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1.1 處理規(guī)模

南方某D水廠和W水廠，設(shè)計規(guī)模均為50萬m3/d，水源相同，均取自東江南支流，給水處理工藝均采用常規(guī)處理工藝，即“混凝—沉淀—過濾—消毒”。處理規(guī)模數(shù)據(jù)如表1所示，兩水廠日供水量有所區(qū)別，排泥水日處理也有所不同。主要是因為兩水廠的排泥周期設(shè)置與排泥車效率不同，W 水廠排泥周期更短，排泥車效率不如 D水廠，D水廠排泥車有刮泥功能，W 水廠沒有。D水廠排泥水處理量以流量計計量，W 水廠排泥水處理系統(tǒng)進水管無流量計，按排泥閥和排泥車的額定流量估算。因兩水廠的排泥水處理工藝不同，盡管處理規(guī)模相差不大，但日均濕泥量有明顯差異。

表1 水廠參數(shù)對比

1.2 建設(shè)與運營模式

建設(shè)與運行模式對比如表2所示。D水廠因用地問題，選用的是臨建式排泥水處理設(shè)施，工期較短(60d)，采用高效濃縮池工藝，占地面積少；W 水廠選用的是土建式排泥水處理工程，工期也較長(17個月)，采用重力濃縮池工藝，占地面積較大。

D水廠采用外購排泥水處理+泥粉外運處置服務(wù)的模式，而 W 水廠采用排泥水處理工程自主建設(shè)自主運營+外購泥粉外運處置服務(wù)的模式。D水廠選用的外購服務(wù)方式，由服務(wù)單位承擔建設(shè)總投資；而 W 水廠選用的自主建設(shè)模式，自主承擔的建設(shè)總投資，前期投資費用較高。

表2 建設(shè)與運營模式對比

排泥處理工藝由調(diào)節(jié)-濃縮-平衡-脫水-泥餅處置等工序組成，其中濃縮和脫水工藝是排泥水處理中的關(guān)鍵工藝。目前給水廠排泥水處理常用的濃縮工藝有重力濃縮池和高效濃縮池兩種，脫水工藝主要有離心機脫水和板框機脫水兩種。

2.1 濃縮工藝的特點

重力濃縮池運行成本低，無藥耗、電耗，設(shè)施設(shè)備少，管理運維方便，抗沖擊負荷能力強，能適應原水高濁度；但其占地面積大，土建較多，投資成本較高。

高效濃縮池占地面積小，土建少，投資成本較低，處理效果較好；但運行費用較高，需要投加PAC和PAM 等藥劑，耗材多，如斜管/斜板需要定期更換，其能耗較高，設(shè)施設(shè)備較多，維護管理相對不方便。

2.2 脫水工藝的特點

離心機脫水其設(shè)備占地少，基建投資少，可以連續(xù)運行，處理效率較高，自動化程度高，管理方便，現(xiàn)場衛(wèi)生條件好，但其出泥泥粉含固率較低一般為20%~40%，對進泥含固率要求較高，脫水后濾液較渾濁，藥耗和運行成本較高，泥粉處置費用高，有一定噪聲。

板框機脫水其脫水性能好，泥餅含固率可高達50%，脫水后濾液SS低，運行成本較低，藥耗、能耗低，但其占地面積較大，投資成本高，間歇性脫水、處理效率較低，維護管理較復雜，衛(wèi)生條件差，一般需要人工鏟泥。

