上海自來水廠泥渣處置方式的研究探索

(上海市供水管理事務(wù)中心，上海 200081)

1 泥渣來源

排泥水經(jīng)濃縮、離心或板框脫水處理后，形成泥渣。泥渣成分主要是原水中的藻類、泥沙、腐殖質(zhì)、細(xì)菌和膠體顆粒等有機(jī)或無機(jī)的雜質(zhì)，以及凈水處理時(shí)加入的混凝劑、凝劑等物質(zhì)。

1.1 排泥水產(chǎn)生

自來水廠排泥水主要來源于水處理過程中的廢水，如沉淀池排泥水、沙濾池反沖洗廢水、炭濾池反沖洗廢水及初濾水,其水量一般約占水廠總制水量的3%～8%左右。

沉淀池的排泥水主要由金屬氫氧化合物、泥沙等組成，原水水質(zhì)的季節(jié)變化可能對(duì)污泥的量和濃縮、脫水性能產(chǎn)生很大的影響：高濁度原水產(chǎn)生的污泥具有較好的濃縮和脫水性能；低濁度原水產(chǎn)生的污泥濃縮和脫水較困難。一般鐵鹽混凝形成的污泥較鋁鹽更易濃縮，投加聚合物或石灰可提高濃縮性能。

濾池(沙濾池和生物活性炭濾池)反沖洗排泥水主要含有懸浮膠體、黏土、有機(jī)物及化學(xué)藥劑殘余物等，形成的污泥特性基本上與沉淀池相同。其特點(diǎn)是含泥濃度低，一般含固率僅為0.02%～0.05%。

1.2 泥渣形成

泥渣沉淀池排泥水經(jīng)調(diào)節(jié)池后，進(jìn)入重力濃縮池濃縮，濃縮后約2%～4%含固率的半固態(tài)物質(zhì)進(jìn)入平衡池暫存后進(jìn)行機(jī)械脫水。濾池反沖洗水由于含固率低，一般會(huì)先經(jīng)過預(yù)濃縮處理后再進(jìn)行濃縮形成半固態(tài)物質(zhì)，然后進(jìn)行機(jī)械脫水處理。機(jī)械脫水方式主要是離心脫水和板框脫水。離心脫水機(jī)泥渣含固率約25%～30%，板框脫水泥渣含固率約45%～50%[1-3]。上海主要自來水廠泥渣統(tǒng)計(jì)詳見表1。

續(xù)表

2 泥渣成分分析

泥渣主要成分主要為二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等無機(jī)物質(zhì)，約占到80%。春夏之交，藻類大量生長時(shí)，泥渣中的有機(jī)質(zhì)含量偏高。泥渣的熱值以惠南水廠為例：高位熱值3.717MJ/kg， 低位熱值3.099MJ/kg，僅有傳統(tǒng)市政污水廠泥渣熱值的20%左右，難以焚燒減量。 主要控制指標(biāo)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》(GB 24188—2009)和《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284—2018)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)符合《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)。自來水廠泥渣具有較好的環(huán)境可接受性。

水源地不同，產(chǎn)生的泥渣也會(huì)有所差異，選取不同水源地的6家自來水廠對(duì)泥渣性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)性分析比較，見表2。

表2 選取的自來水廠對(duì)比

2.1 檢測(cè)指標(biāo)選取

經(jīng)過分析篩選，選取43項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)并確定檢測(cè)頻率，自2021年6月起開始指標(biāo)檢測(cè)，歷時(shí)9個(gè)月[5]，詳見表3。

表3 泥渣泥質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)

續(xù)表

2.2 主要指標(biāo)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 有機(jī)物

根據(jù)《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》(CJ/T 221—2005)中重量法檢測(cè)9個(gè)月，有機(jī)物含量變化見圖1。

