自來水廠從汙染較少的地方遠距離引水，雖然水質有所改善，但提高了制水成本。而自來水公司將未經處理的大量濾池反沖洗廢水和沈澱池排泥水直接排入江河，不僅導致航道淤積，還對水體環境造成壹定程度的負面影響。因此，上海市自來水公司在閔行水廠(處理規模7×104 t/d)進行了排泥水處理技術和工程生產性研究，投入運行後取得良好效果。
1 排泥水特性研究
1.1 原水濁度與SS的相關關系
汙泥總量是以水中SS含量計算的，不同水源、不同季節(潮汐河流)的不同濁度都可能影響其與SS的相關關系。閔行水廠壹車間1997年12月—1998年2月原水濁度與SS的關系見圖1。
經分析可知：?
① 測得的濁度：最高為80 NTU，最低為25 NTU，平均為42.3 NTU。
② 測得的SS值：最高為130 mg/L，最低為43 mg/L，平均為83.54 mg/L。
③ 從50個數據分析可得，濁度值低於60 NTU的占90%，經統計濁度與SS的相關關系方程為：
y＝2.154 8x-7.202 4
R2＝0.9571
④ 由於試驗過程中黃浦江上遊閔行江段濁度低於80 NTU，而最大幾率在25～60 NTU之間，故高於60 NTU時與SS的相關關系有待於作進壹步研究。
1.2 排泥水汙泥總量估算
水廠排泥水中汙泥總量的估算涉及到工程土建規模、脫水機械和機泵設備的容量配置，是確定工程規模和投資成本的重要依據。?
壹車間排泥水汙泥總量估算采用英國水處理研究中心《汙泥處理指南》壹書中提供的排泥水中汙泥含量計算公式：
Q＝6.67×10.4 m3/d×1.07=7.137×104 m3/d
則平均日產幹汙泥量：
W＝71 370 m3/d×(167.6×10-6 t/m3)=11.96 t/d
最低日產幹汙泥量W＝2.36 t/d
最高日產幹汙泥量W＝40.99 t/d
本項目以濁度＝80 NTU來考慮土建規模和設備容量的配置。
1.3 排泥水自然沈降特性
不同含固率排泥水的自然沈降特性見圖2。
由圖2可知，排泥水汙泥在自然沈降過程中，汙泥沈降速率隨時間的增長不斷減小，而且不同含固率的沈降特性明顯不同。含固率較低時，初始階段汙泥沈降速度很快，較快到達壓密點，且在壓密點附近沈降曲線明顯轉折。隨著排泥水含固率的增高，汙泥界面的下降速率越來越慢，歷時曲線逐步趨於平緩，壓密點不明顯。圖中各排泥水沈降時含固率的變化數據見表2。
由表2可知，3 h後的濃縮汙泥和24 h後穩定汙泥的含固率隨著排泥水初始含固率的升高而升高。經過3 h自然沈降，底部汙泥含固率都達到4%以上，能滿足後續機械脫水設備要求。
2 排泥水處理工藝
經壹車間排泥水沈降特性試驗和汙泥粒徑大小測試，確定工藝流程。
可以看到，水廠排泥水處理工藝流程主要由五部分組成：截留池、濃縮池、汙泥平衡池、聚合物投加系統、離心機脫水機房。本流程系統有2個物料進口，即截留池的排泥水進口和高分子絮凝劑PAM加註口；有2個物料出口，即濃縮池上清液排放口和螺旋輸送器的泥餅出口。離心機分離水回收至排泥水截留池。
2.1 沈澱池排泥水的收集
經沈澱池排泥水量實測，沈澱池兩旁虹吸排泥管全開時排出量為3 680 m3/d，平均為150 m3/h。沈澱池排泥水收集主要由虹吸式吸泥機或經穿孔排泥管排出，靠重力流向截留池。截留池直徑D＝8 m,池深H＝4.8 m，有效調節容積為100 m3。池內裝有攪拌機(到達壹定水位開始攪拌)以防止汙泥沈澱。截留池出水選用兩臺潛水泵提升(壹用壹備)，其中壹臺由變頻控制並能相互切換，Q＝37.5～150 m3/h，揚程H＝93.1 kPa。截留池內安裝液位儀，控制攪拌機的開啟和傳送水位信號至PLC控制中心。潛水泵出口處安裝電磁流量儀，既可現場觀測，又可傳送信號至PLC控制中心。
2.2 排泥水的濃縮
汙泥濃縮池為地面式現澆鋼筋混凝土結構，長8.0 m，寬5.9 m，深5.4 m，設計流量160 m3/h，設計輸出汙泥濃度≥5% DS，進入濃縮池排泥水濃度≤1% DS。汙泥濃縮池底部設有刮泥機壹臺，用於收集底部濃縮汙泥。
