某水厂节水策略及经济性分析

李祥林 胡道田 吴瀚

（芜湖华衍水务有限公司，安徽芜湖 241000）

1.背景介绍

1.1 水厂介绍、原水介绍

某水厂采用常规的平流沉淀池加V型滤池的水处理工艺，消毒剂和絮凝剂分别采用液氯和聚合氯化铝。在水处理的资源再利用方面率先加入了污泥处理系统。即对污泥进行调制、浓缩、脱水、稳定、干化等无害化加工过程，不仅提高了原水的利用率，还满足了环保的要求。

长江水该流段水质变化具有较明显的季节性规律。原水浊度在7～10月间较高，2015―2020年原水浊度最大值达到170NTU，其他月平均值在20NTU～50NTU左右；pH值常年在7.8～8.3；CODMn常年在2.2mg/L～3.0mg/L；溶解氧1～3月在6.0mg/L～6.3mg/L，其他月份在6.5mg/L～7.0mg/L；总磷常年在0.04mg/L～0.08mg/L；总氮常年在0.3mg/L～0.7mg/L；铁常年在0.1mg/L～0.7mg/L；氨氮12～4月在0.6mg/L～ 0.9mg/L，其他月份在0.1mg/L～0.4mg/L。综上所示，水厂总体原水水质达到或优于GB3838-2002《地表水环境质量标准》中II类标准。

1.2 基本自用水结构分析

经统计，该水厂自用水中，滤池反冲洗水量最大，为107.26万m3/a，占46.10%；沉淀池排泥水量次之，为84.18万m3/a，占36.18%；絮凝池排泥水量再次之，为39.63万m3/a，占17.03%；三者占自用水量的99.31%，而其他用水仅为1.58万m3/a，占0.69%。因此，在进行节水策略研究及示范研究时将其他用水均忽略不计。

2.节水策略分析及优化

2.1 混凝池排泥模式优化

现结合本水厂水质情况，在排泥管下方加装在线污泥浓度测定仪，当开启排泥阀排泥时，将污泥排出后，污泥浓度降至标准下，自动关闭排泥阀。根据实际情况，监测数据得出每天排泥阀开启时间仅为之前的1/3。长期平稳运行时，可节约用水。

2.2 新方案效果呈现

原来混凝池每天排泥需消耗水量为π0.2m×0.2m×1.5m/s×2min×48=1085.70m3，一年消耗用水量为39.63万t。加装在线污泥浓度测定仪后，每年可节约用水量26.42 万 t。

2.2.1 沉淀池积泥规律

一般平流沉淀池前部为进水区，后部为出水区，下部为存泥区，中部为沉淀区。沉淀池底部积泥从沉淀池前端至末端呈逐步减少走势，特别是沉淀池前端1/3部分的积泥量远远大于后端。为了排出进水端较多积泥，并且节约用水，我们需要改变目前刮泥机往返一次的运行模式。我们进行试验来分析制定出具体的优化方案。

2.2.2 制定新方案

针对原运行方案中，吸泥机返回（从沉淀池出水端运行至进水端）过程时，靠近出水端排泥水较清澈，而运行至后半段（靠近进水端一侧）排泥水仍较浑浊的现象，查阅相关资料，并结合实际情况，考虑沉淀池底部存泥区存泥分布不均匀，主要集中在靠近进水端部分。由此制定出新方案如图1：

图1 吸泥机运行对比图

第一天：吸泥机由沉淀池进水端出发，至中间一节点，再返回至进水端，最后由进水端运行至出水端停止。

第二天：吸泥机由沉淀池出水端出发，运行至进水端，再由进水端运行至中间一节点，最后返回进水端停止。

由交替运行，新方案周期仍是每日运行一次，行程进行了改善。

2.2.3 制定采样试验

制定吸泥机排泥水采样实验：在沉淀池各段设置吸泥机排泥水采样点，使用1000mL量杯在指定采样点进行的采样，取回静置2h（观察发现2h后泥浆沉降变化很小），使排泥水自然沉降后，观察试管中的泥位，算出其与原1000mL水位的百分比，定为泥位占比。

以沉淀池池底排泥阀（分布在排水槽两侧）为参考，设定采样点。

一期沉淀池：沉淀池长97m，排泥阀共3个，（由进水端向出水端方向），分别在沉淀池16m、36m和90m处，则可设定8个采样点，分别是：0m、16m、36m、50m、63m、77m、90m和97m处。

二期沉淀池：沉淀池长120m，排泥阀共3个，（由进水端向出水端方向）分别在沉淀池30m、60m和90m处，则可设定9个采样点，分别是：0m、15m、30m、45m、60m、75m、90m、105m和120m处。

