自来水厂作为水体污染首当其冲的受害者，同时又是造成水体污染的排污大户，无论从环保的角度出发，还是水厂自身利益的需要，对水处理产生的污水进行处理，已成为水厂的必要工艺。污泥处理系统中，设备投资约占工程总投资的25%～45%，选型成败对系统至关重要。由于我国在自来水厂污泥处理方面未有设计规范，通用的给排水设计手册也仅列城市污水处理的内容，设计人员可参考的资料不多。本文通过研究广州市产水50万立方米/日的西洲水厂和100万立方米/日的南洲水厂污泥处理系统的主设计，将工程设计中遇到的设备选型问题进行归纳、总结，希望能给同行提供一些设计经验和参考。

1 水厂污泥处理的特点及工艺

自来水厂污泥处理系统需处理污水为沉淀池排泥水和滤池反冲洗水。处理物质主要是源水中含有的泥沙、藻类、细小固形物以及水处理中投加的混凝剂、助凝剂等，无机成分含量较多，一般可通过污泥的吸附、沉淀去除。自来水厂污泥处理工艺要达到的目标是去除污水中的固形物、水处理过程中添加的残留药物，使之达到排放标准；回收利用上清液，减低水厂运营成本；处理后的泥饼可直接运走。

基于上述特点和目的，自来水厂污泥处理的常规工艺为；污水收集调节→初沉→浓缩→均衡→脱水→外运。主要构筑物为：预沉池、调节池、浓缩池、均质池、上清液回收池、脱水机房。其中，调节池和预沉池也可合建，但一般情况分开设置，以适应沉淀池排泥水较弄而滤池反冲洗水较稀的不同水质。如浓缩池底流浓度及流量恒定，可不设均质池。如上清液浊度低，无需沉淀，且输送距离、标高合适，也可不设上清液回收池，上清液可自流到配水井。

2 系统设备选型配置的共同要点

根据工艺需要，各构筑物配置的主要设备为：调节池中的拦污设备、混合设备、污水泵；预沉池中的浓缩机；浓缩池中的浓缩机、污水泵（或泥浆泵）；均质池中的混合设备；上清液回收池中的排泥机械、污水泵；脱水机房中的溶药设备、加药泵、泥浆泵、脱水机。

设备选型应从设备的投资、运行成本、运行安全方面考虑，设备参数由整个系统的设计依据，即干泥日产量及日处理排泥水总量决定。

理论上，必须通过对全年不同时段水源水样的浊度及水中SS值建立数学模型，并结合近年源水浊度等资料作概率统计分析，才能确定干泥的日产量。但要建立这样的数学模型必须有长期、详细的水文资料数据，并经长时间的整理分析和对比。因设计周期短，往往来不及建立数学模型，只能抽取某时段的水样作统计分析，计算干泥量与实际处理干泥量差距较大。此外，洪水期和枯水期的干泥量差距有时达5～10倍。这些因素常常令设备选型无所适从。

因此设备配置时必须充分考虑各影响因素的变化幅度，需要适应不同处理量时的实际工况。如单个池容过大、单机能力过高，会造成低处理量时整体运行成本的增高。设备应尽可能采用多池、多机配置，除脱水机房外，构筑物宜各配2个以上，对工艺参数敏感、对设备运行有较多限制条件、容易堵塞的构筑物，在条件许可时，应设置3个以上，构筑物内的设备也应配备3套以上的机组。备用能力应能满足突发事件的需要。

关键工艺设备一定要选用质量可靠，运行稳定，检修方便的设备，同时要重视配套电气控制设备的选用，以保证安全可靠运行。在无人值守的处理系统中，投入运行的设备应有电气及机械双重过载保护和报警。设备需考虑配置冲洗装置，这些装置应充分利用压力较高的出厂水。设备与污泥接触部分的材质以选用不锈钢为宜。

3 主要设备的选型及配置

（1）泵。泵是系统连续运行的关键设备。由于输送介质是排泥水，在水处理阶段已经过PH值调整，又经过了多层格栅的固形物拦截，普通的污水泵已可满足污水提升的工艺要求。如构筑物设置在地下，一般应选用潜水排污泵，以节省泵房开挖带来的投资，如构筑物高于地面，可选用立式排污泵。含固率达到2%以上的污泥水及输送进脱水机的污泥，应选用能适应高粘度介质、流量基本无脉动的螺杆泵。所有泵的密封宜采用机械密封。如泵用于抽取具浓缩作用的构筑物底部积液，其进液管路上应加装一条压力水管，当吸入管堵塞时可冲散堵塞物。

潜水排污泵电机定子内应有过热、过载保护器、绕组防凝露装置、超温报警开关、进水保护装置、漏水报警装置、超温报警开关、进水保护装置、漏水报警装置，采用大通道叶轮，叶轮材质宜用耐磨的优质灰铸铁，电机采用循环水冷却系统，保证电机在低水位及短期无水状态下可靠运行。自藕装置应有保证可靠耦合的定位、自重紧固措施。泵选用手册推荐排污泵的备用率为100%，按接触到的实际运行经验，可按50%备用，仅备用主机。

螺杆泵需变频无级可调，以适应不同的负荷；应选用干运行保护装置；污水及污泥输送用螺杆泵的定子结构应采用可调式，使螺杆泵在遭受泥砂的磨损后，仍能维持正常的工况；转子材质可选工具钢，但表面要做耐磨防腐处理，加药螺杆泵则须根据所加药物种类确定。