圖1 有機(jī)物含量變化

2021年6月、7月的樣品檢測(cè)中，6家水廠泥渣的有機(jī)物含量均較高；9個(gè)月檢測(cè)指標(biāo)中，6家水廠均呈現(xiàn)有機(jī)物含量隨季節(jié)變化有明顯變化，且使用青草沙水源地原水的水廠有機(jī)物含量比其他水廠高；有機(jī)質(zhì)含量的最高值和最低值的差值較大。

2.2.2 重金屬

共對(duì)12種金屬類指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，重金屬指標(biāo)變化見圖2。從中鋁、鐵、鎂含量較高；9次檢測(cè)結(jié)果中，部分指標(biāo)偏差較大；按照相關(guān)監(jiān)測(cè)方法的檢測(cè)限值，多項(xiàng)指標(biāo)超限。

2.2.3 砷

青櫻低著頭：“側(cè)福晉與格格受封妃嬪，皆由主子娘娘統(tǒng)領(lǐng)六宮裁決封賞。妾身此時(shí)的確還是側(cè)福晉，主子娘娘并未委屈妾身。”

根據(jù)《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》(CJ/T 221—2005)中常壓消解后電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對(duì)砷及其化合物進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)9個(gè)月，檢測(cè)結(jié)果部分高于限值，且青草沙水源地水廠的檢測(cè)值較高，砷含量變化見圖3。需持續(xù)關(guān)注該檢測(cè)指標(biāo)，并研究分析相關(guān)原因。

2.2.4 放射性

按照《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)，水庫水源地的水廠泥渣檢測(cè)9個(gè)月，其放射性指標(biāo)較高,見圖4。

圖2 重金屬指標(biāo)變化

圖3 砷含量變化

圖4 放射性指標(biāo)變化

2.2.5 種子發(fā)芽指數(shù)

根據(jù)《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)檢測(cè)3個(gè)月，種子發(fā)芽指數(shù)變化見圖5。

2.2.6 氟化物

根據(jù)《土壤質(zhì)量 氟化物的測(cè)定 離子選擇電極法》(GB/T 22104—2008)檢測(cè)3個(gè)月，檢測(cè)數(shù)據(jù)部分有異常，氟化物含量變化見圖6。

圖6 氟化物含量變化

3 泥渣處置現(xiàn)狀分析

3.1 缺乏針對(duì)性處置標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

3.2 資源化效益得不到充分發(fā)揮

泥渣含有的有機(jī)質(zhì)以及植物所需的營養(yǎng)成分，具有一定的園林綠化和農(nóng)用價(jià)值。但在機(jī)械脫水時(shí)由于加入了高分子絮凝劑改變了物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，若不經(jīng)分析處理，貿(mào)然進(jìn)入農(nóng)田，將造成土壤物理和化學(xué)環(huán)境的變化，引起土壤“板結(jié)”酸化等一系列危害其生態(tài)功能的后果。目前，尚缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制約了資源的有效利用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

泥渣中的無機(jī)質(zhì)可以作為制磚、路基等建筑材料，但是目前缺少穩(wěn)定的出路，資源化效益無法充分發(fā)揮。

4 泥渣處置探索研究

泥渣是城市廢棄物的主要種類之一，應(yīng)從國家、地方政府層面制定合理的政策導(dǎo)向，以產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)運(yùn)作制定優(yōu)惠稅收政策，將大量的自來水廠泥渣經(jīng)過科學(xué)處理后，實(shí)現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化，并作為廢棄物資源加以利用。這種化害為利、變廢為寶的資源綜合利用，是保證資源循環(huán)利用的有效途徑和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措，也是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，助力實(shí)現(xiàn)上海建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型城市的目標(biāo)。

