净水厂排泥水处理环节中, 浓缩池内的污泥浓度较高, 如果不加以有效地排泥管理, 容易造成池底部污泥排泥管堵塞, 加重淤积, 影响污泥浓缩池正常运行。

　　 　　 苏州市吴中区某水厂原设计采用了重力式平流浓缩池, 选用往复式刮泥机作为底部排泥设备, 末端设有泥斗, 通过末端的虹吸式吸泥机抽吸排泥至污泥平衡池, 布置如图1所示。

　　 　　 水厂规模40万m³/d, 重力式平流浓缩池的设计参数主要如下:进水浊度400 NTU, 污泥负荷1.4kg TDS/ (m²·h) , 单池长×宽为45.5 m×16.7m, 设计排泥浓度≤4%, 共2座。池有效深度5.8m, 首端进水, 末端集水槽收集上层清液。由于停留时间较长, 加上污泥的重力挤压浓缩效果十分理想, 底部污泥的含固率经检测平均为6%, 最高达到8%, 流动性较差, 给正常排泥带来一定难度。2015年10月27日停产检修时, 水厂测定的泥面高度数据见表1。

　　 　　 从现场实际测量的数据来看, 池底部污泥淤积较严重, 最厚地方已经达到0.76m, 由于长期的压密作用已经导致刮泥、排泥功能受到严重影响, 加重了液压缸的负荷, 造成设备损坏。经过多次的清淤后仍产生排泥不畅的问题, 因此需要对运行现状进行分析, 提出技术改造方案。

　　 　　 根据现场对污泥浓缩池的运行状态进行分析, 原有刮泥机的液压机组未考虑调速阀, 刮泥机往返速度比为1∶1, 去程刮泥时间30s, 返程30s过慢, 造成污泥沉降后未能有效刮除, 刮泥效果不佳导致底部污泥堆积严重。

　　 　　 为了能够有效地排除底部污泥, 底部刮板的行程长度应大于刮板间距, 且留有一定余量。经停产后发现由于液压缸的故障问题, 导致行程长度不能完全走完即返程, 底泥不能顺利地推移至下一刮泥板, 刮泥效果受到影响。

　　 　　 由于浓缩池为16h工作, 刮泥机推扫至泥斗的高浓度污泥需要停留一段时间, 排泥不及时容易造成泥斗和排泥管堵塞, 同时污泥刮至泥斗后通过虹吸式吸泥机提升排泥, 污泥浓度高, 水头损失较大, 虹吸口易被高浓度污泥堵塞, 加重污泥浓缩池底部污泥淤积现象, 影响浓缩池的正常运行。

　　 　　 分析上述在运行中刮泥及排泥的问题, 考虑分别对原有刮泥机系统和吸泥机进行改造。

　　 　　 由于池底部浓缩的污泥浓度高, 较快的返程速度不会造成底泥扰动上浮的问题。对刮泥机的往返速度比调整为3∶1, 去程刮泥时间30s, 返程10s。对原有的液压缸、连杆等部分进行维修, 使刮板的行程为1.3倍的板间距, 使底部污泥可连续被推送至下一刮泥板。

　　 　　 由于浓缩池的排泥口标高较高, 虹吸吸泥机难以利用水头差实现底部污泥的提升作用。利用水泵抽吸功能则需要设置较多的潜水泵, 且潜水泵的水下维修不便, 泵的体积较大, 在现有的污泥斗内因空间狭窄等原因, 无法成功应用。

　　 　　 本次改造考虑利用气体提升措施, 在泥斗底部产生压密污泥的扰动和提升作用。气提作用原理如图2所示、在空压机不供气时, 气提水管内外的水位都在B-B断面附近, 排泥渠内无水。当空压机不间断地向供气管供气时, 空气从A-A断面进入气提水管内;除极少量空气溶于水外, 绝大部分空气是以小气泡的形式存在并上浮。在气泡上浮过程中, 位于A-A、B-B两断面间的水, 由于含有大量气泡, 而成为气-水混合物。该气-水混合物的密度小于水 (相对密度为0.25~0.35kg/L) 。其结果必然是气提水管中的气-水混合物会从A-A断面逐渐向C-C断面上升;同时管下口周围的水在大气压的作用下, 会不间断地向管内补充, 这样池底的高浓度污泥就会连续不断地被提升到排泥渠。

　　 　　 依据上述原理, 在现有虹吸刮泥机处设置气提管系统。采用的设备包括空压机、储气罐, 电磁阀、气提管、布气管、气水分离器等。压缩空气的流量按照最大提升污泥量的4倍计算, 气提过程按照3min/次计算, 每日排泥次数12次, 2座污泥浓缩池分别排泥。

　　 　　 设计吸泥管间距450mm, 管径DN100, 压缩空气管口径DN20, 距离底部吸口高度500 mm, 气提管底部吸泥口距离泥斗底约200 mm, 吸口口径DN200。气提管顶部标高高于排泥渠底0.4 m, 顶部设有便于观察的透明气水分离装置, 污泥经提升后进入钢制排泥渠, 坡度为1%坡向出水端, 气体排出。为最大程度发挥气提的效果, 排泥渠底标高高于浓缩池液位0.25 m, 最终排至污泥平衡池。方案如图3所示。改造前后对比情况见图4。

　　 　　 气提排水管底部设有混凝土的泥斗, 单根排泥管对应一处电磁阀, 可通过自控触摸屏实现单管分别控制, 排泥周期自控或手动可调。为避免水下机泵设备易产生故障等问题, 该设计无机泵系统, 无转动部件, 可靠性高。仅在浓缩池旁设有一处空压机站及空气罐, 检修维护十分简便。

　　 　　 改造方案设计时考虑尽量吸取泥斗底部污泥, 此处的排泥浓度高, 气提时无含水量变化, 有利于节约水资源。排泥管顶部为透明气水分离器, 排泥量、排泥浓度可直观观察到。在中控室和就地控制柜均可实现单管分别控制独立排泥, 对积泥严重的区域延长或增加充气量, 调整排泥周期, 使用较灵活。

　　 　　 为了避免水下机电设备的维修、磨损等问题, 整个气提系统均选用厚度为6 mm耐磨损的304不锈钢管件, 无机电设备, 设备的开启通过DN20电磁阀实现, 与频繁开启水泵等相比操作较简便。

　　 　　 改造完成后经过半年多的抽样试验检测, 从浓缩池进出水污泥含水率变化对比可以看出浓缩效果得到明显发挥, 浓缩池排泥含水率平均值降低到93.4%, 底部未出现污泥堵塞情况, 进出水污泥含水率见图5。

　　 　　 改造工程量较少, 改造后的刮泥机运行效果改善明显, 底部污泥可较顺畅地刮至污泥斗, 气提产生大量气泡-污泥混合物, 随着气泡上升底部污泥得到提升, 汇总到排泥渠内, 底部排泥可定期定时开启, 改造后泥斗内消除了积泥现象, 浓缩池浓缩效率提高十分明显。

　　 　　 水厂改造工程于2016年1月全部完成并通水。经过一年多的生产运行, 浓缩池的重力浓缩功能得到较好的发挥。特别是对浓度较高的污泥, 排泥也十分顺畅, 减轻了底部刮泥机的负荷, 相关设备维护工作量和故障率均降低, 达到了预期的工程目标, 为类似高浓度污泥的排泥提供了良好的借鉴和参考作用。