泵的流量根据排泥水量、构筑物的容量以及污泥在池中所需的停留时间确定，各水厂的排泥水一般是通过输泥干管重力输送至调节池，故排污泵选型时必须充分考虑上工序的泥水排放时间间隔、上一处理阶段自动控制系统的相关参数设置，充分考虑可能出现的水泵流量。

为避免污泥在管中沉积，污泥管道设计流速比清水管高1.2～1.5倍。水泵扬程计算结果与实际扬程通常会高于清水泵系统。计算时应留意污泥处理系统出液管路通常设置的止回阀和泵本身的水力损失。要充分考虑泵组各进出液管路设置的管件、各种突变带来的沿程水力损失，扬程计算结果与系统运行时实测压力是很吻合的。值得一提的是：螺杆泵供货商提供的产品压力等级通常相差较大，往往很难选到与计算扬程吻合的螺杆泵，此时应选择压力比计算扬程高的螺杆泵，即使压力等级相距较远也不能选择压力等级稍低的泵。

（2）混合设备。由于构筑物一般直径较大，污泥处理系统通常采用潜水搅拌器防止污泥沉积在池底部。

搅拌器选型要考虑搅拌器的位置、推力、推进方向和整体流速。其功率的确定有2种方法，一种是根据搅拌器生产商提供的流场图，结合构筑物的结构，推算出整体流速大于0.15m/s时所需的功率。另一种是根据经验公式，以混合介质的比重、容积作参数计算，公式为：P=（V×6/1000）×y（液）。实践证明，两种计算的结果十分接近，但都忽略了低水位时介质翻腾造成的能量损失。当池径与液位之比大于8～10时，计算结果偏小，应按一定的系数酌情增加功率，并采用多机、单机低功率的设备配置。国外某些搅拌机生产商以能量密度（W/m³）作设计参数，但计算过程需由该生产商进行。

所有潜水搅拌机均应带油室泄漏传感器及定子室泄漏传感器，应有漏水保护、过热保护、轴承超温保护、湿度保护等装置，轴封应采用可反转的机械密封。潜水搅拌机应至少备用主机一台。

（3）浓缩设备。浓缩是污泥处理过程的核心部分，浓缩池底流浓度将直接影响污泥脱水的效果。

水厂排泥水沉降性能良好，应首选重力浓缩工艺，可选用浓缩刮泥机。为方便操作和维修，池径较小时，宜选择中心传动，反之可用周边传动。采用中心传动时，池径＞20m采用垂架式，较小者可选悬挂式。在广州西洲水厂及南洲水厂污泥处理系统中，均采用悬挂式中心传动刮泥机，池径达20m，实际应用效果良好，但底流浓度＞2%时如采用悬挂式结构，池径应控制在16m以内。

悬挂式中心传动刮泥机选型应注意：选用国产机时，驱动装置采用卧式斜齿轮减速电机，必须设机械过载保护装置、过扭保护装置；中心主轴下端避免采用水下轴承支承，以防堵塞；出水口下端应设分流板，减缓水流冲击已沉污泥；刮板外缘线速度宜设定在0.015＜V＜0.04m/s，通过调速装置实现无级调速，以适应来水含泥量的变化；中心主轴宜分段设计、并保证刚度，以降低构筑物顶面标高、方便设备吊装及检修。

（4）污泥脱水机。脱水的目的是进一步降低污泥的含水率，以利于泥饼的搬运和处置。

从目前国内应用的脱水装置来看，当今较有代表性的脱水设备有：板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机和真空过滤机。设备对进泥浓度和污泥的亲水性要求不同，产出污泥的含水率有一定差距，整体投资及运行费用相差较大，必须根据实际情况慎重确定。

板框压滤机进泥浓度可低于1%～2%，泥饼含水率可低至60%～50%，脱水效果较好，能适合亲水性强的污泥，亲水性弱的污泥可不投助凝剂。但机型庞大，附属设备多，建筑结构复杂庞大，整体投资高；工作时为敞开式，自动化程度不高，工作环境较差；系统只能间歇运行。板框压滤机对于脱水效果要求高的系统和污泥亲水性强的系统有较大优势。

带式压滤机机型小，投资及运行费用低。但要求进泥浓度达5%～10%，产出污泥含水率较高，为65%～75%；污泥截留率低，脱水效率差，性能价格比低，现已极少使用。

真空过滤机进泥浓度3%～5%，可连续运行，设备故障率低，辅助设备少。但产出污泥含水率达80%；耗电量高；当污泥流量、粘度发生变化时较难适应；常要求对污泥进行粘土、石灰投加等前处理；工作环境差；由于资金投入少，多在资金、技术力量薄弱、工况变化少的情况下选用。

离心机占地面积小，可全封闭连续运行，进泥浓度3%～10%，对浓度及流量等工况的变化适应性强，单机处理量大，环境卫生好，自动化程度高，产出污泥含水率为75%～80%，但现场噪音大，必须配套污泥切割机、污泥输送泵、加药及稀释装置、无轴螺旋输送器等设备。在处理亲水性弱的污泥方面有明显优势，当前国际上正推广应用。南洲水厂、西洲水厂污泥系统也采用了离心脱水机，西洲水厂离心脱水机在进水含固率平均4%～4.5%的条件下，产出污泥的含水率低至65～72%，分离液的浊度为40NTU左右，脱水效果极佳。离心脱水机在配置时应选择3个以上机组，离心机前需配污泥切割机，药剂溶解混合投加系统应自动化，以适应污泥处理量和水质的不利因素。

4 结论

设备的选型及配置必须根据水厂的工艺流程和实际运行工况、该厂不同生产阶段排泥水的形状进行具体分析，匹配相应的设备。