《室外给水设计规范》 (GB 50013-2006) 净水厂排泥水处理10.1.3条规定:净水厂排泥水处理系统的规模应按满足全年75%~95%日数的完全处理要求确定。如何判定这个水厂的排泥水处理系统是否满足75%~95%多年日数的全量完全处理要求, 一般是看原水浊度设计取值的保证率, 因为干泥量主要由原水浊度组成, 原水浊度一年四季在不断变化, 因此原水浊度保证率的取值就确定了排泥水系统全量完全处理其干泥量的保证率, 两者相等。也就是说, 原水浊度设计取值的保证率是95%, 则干泥量全量完全处理的保证率也是95%。目前, 一些水厂的排泥水处理设计只写出原水浊度设计取值C₀的大小, 例如, 取C₀=20NTU, 然后按该浊度计算出设计处理干泥量的大小, 没有注明保证率是多少, 即等于和小于该浊度的概率是多少, 根据这一数据只能判定当实际发生的原水浊度C≤C₀=20NTU时, 该系统对原水所携带的泥量能全量完全处理, 当实际发生的原水浊度C>20NTU时, 该系统不能全量完全处理, (C-C₀) 部分所携带的泥量要外排, 但不能判定全量完全处理的保证率是多少, 全量完全处理的日数是否满足规范中规定的75%~95%多年总日数的要求。

　　 目前, 国内各大河流、水库都设有水文站, 各种水源的最大、最小流量、最高、最低水位, 及各种保证率下的流量、水位, 一般情况下都能从相关水文部门得到。因为这方面的工作开展得较早, 特别是一些大的河流和建设年限较长的水库都有几十年的系列资料。但是在悬浮物SS含量 (单位mg/L, 如果以浊度单位NTU为单位, 还要同步测定NTU与SS的转换系数) 的测定方面做得较少, 有时连最基本的多年平均浊度都没有, 因此, 难以获取原水浊度保证率这一关键数据, 这也导致一些排泥水处理设计只写出原水浊度设计取值, 无法注明该浊度的保证率, 而且保证率这一数据不是临时去几个人花几个月就能获得, 它也像流量与水位的保证率一样, 需要较长系列的资料进行数理统计分析后获得。从设计规范的实施及可操作性来讲, 对年平均、最大、最小浊度及出现频率的观测具有十分重要的意义, 呼吁有关部门重视这一问题并落实监测责任单位。

　　 净水厂排泥水处理起步较早的日本, 全量完全处理的保证率按95%及以上设计, 原水浊度设计取值按多年平均浊度的4倍取值。按4倍取值适合于浊度变化幅度较大的河流, 但对于浊度变化幅度较小水库而言, 有较大的安全余地, 它实际上可能是3倍、2倍多、甚至是1倍多, 也就是说按4倍取值可以涵盖95%保证率的各种情况。另外水库水质中除浊度外, 还有色度、藻类、铁、锰等可溶性固体, 经过混凝、沉淀、过滤后都要转化为水厂的泥量, 因此, 对于水库而言, 在计算干泥量时不计及色度、铁、锰等可溶性固体所产生的干泥量, 抵消了一部分安全度, 但按多年平均浊度的4倍取值, 其安全余度仍能涵盖住色度、铁、锰等溶解性固体等对干泥量的贡献。浊度 (悬浮物SS) 、水位、流量的测定复杂, 色度和可溶性固体的测定则需要更多的仪器、药品和人工投入, 势必增加更多的成本。可借鉴日本的经验, 不分河流水源和水库水源, 95%的保证率的浊度一律按多年平均浊度的4倍取值。其他保证率所对应的浊度可按表1确定。

　　 按表1确定的某一保证率所对应的浊度与某一特定水源实际发生的会有一定的差距, 但它能涵盖该保证率下的各种情况, 有一定的安全余度。这样就只要测定多年平均浊度, 简化测定工作, 免去了繁琐的数理统计计算过程。

　　 对于水库水源而言, 如果其保证率取95%, 原水浊度设计取值按多年平均浊度的4倍取值, 当实际上发生的浊度超过95%保证率所对应的浊度值时, 如果再采用临时存储措施, 其保证率有可能达到100%, 达到环保部门要求的零排放。