按照吸泥机原运行方式，对两期吸泥机往返都进行一次全程采样测量，并绘制曲线如图2～图5所示。

图2 一期：吸泥机由沉淀池进水端运行至出水端方向

图3 一期：吸泥机由沉淀池出水端运行至进水端方向（返程）

图4 二期：吸泥机由沉淀池进水端运行至出水端方向

图5 二期：吸泥机由沉淀池出水端运行至进水端方向（返程）

根据沉淀池积泥规律以及以上采样试验可知，沉淀池靠近配水花墙一端，池底积泥较多较集中，接近沉淀池中间以及集水槽部分，池底积泥逐渐趋于平稳，积泥较少，而靠近沉淀池出水端几米处，分析由于集（出）水槽位于此处，故此处水流由水平流变为向上流，造成了积泥排出量陡增，如吸泥机可行驶到位，则影响不大。

故在新方案中，根据以上试验及近期跟踪观察，吸泥机节点可设置在一期靠近沉淀池进水端41m（约总长3/7处），二期靠近沉淀池进水端48m（约总长2/5处）。

2.2.4 新方案的实施

节点确定后，按照新方案运行了两期吸泥机，并针对第一天中吸泥机最后由进水端运行至出水端停止整个过程，同样进行了排泥水采样试验，记录数据，检查排泥效果，并绘制曲线如图6～图7所示。

图6 一期： 泥位占比图

图7 二期：泥位占比图

2.2.5 新方案效果呈现

采用新方案运行后，吸泥机在完成排泥过程中，各段排泥较彻底，基本解决了沉淀水进水端一侧排泥水含固率高，中间含固率低的问题，减少了不必要的水量电量的浪费，对保证沉淀水出水水质也起到一定的作用。根据资料与实际结合，估算一期两台吸泥机每小时排水量大约为600t，二期800t。根据新方案，每日，一期可少运行0.21h，二期可少运行0.35h，计算可得每日共可节省排水量约400t，全年可节省15万t水量。查阅资料可知，7、8、9月份原水浊度将有所提高，且处在高峰供水期间，可适当延长节点距离，合理调整运行方案。

2.3 滤池分析及优化

滤池的反冲洗过程是指用过滤后的清洁水对滤层进行清洁工作，以清洗掉滤层在运行周期内所截留的悬浮固体。该厂分一二两期，一期V型滤池共12格，12格总过滤面积976.86m2，滤速V=7.3m/d。二期V型滤池共14格，14格总过滤面积976.86m2，滤速V=7.87m/d。滤料选用天然海砂均粒滤料过滤，砂粒径do=0.95-1.35mm，滤层厚1.2m，支撑层0.05m，粒径do=4-8mm，设计恒水过滤，过滤水头1.25m，长柄滤头配水。

2.3.1 滤池反冲洗方式

反冲洗设备包括：水冲设3台反冲洗泵（两用一备）；气冲设3台鼓风机（两用一备），通过变频器进行调速。气水反冲洗一般采用先气、后气水同时、最后水冲的三段式冲洗方式。

2.3.2 新方案效果呈现

采用新方案运行后，滤池在过滤过程中，既能保证出水水质，又减少了水资源的浪费。根据资料与实际结合，在现有的清洗滤池周期下，估算每个周期可节省水5L/m2s×976.86m2×2×3min=1758.35m3。已知该水厂清洗滤池周期为2d，故全年可节省水量约32.18万t水。

2.4 绿化用水分析及优化

2.4.1 绿化用水标准

绿化用水水质国标标准为：GB/T 25499-2010城市污水再生，绿化用水对市政绿地所需用的水量，国家规定的用水在每个地区都不一样。其中，一般园区或是企业草坪每平方米每年可以按照0.3m3水计算。

2.4.2 优化方案

原先的绿化用水采用清水库的水，现改为回用水池的水，依照绿化水质标准，根据数据统计，该水厂的绿化用水每年可节省水量约为72000m2×20%×0.3m3/m2=4320m3。

3.经济性分析

通过分析，如采取上述办法，可有效的降低自用水量。经过计算，某水厂每年可节约水量26.42万t+15万t+32.18万t+0.43万t=74.03万t。可直接节约水资源费0.08元/t×74.03万t=5.92万元，取水成本0.15元/t×74.03万t=11.10万元，合计共节约17.02万元。

4.结论

（1）絮凝池排泥通过加装污泥浊度仪改变排泥时间，实现可控制的自动排泥，较以往大大节约了用水量。（2）结合该水厂情况，通过改变刮泥机往返一次的运行模式，采用更优化的方案，从而达到了实现节约排泥用水的目的。（3）在不改变滤池清洗周期的前提下，调整反冲洗模式和冲洗时间，可大大降低反冲洗用水量。（4）当回用水达到中水回用标准时，绿化用水可全部取自回用水池，以达到节约用水的目的。