　Q₀——原水流量（m³／d）
　　M——原水與混凝劑形成的濁度（mg／l）
　　Q′₁——沉淀池出水流量（m³／d）
　　C′₁——沉淀池出水濁度（mg／l）
　　Q₁——沉淀池排泥流量（m³／d）
　　C₁——沉淀池排泥濁度（mg／l）
　　代入公式計算時，單位要統一，mg／l要換算成T／m³。
　　如果沉淀池排泥耗水率已知為η₁，則上式可寫成
　　Q′₁＝Q₀(1-η₁)
　　Q₁＝(Q₀M-Q₀(1-η₁)C′₁₎/C₁＝Q_0［M-(1-η₁)C′₁₎/C₁
3.2 合建式
　　合建式是將排水池（回流水池）和排泥池兩個構筑物合二為一。合建式調節構筑物一般設計成單一調節功能，合建式調節構筑物主要是確定池容的大小。
　　池容計算采用調節構筑物調節容量最常用的計算方法，先列出運行工況，即列出一日中沉淀池排泥次數及流量，列出濾池反沖洗次數及流量，然后綜合排隊，確定每次排泥及每次反沖洗的時段。出水按一日24小時均勻出流。計算方法與清水池調節容積計算方法類似，這里限于篇幅，不再贅述。
　　凈水廠污泥處理在我國還處于起步階段，國內目前還沒有這方面的設計規范。本文僅僅是調節構筑物設計的一些基本思路，寫出來與同行共同探討。