汙泥濃縮池的主要處理部分是斜板濃縮裝置。***有斜板228塊，斜板高h＝2m，長L＝2.5m，寬B＝1m，傾角θ＝53°，斜板間距d＝8cm。
其有效沈澱面積為：
A＇=(dsinθ+Lcosθ)nB=(0.08×0.8+2.5×0.6)×228×1=356m2
折算成同等高度的平流式沈澱池，其相對停留時間為：
T＇=A＇h/Qmax＇=356×2/150=4.75h
從上述計算中可以看出，濃縮池的相對停留時間大於3 h，能滿足濃縮要求。
排泥水濃縮池擔負著雙重使命，即清濁分流。當底部汙泥濃度計測得含固率達到壹定控制指標時，通過PLC接受壹定信號，指令汙泥切割機和汙泥泵開啟，將汙泥排入平衡池，當汙泥濃度低於某壹數值時，PLC指令汙泥切割機和汙泥泵停止工作。
隨著截留池排泥水不斷進入濃縮池，其上清液不斷外排。對汙泥濃縮池進行了連續測試，測試結果見圖4。
從所獲得的18個SS及相關數據分析，濃縮池排出上清液中SS平均濃度為61.6 mg/L，最大值為77 mg/L。在進水水質平穩運行情況下，上清液中的SS濃度有下降趨勢，最低可達17 mg/L，表明連續穩定運行有利於提高濃縮池的清汙分離效果。測定結果也完全符合設計要求。
2.3 汙泥平衡池
斜板濃縮後的汙泥經安裝在管道上的汙泥切割機(用於打碎顆粒較大的固體，保護後續處理設備的安全)由三臺偏心螺旋泵(兩用壹備)送至汙泥平衡池。為防止汙泥沈降，平衡池內設有攪拌機壹臺，轉速480 r/min。此外，還安裝了液位儀(控制攪拌機的啟動和停止)和汙泥濃度計(作為脫水機汙泥處理量和PAM加註量的依據)等在線控制檢測儀表。
2.4 離心機脫水
壹車間的原水取自黃浦江上遊，濁度較高，約70～80 NTU，在水處理過程中投加硫酸鋁等混凝劑。據測定，汙泥中SiO2含量達50%以上，Al2O3含量在17%～20%左右，有機成分灼燒減量為10%～13%。汙泥中無機成分含量高，無明顯的親水性，汙泥離心脫水較容易。根據排泥水汙泥顆粒粒徑大小的分析，選用DSNX—4550離心機作為固液分離主要脫水機械。
DSNX—4550離心脫水機進泥含固率4%時處理量15 m3/h，進泥含固率5%時處理量12 m3/h,轉筒? 450/266 mm，轉筒長度與直徑比為4.17，錐角為10°，離心機最大轉筒速度3 250 r/min，工作速度2 600、2 900 r/min。
影響汙泥離心脫水效果的因素很多，歸納起來有如下三種，即：不可調節機械因素；可調節機械因素；工藝因素。要使離心機能達到預期的固液分離效果，在確定機械型號(不可調節機械因素)之後，可以調整“可調節機械因素”。如改變離心機轉筒速度，調節G的作用力，使分離因數增大，有利於固液分離；反之，減小轉筒速度使分離因素減小，則不利於固液分離。但是，過分增大轉筒速度，必定增大機器的磨損，產生大的噪音。
選擇不同的擋板來調節液體水位(池子深度)，可使分離水達到最佳清澈度和泥餅最佳幹燥度之間的平衡。總的來說，當整個液體半徑減小時，分離水變得更加透明，泥餅含水率增高。又如：轉速差越大；汙泥在離心機內停留時間越短，泥餅含水率就越高，分離水含固率就可能越大；反之，轉速差越小，汙泥在離心機內停留時間越長，固液分離越徹底，但必須防止汙泥堵塞。總之，可利用轉速差進行自動調節以補償進料中變化的固體含量。
此外，還可以調整工藝因素。當汙泥性質已經確定時，可以改變進料投配速率，減少投配量利於固液分離；增加絮凝劑加註率，可以加速固液分離速度，並使分離效果好。
2.5 工藝的自動化控制
項目進行過程中，對如何自動控制整個系統進行了研究，提出了可行的自控模式，使系統在PLC中央控制下達到無人自動運行的程度。
針對圖3工藝，實現自動運行主要解決如下幾個問題：
① 排泥水截留池自動控制?
控制輸送泵、攪拌器的開停。?
