自來水廠作為水體污染首當其沖的受害者，同時又是造成水體污染的排污大戶，無論從環保的角度出發，還是水廠自身利益的需要，對水處理產生的污水進行處理，已成為水廠的必要工藝。污泥處理系統中，設備投資約占工程總投資的25%～45%，選型成敗對系統至關重要。由于我國在自來水廠污泥處理方面未有設計規范，通用的給排水設計手冊也僅列城市污水處理的內容，設計人員可參考的資料不多。本文通過研究廣州市產水50萬立方米/日的西洲水廠和100萬立方米/日的南洲水廠污泥處理系統的主設計，將工程設計中遇到的設備選型問題進行歸納、總結，希望能給同行提供一些設計經驗和參考。

1 水廠污泥處理的特點及工藝

自來水廠污泥處理系統需處理污水為沉淀池排泥水和濾池反沖洗水。處理物質主要是源水中含有的泥沙、藻類、細小固形物以及水處理中投加的混凝劑、助凝劑等，無機成分含量較多，一般可通過污泥的吸附、沉淀去除。自來水廠污泥處理工藝要達到的目標是去除污水中的固形物、水處理過程中添加的殘留藥物，使之達到排放標準；回收利用上清液，減低水廠運營成本；處理后的泥餅可直接運走。

基于上述特點和目的，自來水廠污泥處理的常規工藝為；污水收集調節→初沉→濃縮→均衡→脫水→外運。主要構筑物為：預沉池、調節池、濃縮池、均質池、上清液回收池、脫水機房。其中，調節池和預沉池也可合建，但一般情況分開設置，以適應沉淀池排泥水較弄而濾池反沖洗水較稀的不同水質。如濃縮池底流濃度及流量恒定，可不設均質池。如上清液濁度低，無需沉淀，且輸送距離、標高合適，也可不設上清液回收池，上清液可自流到配水井。

2 系統設備選型配置的共同要點

根據工藝需要，各構筑物配置的主要設備為：調節池中的攔污設備、混合設備、污水泵；預沉池中的濃縮機；濃縮池中的濃縮機、污水泵（或泥漿泵）；均質池中的混合設備；上清液回收池中的排泥機械、污水泵；脫水機房中的溶藥設備、加藥泵、泥漿泵、脫水機。

設備選型應從設備的投資、運行成本、運行安全方面考慮，設備參數由整個系統的設計依據，即干泥日產量及日處理排泥水總量決定。

理論上，必須通過對全年不同時段水源水樣的濁度及水中SS值建立數學模型，并結合近年源水濁度等資料作概率統計分析，才能確定干泥的日產量。但要建立這樣的數學模型必須有長期、詳細的水文資料數據，并經長時間的整理分析和對比。因設計周期短，往往來不及建立數學模型，只能抽取某時段的水樣作統計分析，計算干泥量與實際處理干泥量差距較大。此外，洪水期和枯水期的干泥量差距有時達5～10倍。這些因素常常令設備選型無所適從。

因此設備配置時必須充分考慮各影響因素的變化幅度，需要適應不同處理量時的實際工況。如單個池容過大、單機能力過高，會造成低處理量時整體運行成本的增高。設備應盡可能采用多池、多機配置，除脫水機房外，構筑物宜各配2個以上，對工藝參數敏感、對設備運行有較多限制條件、容易堵塞的構筑物，在條件許可時，應設置3個以上，構筑物內的設備也應配備3套以上的機組。備用能力應能滿足突發事件的需要。

關鍵工藝設備一定要選用質量可靠，運行穩定，檢修方便的設備，同時要重視配套電氣控制設備的選用，以保證安全可靠運行。在無人值守的處理系統中，投入運行的設備應有電氣及機械雙重過載保護和報警。設備需考慮配置沖洗裝置，這些裝置應充分利用壓力較高的出廠水。設備與污泥接觸部分的材質以選用不銹鋼為宜。

3 主要設備的選型及配置

（1）泵。泵是系統連續運行的關鍵設備。由于輸送介質是排泥水，在水處理階段已經過PH值調整，又經過了多層格柵的固形物攔截，普通的污水泵已可滿足污水提升的工藝要求。如構筑物設置在地下，一般應選用潛水排污泵，以節省泵房開挖帶來的投資，如構筑物高于地面，可選用立式排污泵。含固率達到2%以上的污泥水及輸送進脫水機的污泥，應選用能適應高粘度介質、流量基本無脈動的螺桿泵。所有泵的密封宜采用機械密封。如泵用于抽取具濃縮作用的構筑物底部積液，其進液管路上應加裝一條壓力水管，當吸入管堵塞時可沖散堵塞物。

潛水排污泵電機定子內應有過熱、過載保護器、繞組防凝露裝置、超溫報警開關、進水保護裝置、漏水報警裝置、超溫報警開關、進水保護裝置、漏水報警裝置，采用大通道葉輪，葉輪材質宜用耐磨的優質灰鑄鐵，電機采用循環水冷卻系統，保證電機在低水位及短期無水狀態下可靠運行。自藕裝置應有保證可靠耦合的定位、自重緊固措施。泵選用手冊推薦排污泵的備用率為100%，按接觸到的實際運行經驗，可按50%備用，僅備用主機。

螺桿泵需變頻無級可調，以適應不同的負荷；應選用干運行保護裝置；污水及污泥輸送用螺桿泵的定子結構應采用可調式，使螺桿泵在遭受泥砂的磨損后，仍能維持正常的工況；轉子材質可選工具鋼，但表面要做耐磨防腐處理，加藥螺桿泵則須根據所加藥物種類確定。