　　 当实际发生的原水浊度C超过计划处理浊度C₀时, 其差值部分 (C-C₀) 所对应的干泥量 (S-S₀) 是超过设计处理的泥量, 称之为超量泥水。在规范规定的保证率为95%~75%, 任何一个水厂的排泥水处理系统都会产生超量泥水, 特别是保证率取低值时, 超量泥水可能是设计处理干泥量的好几倍。从表1可以看出, 如果A、B两个水厂设计规模相同, 原水取自同一水源, A水厂排泥水处理系统保证率取95%, B水厂为了节约投资, 减少占地, 取低值75%, 则A水厂排泥水系统处理干泥量的能力是B水厂的4/1.39=2.88倍, 假设该水源多年平均浊度为7.5NTU, 则该水源95%保证率的原水浊度是30NTU, B水厂75%保证率按表1推算就是10.4NTU。当实际发生的原水浊度C≤10.4NTU时, A、B两水厂均有能力处理, 但是, 当实际发生的原水浊度达到30NTU时, A水厂能胜任, B水厂因原水浊度设计取值是10.4NTU, 还有 (C-C₀) =30-10.4=19.6 (NTU) 所形成的干泥量需要往外排放, 所排放的干泥量是自身处理能力的近2倍;当实际发生的原水浊度大于30 NTU, 假设达到C=35NTU时, 虽然A水厂也不能适应, 有 (C-C₀) =5NTU形成的超量泥水需要排放, 而B水厂则有 (C-C₀) =35-10.4=24.6 (NTU) 所形成的超量泥水需要排放, 由于A水厂需要排放的超量泥水量小, 且时间短促, 有可能通过临时存储等方法达到自我消化, 而B水厂由于保证率取低值, 需要排放的超量泥水是A水厂的近5倍, 因此, 对于B水厂来说, 超量泥水的排放就是一个比较突出和较难处理的问题, 需要引起足够的重视。

　　 国外的排泥水处理同样存在超量泥水排放问题, 以日本为例, 在日本水道协会编著的《净水厂排水处理设备设计》一书中提到:“……此外, 处理超过上述处理对象SS的原水产生多余的排水虽可向江河排放, 但届时排水池、排泥池应接受全部的反冲洗排水和沉淀池排泥, 浓缩池以后的设备则按处理对象SS时产生的污泥量设计。”这里所提到的“上述处理对象SS”指设计处理的悬浮物SS (或浊度C₀) , “多余的排水”就是指实际发生的原水浊度C超过原水浊度设计取值C₀时, (C-C₀) 所形成的超量泥水按某一浓度形成的排泥水量, 这种多余的排泥水量可向江河排放, 说明在日本超量泥水是允许排入江河, 允许进入排泥池、浓缩池, 但不容许进入脱水工序, 脱水工序包括脱水设备及附属系统应按原水浊度设计取值所形成的设计干泥量进行设计。

　　 笔者不推荐超量泥水进入浓缩池, 日本这么做是有前提条件的, 即全量完全处理的保证率在95%及以上, 超量泥水不仅量少, 而且时间短促, 超量泥水显得不突出。日本容许超量泥水进入排泥池和浓缩池, 是通过利用平流沉淀池的泥区、排泥池、浓缩池的容积临时存储部分或全部超量泥水, 待短时高浊度过去后, 在浊度较低时段启动备用脱水机, 这就有可能全部处理或部分处理超量泥水, 实在处理不了的才向江河排放。

　　 我国根据国情, 把保证率取值放宽了, 降低了标准, 放宽到75%, 致使低保证率时超量泥水比设计处理干泥量大很多, 如果容许超量泥水进入浓缩池, 则浓缩池的固体负荷应该是设计处理干泥量加上进入浓缩池的超量泥水, 核对液面负荷时也应该是设计处理干泥量加上超量污泥按一定浓度形成的排泥水量进行核对。这样浓缩池就可能很大。仍以保证率75%的B水厂和95%的A水厂为例, B水厂浓缩池的固体负荷是按计划处理浊度10.4NTU所形成的干泥量计算的, A水厂是按计划处理浊度30NTU进行计算的, 很明显, B水厂虽然节约了占地, 降低了投资, 但保证率低, 原水浊度设计取值低, 浓缩池面积小, 是A水厂浓缩池面积的近1/3, 当原水浊度C≤10.4NTU时, A、B水厂浓缩池的固体负荷和液面负荷均没有超过, 能正常运行, 而且A水厂还大有富余, 但是当原水浊度C=30NTU时, A水厂没有超过, 而B水厂超过很多, 其固体负荷猛增到原来的近3倍, 假设原来固体负荷是按1kg/ (m²·h) , 则原水浊度达到C=30NTU时, 固体负荷达到了近3kg/ (m²·h) , 表面负荷也会大幅度增加, 破坏了B水厂浓缩池的沉淀、浓缩过程。因此, 不推荐超量污泥进入浓缩池, 而是主张在排泥池或前面排出。

