不同给水厂排泥水处理工艺对比分析
导读：介绍了两座给水厂的排泥水处理规模、建设与运行模式和处理工艺；对比了两座给水厂的排泥水处理效果和成本。数据显示，两座水厂的排泥水系统浓缩池上清液SS均处于较低水平，泥粉含水率均能达到要求，浓缩池上清液回用后均对出厂水水质没有造成影响；使用“重力浓缩池-离心机脱水”工艺电耗明显低于“高效浓缩池-板框机脱水”工艺，自主建设模式的排泥水项目其排泥水处理综合单位成本低于外购服务模式，但增加的单位制水成本差异不大，如按照目前外购排泥水服务的形式自行投资运营，预测可以大大减低处理成本。
引用本文：何嘉莉,李家耀,庾明辉,等.不同给水厂排泥水处理工艺对比分析[J].给水排水,2023,49(10):1-5,14.
01、项目介绍
1.1 处理规模
南方某D水厂和W水厂，设计规模均为50万m³/d，水源相同，均取自东江南支流，给水处理工艺均采用常规处理工艺，即“混凝—沉淀—过滤—消毒”。处理规模数据如表1所示，两水厂日供水量有所区别，排泥水日处理也有所不同。主要是因为两水厂的排泥周期设置与排泥车效率不同，W 水厂排泥周期更短，排泥车效率不如 D水厂，D水厂排泥车有刮泥功能，W 水厂没有。D水厂排泥水处理量以流量计计量，W 水厂排泥水处理系统进水管无流量计，按排泥阀和排泥车的额定流量估算。因两水厂的排泥水处理工艺不同，尽管处理规模相差不大，但日均湿泥量有明显差异。
表1 水厂参数对比
1.2 建设与运营模式
建设与运行模式对比如表2所示。D水厂因用地问题，选用的是临建式排泥水处理设施，工期较短(60d)，采用高效浓缩池工艺，占地面积少；W 水厂选用的是土建式排泥水处理工程，工期也较长(17个月)，采用重力浓缩池工艺，占地面积较大。
D水厂采用外购排泥水处理+泥粉外运处置服务的模式，而 W 水厂采用排泥水处理工程自主建设自主运营+外购泥粉外运处置服务的模式。D水厂选用的外购服务方式，由服务单位承担建设总投资；而 W 水厂选用的自主建设模式，自主承担的建设总投资，前期投资费用较高。
表2 建设与运营模式对比
02、处理工艺
排泥处理工艺由调节-浓缩-平衡-脱水-泥饼处置等工序组成，其中浓缩和脱水工艺是排泥水处理中的关键工艺。目前给水厂排泥水处理常用的浓缩工艺有重力浓缩池和高效浓缩池两种，脱水工艺主要有离心机脱水和板框机脱水两种。
2.1 浓缩工艺的特点
重力浓缩池运行成本低，无药耗、电耗，设施设备少，管理运维方便，抗冲击负荷能力强，能适应原水高浊度；但其占地面积大，土建较多，投资成本较高。
高效浓缩池占地面积小，土建少，投资成本较低，处理效果较好；但运行费用较高，需要投加PAC和PAM 等药剂，耗材多，如斜管/斜板需要定期更换，其能耗较高，设施设备较多，维护管理相对不方便。
2.2 脱水工艺的特点
离心机脱水其设备占地少，基建投资少，可以连续运行，处理效率较高，自动化程度高，管理方便，现场卫生条件好，但其出泥泥粉含固率较低一般为20%~40%，对进泥含固率要求较高，脱水后滤液较浑浊，药耗和运行成本较高，泥粉处置费用高，有一定噪声。
板框机脱水其脱水性能好，泥饼含固率可高达50%，脱水后滤液SS低，运行成本较低，药耗、能耗低，但其占地面积较大，投资成本高，间歇性脱水、处理效率较低，维护管理较复杂，卫生条件差，一般需要人工铲泥。
D水厂排泥水处理工艺如图1所示，采用的是高效浓缩池+板框机脱水。
图1 D水厂排泥水处理工艺
W 水厂排泥水处理工艺如图2所示，采用的是重力浓缩池+离心机脱水。