泵的流量根據排泥水量、構筑物的容量以及污泥在池中所需的停留時間確定，各水廠的排泥水一般是通過輸泥干管重力輸送至調節池，故排污泵選型時必須充分考慮上工序的泥水排放時間間隔、上一處理階段自動控制系統的相關參數設置，充分考慮可能出現的水泵流量。

為避免污泥在管中沉積，污泥管道設計流速比清水管高1.2～1.5倍。水泵揚程計算結果與實際揚程通常會高于清水泵系統。計算時應留意污泥處理系統出液管路通常設置的止回閥和泵本身的水力損失。要充分考慮泵組各進出液管路設置的管件、各種突變帶來的沿程水力損失，揚程計算結果與系統運行時實測壓力是很吻合的。值得一提的是：螺桿泵供貨商提供的產品壓力等級通常相差較大，往往很難選到與計算揚程吻合的螺桿泵，此時應選擇壓力比計算揚程高的螺桿泵，即使壓力等級相距較遠也不能選擇壓力等級稍低的泵。

（2）混合設備。由于構筑物一般直徑較大，污泥處理系統通常采用潛水攪拌器防止污泥沉積在池底部。

攪拌器選型要考慮攪拌器的位置、推力、推進方向和整體流速。其功率的確定有2種方法，一種是根據攪拌器生產商提供的流場圖，結合構筑物的結構，推算出整體流速大于0.15m/s時所需的功率。另一種是根據經驗公式，以混合介質的比重、容積作參數計算，公式為：P=（V×6/1000）×y（液）。實踐證明，兩種計算的結果十分接近，但都忽略了低水位時介質翻騰造成的能量損失。當池徑與液位之比大于8～10時，計算結果偏小，應按一定的系數酌情增加功率，并采用多機、單機低功率的設備配置。國外某些攪拌機生產商以能量密度（W/m3）作設計參數，但計算過程需由該生產商進行。

所有潛水攪拌機均應帶油室泄漏傳感器及定子室泄漏傳感器，應有漏水保護、過熱保護、軸承超溫保護、濕度保護等裝置，軸封應采用可反轉的機械密封。潛水攪拌機應至少備用主機一臺。

（3）濃縮設備。濃縮是污泥處理過程的核心部分，濃縮池底流濃度將直接影響污泥脫水的效果。

水廠排泥水沉降性能良好，應首選重力濃縮工藝，可選用濃縮刮泥機。為方便操作和維修，池徑較小時，宜選擇中心傳動，反之可用周邊傳動。采用中心傳動時，池徑＞20m采用垂架式，較小者可選懸掛式。在廣州西洲水廠及南洲水廠污泥處理系統中，均采用懸掛式中心傳動刮泥機，池徑達20m，實際應用效果良好，但底流濃度＞2%時如采用懸掛式結構，池徑應控制在16m以內。

懸掛式中心傳動刮泥機選型應注意：選用國產機時，驅動裝置采用臥式斜齒輪減速電機，必須設機械過載保護裝置、過扭保護裝置；中心主軸下端避免采用水下軸承支承，以防堵塞；出水口下端應設分流板，減緩水流沖擊已沉污泥；刮板外緣線速度宜設定在0.015＜V＜0.04m/s，通過調速裝置實現無級調速，以適應來水含泥量的變化；中心主軸宜分段設計、并保證剛度，以降低構筑物頂面標高、方便設備吊裝及檢修。

（4）污泥脫水機。脫水的目的是進一步降低污泥的含水率，以利于泥餅的搬運和處置。

從目前國內應用的脫水裝置來看，當今較有代表性的脫水設備有：板框壓濾機、帶式壓濾機、離心脫水機和真空過濾機。設備對進泥濃度和污泥的親水性要求不同，產出污泥的含水率有一定差距，整體投資及運行費用相差較大，必須根據實際情況慎重確定。

板框壓濾機進泥濃度可低于1%～2%，泥餅含水率可低至60%～50%，脫水效果較好，能適合親水性強的污泥，親水性弱的污泥可不投助凝劑。但機型龐大，附屬設備多，建筑結構復雜龐大，整體投資高；工作時為敞開式，自動化程度不高，工作環境較差；系統只能間歇運行。板框壓濾機對于脫水效果要求高的系統和污泥親水性強的系統有較大優勢。

帶式壓濾機機型小，投資及運行費用低。但要求進泥濃度達5%～10%，產出污泥含水率較高，為65%～75%；污泥截留率低，脫水效率差，性能價格比低，現已極少使用。

真空過濾機進泥濃度3%～5%，可連續運行，設備故障率低，輔助設備少。但產出污泥含水率達80%；耗電量高；當污泥流量、粘度發生變化時較難適應；常要求對污泥進行粘土、石灰投加等前處理；工作環境差；由于資金投入少，多在資金、技術力量薄弱、工況變化少的情況下選用。

離心機占地面積小，可全封閉連續運行，進泥濃度3%～10%，對濃度及流量等工況的變化適應性強，單機處理量大，環境衛生好，自動化程度高，產出污泥含水率為75%～80%，但現場噪音大，必須配套污泥切割機、污泥輸送泵、加藥及稀釋裝置、無軸螺旋輸送器等設備。在處理親水性弱的污泥方面有明顯優勢，當前國際上正推廣應用。南洲水廠、西洲水廠污泥系統也采用了離心脫水機，西洲水廠離心脫水機在進水含固率平均4%～4.5%的條件下，產出污泥的含水率低至65～72%，分離液的濁度為40NTU左右，脫水效果極佳。離心脫水機在配置時應選擇3個以上機組，離心機前需配污泥切割機，藥劑溶解混合投加系統應自動化，以適應污泥處理量和水質的不利因素。

4 結論

設備的選型及配置必須根據水廠的工藝流程和實際運行工況、該廠不同生產階段排泥水的形狀進行具體分析，匹配相應的設備。