　　 现在有些排泥水处理设计, 保证率尽量取低值如75%, 以节约投资和节省占地, 又不设置超量泥水排放口, 害怕环保部门检查, 任其进入浓缩池和脱水工序, 而浓缩池又按处理较低的干泥量设计, 造成排泥水处理系统运行时好时坏。当C实际发生的浊度≤C₀原水浊度设计取值时, 排泥水处理系统运行正常, 当C>C₀时, 由于超量泥水的排入, 固体负荷和表面负荷就会大幅度增加, 破坏浓缩池的沉淀、浓缩过程, 造成排泥池事故溢流, 浓缩池上清液浑浊, 底部污泥浓缩不达标进入脱水工序。

　　 但超量泥水排放会引起环保部门的关注, 并采取措施进行封堵和罚款。而《室外给水设计规范》10.1.3条又规定净水厂排泥水全量完全处理的保证率可以是75%~95%, 保证率不是100%, 就是说, 规范中本条款就容许部分处理, 部分排放, 特别是保证率取低值75%时, 排放的干泥量大于处理的干泥量, 因此, 规范本条文与环保部门的要求是有矛盾的, 需要相关部门进行协调。环保部门希望零排放, 保证率达到100%, 这是不现实的, 如果保证率达到100%, 就意味着设计处理浊度按原水最高浊度取值, 这最高浊度在工程使用期50年中可能碰上几次, 平均几年才碰上1次, 按这种原则选择脱水设备可能要几十台, 而平时经常使用的就是1~2台, 大部分设备闲置, 而且排泥池、浓缩池面积也特别大, 这就会造成排泥水处理的工程投资和占地远远超过净水厂部分, 造成头重脚轻, 极不经济, 极不合理。根据日本多年的运行管理经验, 全量完全处理的保证率取95%, 超量泥水不仅量少, 而且时间短促, 如果采用在沉淀池、排泥池、浓缩池临时存储的方法, 把部分超量泥水安排在浊度较低的时段排放, 排放的超量泥水就很少, 甚至有可能达到零排放。因此, 超量泥水就不显得那么突出。在2006年《室外给水设计规范》修编时, 最开始原稿提出的保证率是95%, 但一些专家提出西南地区的一些河流多年平均浊度就达到几百mg/L, 如果采用95%的保证率, 处理浊度按多年平均浊度的4倍就是几千mg/L, 就会出现前面提到的排泥水处理系统投资、占地远大于净水厂部分, 浪费国家大量的建设资金。而且这些河流不仅浊度高, 还流速急, 超量泥水排入其中, 不会造成河流的淤堵, 要求降低其保证率, 这些专家提出的意见也切合实际, 因此把全量完全处理的保证率降低至95%~75%。

　　 超量泥水排放口的选择推荐两种方式:一是从排泥水处理系统上游排出, 也就是说, 超量泥水不进入排泥水处理系统。二是从排泥池排出。

　　 (1) 从排泥水处理系统上游排出。从沉淀池排泥管上分流排出, 一部分进入排泥水处理系统中的排泥池, 另一部分即超量泥水排入大江大河。这一方式的优点是超量泥水不进入排泥水处理系统, 所有构筑物排泥池、浓缩池及脱水系统均按原水浊度设计取值所形成的干泥量进行设计, 避免了超量泥水对排泥池、浓缩池及脱水系统的影响。现在, 一些排泥水处理系统的构筑物和设备选型都按设计处理干泥量计算, 没有考虑超量泥水的影响, 也未设置超量泥水排放口, 结果将超量泥水引入了排泥池、浓缩池和脱水机系统, 造成超负荷运行。

　　 (2) 从排泥池底流分流出去。这种方式超量泥水进入排泥池, 排泥池底流一部分沿主流程提升进入浓缩池, 另一部分超量泥水排放, 当超量泥水不能重力排出时, 应设置超量泥水排出泵, 可以与主流程排泥泵放在一个泵房里。保证率取95%时, 排放口采用这种方式设置。

　　 对于水厂附近没有大江大河的, 建议保证率取规范的高限95%, 以避免产生大量的超量泥水。从沉淀池排出的超量泥水浓度一般在1 000mg/L以上, 不能排入附近水域和城市下水道。

　　 对于保证率采用95%的排泥水处理系统, 可考虑让部分超量泥水进入浓缩池, 但应在浓缩池的设计固体负荷上留有余地。浓缩后的超量泥水, 体积缩小了很多, 与排泥池相比, 同样的池容可临时存储更多的超量泥水, 这是利用浓缩池进行临时存储的优点, 但是绝对不能因超量泥水的进入而破坏浓缩池沉淀浓缩过程, 影响脱水工序的正常运行。