图2 W 水厂排泥水处理工艺
03、处理效果
3.1 浓缩池上清液
对浓缩池上清液的处理要求为：处理设备上清液(指浓缩罐、沉淀池等池体的上层液体、排向污水管网的液体)的悬浮物浓度≤60mg/L，其余指标达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)与《水环境排放限值》(DB44/26-2001)规定的排放标准。两个水厂浓缩池上清液SS数据如图3所示，D水厂采用的高效浓缩池其上清液SS均值为6.0mg/L，W 水厂采用的重力浓缩池其上清液SS均值为15.1mg/L，两间水厂的排泥水系统浓缩池上清液SS均处于较低水平，上清液的其他指标均符合排放标准。水厂的沉淀池排泥水含水率约99.8%，含水率高，对排泥水上清液进行回收利用，不仅具有节约水资源和保护水环境的社会意义，也有利于水厂节约生产成本；当水厂无法对上清液进行回用时，达排放标准也可安排排放。
图3 浓缩池上清液SS
3.2 泥粉含水率
因处理工艺不同，两个水厂对于泥粉含水率的要求也不一样。D水厂对于泥粉含水率的要求为处理后的半干化泥粉月平均含水率≤55%；W 水厂设计泥粉含水率≤80%。D 水厂采用板框机脱水，泥含水率均值为45.2%；W 水厂采用离心机脱水，泥粉含水率均值为71.4%。具体数据如图4所示，两家水厂的泥粉含水率均能达到要求。对于泥粉的处理处置成本，按污泥计，D 水厂为 214.43 元/t，而 W 水厂为282.76元/t；按排泥水计，D水厂为1.22元/m³，而W 水厂为2.09元/m³。
图4 泥粉含水率
3.3 回用后水质情况
D水厂浓缩池上清液直接回用至水厂原水管，W 水厂浓缩池上清液排至排水池后回用至原水管，两间水厂的浓缩池上清液回用后均对出厂水水质没有造成影响，检测数据如表3所示。
表3 出厂水水质数据
04、成本分析
4.1 电耗
两间水厂的电耗如图5所示，D水厂的排泥水系统平均电耗均值为0.78kW·h/m³，其中，D水厂的板框脱水机平均电耗为0.36kW·h/m³；W 水厂的排泥水系统平均电耗均值为0.43kW·h/m³。数据显示，使用重力浓缩池-离心机脱水工艺电耗明
显低于高效浓缩池-板框机脱水工艺。
图5 排泥水系统平均耗电量
4.2 排泥水处理综合单位成本
排泥水处理综合单位成本包含排泥水处理单位成本和泥粉单位处理成本。因两间水厂的排泥水工程运营模式不一样，其排泥水处理综合单位成本的所区别。D水厂采用外购排泥水处理+泥粉外运处置服务的方式，其排泥水处理综合成本包含电费、排泥水处理费和泥粉处置费三部分，其中，排泥水处理费已包含设备折旧费;另外，人工费和药剂费用由服务单位负责。W 水厂采用排泥水处理工程自主建设自主运行+外购泥粉外运处置服务的模式，其排泥水处理综合成本包含电费、药剂费、人工费和泥粉处置费。具体数据如图6所示，数据出现波动情况，主要是由于不是每天都对泥粉进行外运，一般两三天外运一次泥粉，泥粉外运的当天会产生泥粉处置费用。
图6 排泥水处理综合单位成本
经统计，如表4所示，D水厂排泥水处理综合单位成本扣减回用上清液所节约的水资源费后均值为7.28元/m³(含折旧)，其中排泥水处理单位成本为5.70元/m³(含折旧)，为服务单位收取的排泥水处理单位费用;W 水厂排泥水处理综合单位成本扣减回用上清液所节约的水资源费后均值为2.55元/m³(不含折旧)。其他增加费用：W 水厂排泥水处理工程总投资约5000万元，其中设备费用约1807万元，土建工程费用约2464万元;设备折旧的残值率按1%算，年限按10年算；土建工程折旧的残值率按3%算，年限按30年算;剩余其他费用按30年摊分至每吨排泥水中;设备维修维护费用按照设备原值的2.5%计算；W 水厂排泥水处理量按均值3000m³/d计算；W 水厂排泥水处理综合单位成本需增加2.62元/m³，即5.17元/m³(含折旧)。