D水廠排泥水處理工藝如圖1所示，采用的是高效濃縮池+板框機脫水。

圖1 D水廠排泥水處理工藝

W 水廠排泥水處理工藝如圖2所示，采用的是重力濃縮池+離心機脫水。

圖2 W 水廠排泥水處理工藝

3.1 濃縮池上清液

對濃縮池上清液的處理要求為：處理設(shè)備上清液(指濃縮罐、沉淀池等池體的上層液體、排向污水管網(wǎng)的液體)的懸浮物濃度≤60mg/L，其余指標達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)與《水環(huán)境排放限值》(DB44/26-2001)規(guī)定的排放標準。兩個水廠濃縮池上清液SS數(shù)據(jù)如圖3所示，D水廠采用的高效濃縮池其上清液SS均值為6.0mg/L，W 水廠采用的重力濃縮池其上清液SS均值為15.1mg/L，兩間水廠的排泥水系統(tǒng)濃縮池上清液SS均處于較低水平，上清液的其他指標均符合排放標準。水廠的沉淀池排泥水含水率約99.8%，含水率高，對排泥水上清液進行回收利用，不僅具有節(jié)約水資源和保護水環(huán)境的社會意義，也有利于水廠節(jié)約生產(chǎn)成本；當水廠無法對上清液進行回用時，達排放標準也可安排排放。

圖3 濃縮池上清液SS

3.2 泥粉含水率

因處理工藝不同，兩個水廠對于泥粉含水率的要求也不一樣。D水廠對于泥粉含水率的要求為處理后的半干化泥粉月平均含水率≤55%；W 水廠設(shè)計泥粉含水率≤80%。D 水廠采用板框機脫水，泥含水率均值為45.2%；W 水廠采用離心機脫水，泥粉含水率均值為71.4%。具體數(shù)據(jù)如圖4所示，兩家水廠的泥粉含水率均能達到要求。對于泥粉的處理處置成本，按污泥計，D 水廠為 214.43 元/t，而 W 水廠為282.76元/t；按排泥水計，D水廠為1.22元/m3，而W 水廠為2.09元/m3。

圖4 泥粉含水率

3.3 回用后水質(zhì)情況

D水廠濃縮池上清液直接回用至水廠原水管，W 水廠濃縮池上清液排至排水池后回用至原水管，兩間水廠的濃縮池上清液回用后均對出廠水水質(zhì)沒有造成影響，檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 出廠水水質(zhì)數(shù)據(jù)

4.1 電耗

兩間水廠的電耗如圖5所示，D水廠的排泥水系統(tǒng)平均電耗均值為0.78kW·h/m3，其中，D水廠的板框脫水機平均電耗為0.36kW·h/m3；W 水廠的排泥水系統(tǒng)平均電耗均值為0.43kW·h/m3。數(shù)據(jù)顯示，使用重力濃縮池-離心機脫水工藝電耗明

顯低于高效濃縮池-板框機脫水工藝。

圖5 排泥水系統(tǒng)平均耗電量

4.2 排泥水處理綜合單位成本

排泥水處理綜合單位成本包含排泥水處理單位成本和泥粉單位處理成本。因兩間水廠的排泥水工程運營模式不一樣，其排泥水處理綜合單位成本的所區(qū)別。D水廠采用外購排泥水處理+泥粉外運處置服務(wù)的方式，其排泥水處理綜合成本包含電費、排泥水處理費和泥粉處置費三部分，其中，排泥水處理費已包含設(shè)備折舊費;另外，人工費和藥劑費用由服務(wù)單位負責。W 水廠采用排泥水處理工程自主建設(shè)自主運行+外購泥粉外運處置服務(wù)的模式，其排泥水處理綜合成本包含電費、藥劑費、人工費和泥粉處置費。具體數(shù)據(jù)如圖6所示，數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動情況，主要是由于不是每天都對泥粉進行外運，一般兩三天外運一次泥粉，泥粉外運的當天會產(chǎn)生泥粉處置費用。

圖6 排泥水處理綜合單位成本

經(jīng)統(tǒng)計，如表4所示，D水廠排泥水處理綜合單位成本扣減回用上清液所節(jié)約的水資源費后均值為7.28元/m3(含折舊)，其中排泥水處理單位成本為5.70元/m3(含折舊)，為服務(wù)單位收取的排泥水處理單位費用;W 水廠排泥水處理綜合單位成本扣減回用上清液所節(jié)約的水資源費后均值為2.55元/m3(不含折舊)。其他增加費用：W 水廠排泥水處理工程總投資約5000萬元，其中設(shè)備費用約1807萬元，土建工程費用約2464萬元;設(shè)備折舊的殘值率按1%算，年限按10年算；土建工程折舊的殘值率按3%算，年限按30年算;剩余其他費用按30年攤分至每噸排泥水中;設(shè)備維修維護費用按照設(shè)備原值的2.5%計算；W 水廠排泥水處理量按均值3000m3/d計算；W 水廠排泥水處理綜合單位成本需增加2.62元/m3，即5.17元/m3(含折舊)。