② 自動排放濃縮池的底部濃縮汙泥?
利用濃度計測定值的上下限控制濃縮池排放汙泥泵的開停，達到汙泥排放自控。?
③ 平衡池汙泥液位控制?
控制攪拌器、濃縮池排放汙泥泵、離心機進泥汙泥泵的開停以達到平衡池不溢出，不排空。?
④ 自動配制PAM溶液和自動投加藥量?
對離心脫水機的PAM加註進行自動控制。根據離心脫水機進泥量和平衡池汙泥濃度指示值控制加藥量。?
⑤ 當某泵發生故障時，切換備用泵以保證系統繼續運行。?
⑥ 協調排泥水處理工程整個系統的運行?
采用SLC 500小型可編程控制器作為中央控制，可使控制靈活、顯示直觀、設置簡便、操作容易。
3 運行結果
采用離心機對水廠排泥水濃縮汙泥進行固液分離，需選擇最佳工藝參數。研究了進入離心機的濃縮汙泥含固率的要求範圍，進料量(裝機容量)，最大產量，離心機差速、轉速，不同類型聚丙烯酰胺(PAM)加註率、投加濃度對離心機脫水後的汙泥含固率、分離水SS值和回收率的影響。
3.1 陽離子型PAM 加註率
陽離子PAM加註率與汙泥回收率、泥餅含固率的關系見圖5。從中可以得出如下結論：
① 在壹定的產量下，當PAM加註率＞0.1%時，隨PAM加註率的增加，汙泥回收率也增加；當PAM加註率為0.1%時，汙泥回收率即可達到99%。
② PAM加註率為0.08%～0.16%時均可保證離心機出泥含固率≥43%。
③ 使用陽離子型PAM處理後分離水色度(目測)較低，脫色效果較佳。
3.2 陰離子型PAM加註率
陰離子型PAM加註率與汙泥回收率、泥餅含固率的關系。
① 在壹定的產量下，當PAM加註率>0?08%時，隨PAM加註率的增加，汙泥回收率也增加；當PAM加註率為0.08%時，汙泥回收率即可達到99%。
② PAM加註率為0.08%～0.23%時均可保證離心機出泥含固率≥42%。
③ 使用陰離子型PAM處理後分離水色度(目測)較高，脫色效果不佳。
3.3 進泥流量和產量
進泥流量和產量與汙泥回收率、泥餅含固率的關系。
① 在產量達1 248 kg/h，進泥流量達 16 m3/h的情況下，仍可取得良好的處理效果。通常運行條件為產量640 kg/h，進泥流量10m3/h。
② 進泥流量範圍為6～16 m3/h情況下，汙泥回收率均在98%以上，泥餅含固率≥42%。
3.4 進泥濃度對泥餅含固率的影響
進泥濃度與汙泥回收率、泥餅含固率的關系。
離心機對進泥濃度的要求不高，在3%～6.5%範圍內均可保證較高的汙泥回收率(≥98.9%)和泥餅含固率(≥43%)。
3.5 離心機差速對泥餅含固率的影響
差速對泥餅含固率和分離水SS值的影響見圖9。從中可以得出以下結論：
① 差速範圍在7～11 r/min時，泥餅含固率均大於44%，分離水SS值為166～218 mg/L。但當差速高達12 r/min時，汙泥含固率降低，僅為39%；分離水SS值較高。
② 差速基本上對泥餅含固率影響不大，但應視進泥濃度和裝機容量選擇相應差速。進泥量大時，差速太小可能堵塞離心機；差速太大，出泥泥餅含固率會降低。
3.6 運行工藝參數
從工程運行結果可得出閔行水廠壹車間排泥水處理離心機運行最佳工藝參數。
① 進離心機濃縮汙泥濃度：3%～7%；
② 對PAM藥劑來說，陽離子型和陰離子型都可用；
③ PAM加註率為1.0～1.5 kg/t幹泥；
④ PAM儲液配制濃度：陽離子型0.5%，陰離子型0.3%；
⑤ PAM投加濃度：0.2%；
⑥ 離心機轉速：2 600 r/min和2900 r/min；
⑦ 離心機差速：5～12 r/min。
離心機在上述工藝參數情況下，對水廠排泥水進行處理，可以得出如下結論：
① 陽離子PAM加註率為0.1%～0.15%(kg/t幹泥)時，汙泥回收率＞99%，泥餅含固率≥43%；
② 陰離子PAM加註率為0.08%～0.15%(kg/t幹泥)時，汙泥回收率＞99%，泥餅含固率≥42%；
③ 投加陽離子時，分離水佳；投加陰離子時，分離水色度較差。
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