表4 排泥水处理综合单位成本明细
(单位：元/m³)
注：按排泥水计，并扣减回用上清液所节约的水资源费。
表5 排泥水处理综合单位成本
(单位：元/m³)
注：按排泥水计，成本分为排泥水和泥粉的处理处置费。
分开对比排泥水处理单位成本和泥粉的处理处置成本，见表5所示。D水厂的排泥水处理单位成本约为 W 水厂的2倍，D水厂的泥粉的处理处置成本约为 W 水厂的0.6倍。D水厂的排泥水处理单位成本偏高，泥粉的处理处置成本较低。
4.3 增加的制水成本
排泥水处理工程所增加的单位制水成本是以日处理排泥水量所产生的总费用计算的。排泥水处理工程增加的制水成本包括两部分：排泥水处理增加的制水成本和泥粉处置增加的制水成本，统计结果如表6所示。其他增加费用：W 水厂排泥水处理工程设备折旧的残值率按1%算，年限按10年算;土建工程折旧的残值率按3%算，年限按30年算；剩余其他费用按30年摊分至每吨自来水中;设备维修维护费用按照设备原值的2.5%计算;供水量按36万 m³/d计算(近3年日均值)。W 水厂排泥水处理增加的单位制水成本需增加0.022元/m³，即0.040元/m³。根据统计，因排泥水量占水厂供水量比例较少，D水厂排泥水占供水量比例为0.53%，W 水厂排泥水量占供水量比例为0.83%，因此，尽管 W水厂排泥水处理综合单位成本比 D水厂低，但排泥水处理的综合费用计算到单位制水成本时，D水厂和 W 水厂没有太大差异。
表6 增加的制水成本
4.4 投资运营预测
D水厂采用购买服务的方式，排泥水处理单位成本偏高，主要原因为与服务单位签订的合同为期两年，服务单位将设备成本按照两年折旧。D水厂的排泥水处理工艺有着占地面积少，泥粉含水率少，建设周期短等优势，如按照 D水厂的排泥水处理工艺自行投资运营，预测每年能节约处理费用219万元，增加的单位制水成本约减少一半。见表7。
表7 投资运营预测
05、结 语
部分水厂因用地手续难以完善、要求建设工期短，前期投入成本受限，排泥水项目可以采用外购服务的方式，该模式有建设工期短，临建设备可拆可移等优势。如水厂预留建设排泥水项目的位置有限，建议采用高效浓缩池工艺，其占地面积少、处理效果好。文中对比的两水厂的排泥水系统浓缩池上清液SS均处于较低水平，上清液的其他指标均符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)与《水环境排放限值》(DB44/26-2001)规定的排放标准；上清液回用均对出厂水水质没有造成影响。两间水厂的排泥水处理工艺均能达到预期效果，但离心机脱水由于泥粉含水率较高，泥粉处理处置费用相对高。
从成本来看，使用重力浓缩池-离心机脱水工艺电耗明显低于高效浓缩池-板框机脱水工艺。自主建设模式的排泥水项目排泥水处理综合单位成本低于外购服务模式，但增加的单位制水成本差异不大。
相比于自主建设自主运营的排泥水项目，外购服务的方式更加便捷，但成本相对高，但存在合同期满不续签，不能持续提供服务排泥水无法处理的风险。如自行投资运营，预测可以大大减低处理成本。