表4 排泥水處理綜合單位成本明細

(單位：元/m3)

注：按排泥水計，并扣減回用上清液所節(jié)約的水資源費。

表5 排泥水處理綜合單位成本

(單位：元/m3)

注：按排泥水計，成本分為排泥水和泥粉的處理處置費。

分開對比排泥水處理單位成本和泥粉的處理處置成本，見表5所示。D水廠的排泥水處理單位成本約為 W 水廠的2倍，D水廠的泥粉的處理處置成本約為 W 水廠的0.6倍。D水廠的排泥水處理單位成本偏高，泥粉的處理處置成本較低。

4.3 增加的制水成本

排泥水處理工程所增加的單位制水成本是以日處理排泥水量所產(chǎn)生的總費用計算的。排泥水處理工程增加的制水成本包括兩部分：排泥水處理增加的制水成本和泥粉處置增加的制水成本，統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。其他增加費用：W 水廠排泥水處理工程設(shè)備折舊的殘值率按1%算，年限按10年算;土建工程折舊的殘值率按3%算，年限按30年算；剩余其他費用按30年攤分至每噸自來水中;設(shè)備維修維護費用按照設(shè)備原值的2.5%計算;供水量按36萬 m3/d計算(近3年日均值)。W 水廠排泥水處理增加的單位制水成本需增加0.022元/m3，即0.040元/m3。根據(jù)統(tǒng)計，因排泥水量占水廠供水量比例較少，D水廠排泥水占供水量比例為0.53%，W 水廠排泥水量占供水量比例為0.83%，因此，盡管 W水廠排泥水處理綜合單位成本比 D水廠低，但排泥水處理的綜合費用計算到單位制水成本時，D水廠和 W 水廠沒有太大差異。

表6 增加的制水成本

4.4 投資運營預測

D水廠采用購買服務(wù)的方式，排泥水處理單位成本偏高，主要原因為與服務(wù)單位簽訂的合同為期兩年，服務(wù)單位將設(shè)備成本按照兩年折舊。D水廠的排泥水處理工藝有著占地面積少，泥粉含水率少，建設(shè)周期短等優(yōu)勢，如按照 D水廠的排泥水處理工藝自行投資運營，預測每年能節(jié)約處理費用219萬元，增加的單位制水成本約減少一半。見表7。

表7 投資運營預測

部分水廠因用地手續(xù)難以完善、要求建設(shè)工期短，前期投入成本受限，排泥水項目可以采用外購服務(wù)的方式，該模式有建設(shè)工期短，臨建設(shè)備可拆可移等優(yōu)勢。如水廠預留建設(shè)排泥水項目的位置有限，建議采用高效濃縮池工藝，其占地面積少、處理效果好。文中對比的兩水廠的排泥水系統(tǒng)濃縮池上清液SS均處于較低水平，上清液的其他指標均符合《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)與《水環(huán)境排放限值》(DB44/26-2001)規(guī)定的排放標準；上清液回用均對出廠水水質(zhì)沒有造成影響。兩間水廠的排泥水處理工藝均能達到預期效果，但離心機脫水由于泥粉含水率較高，泥粉處理處置費用相對高。

從成本來看，使用重力濃縮池-離心機脫水工藝電耗明顯低于高效濃縮池-板框機脫水工藝。自主建設(shè)模式的排泥水項目排泥水處理綜合單位成本低于外購服務(wù)模式，但增加的單位制水成本差異不大。

相比于自主建設(shè)自主運營的排泥水項目，外購服務(wù)的方式更加便捷，但成本相對高，但存在合同期滿不續(xù)簽，不能持續(xù)提供服務(wù)排泥水無法處理的風險。如自行投資運營，預測可以大大減低處理成本。