4.1 制定和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

國家已制定與城市污水處理廠污泥有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)50余項(xiàng)，內(nèi)容涵蓋泥質(zhì)指標(biāo)測(cè)定與評(píng)價(jià)、污泥清理設(shè)備與技術(shù)規(guī)范、污泥處理處置規(guī)范、污泥資源化利用途徑等。但是在自來水廠的污渣處置及資源化利用方面缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制約了資源的有效利用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為此要圍繞自來水廠污泥處理與利用的全過程，應(yīng)盡快制定和實(shí)施《城鎮(zhèn)供水廠泥渣處理處置技術(shù)規(guī)范》，以有效規(guī)范泥渣處置和資源化利用的方式和途徑。

4.2 確定資源化和處置途徑

4.2.1 開展泥渣評(píng)價(jià)和評(píng)估

泥渣處置前應(yīng)根據(jù)定期檢測(cè)指標(biāo)的結(jié)果和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定處置方向，并實(shí)行分級(jí)管理；泥渣的某些指標(biāo)含量存在季節(jié)性升高時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻次，選擇性控制指標(biāo)，超過限值的泥渣處置前應(yīng)開展環(huán)境影響評(píng)價(jià)，綜合確定處置和資源化途徑。

4.2.2 推進(jìn)泥渣資源化利用

泥渣資源化利用包括土地利用、建材利用和園林綠化等。泥渣優(yōu)先考慮建材資源化利用，優(yōu)先采用泥渣協(xié)同建筑垃圾再生骨料制備免燒磚，也可用作城市道路底土、建筑物回填土和城市基礎(chǔ)設(shè)施管道的墊土；當(dāng)泥渣理化指標(biāo)、養(yǎng)分指標(biāo)、生物學(xué)指標(biāo)、污染物控制指標(biāo)及種子發(fā)芽率滿足標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)時(shí)，可用于園林綠化。當(dāng)泥渣理化指標(biāo)、養(yǎng)分指標(biāo)、生物學(xué)指標(biāo)及污染物控制指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)》(GB/T 246000—2009)時(shí)，可用于土地改良。

4.2.3 焚燒和填埋處置泥渣

不具備資源化利用條件且有機(jī)物含量較高時(shí)，可采用焚燒處置方式，焚燒處置不宜采用獨(dú)立焚燒的方式，宜在生活垃圾、電力、工業(yè)等行業(yè)的爐窯進(jìn)行協(xié)同焚燒。當(dāng)泥渣不具備資源化利用條件時(shí)，且有機(jī)物含量較低時(shí)，可采用填埋處置方式，泥渣填埋不宜采用單獨(dú)填埋的方式，宜采用與生活垃圾混合填埋或作為填埋場(chǎng)覆蓋土。

5 結(jié) 語

上海自來水廠排泥水經(jīng)脫水處理后，每月產(chǎn)泥渣量因規(guī)模不同而不盡相同，從幾十噸到上千噸不等。目前主要的處置方式為外運(yùn)填埋，部分泥渣用作制磚、路基等建筑材料。但由于轉(zhuǎn)運(yùn)和處置均缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，隨著城市化的發(fā)展填埋地點(diǎn)選擇較難，且存在填埋方式不規(guī)范的問題，對(duì)周邊環(huán)境造成影響。

水廠泥渣中的無機(jī)質(zhì)可以作為制磚、路基等材料的建筑材料，但是目前缺少穩(wěn)定的出路，資源化效益無法充分發(fā)揮[4]。同時(shí)水廠泥渣含有的有機(jī)質(zhì)以及植物所需的營養(yǎng)成分，具有較高的園林綠化和農(nóng)用價(jià)值，資源化潛力突出。

國家在自來水廠的泥渣處理處置及資源化利用方面缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制約了資源的有效利用和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)自來水廠泥渣在產(chǎn)出、存放、轉(zhuǎn)運(yùn)以及處理處置環(huán)節(jié)的安全性和資源利用性進(jìn)行探索研究和綜合評(píng)價(jià)后，應(yīng)盡快編制和出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)泥渣的全流程管理，有效規(guī)范處置和資源化利用的方式和途徑，以此來實(shí)現(xiàn)供水行業(yè)綠色發(fā)展與資源化利用有序規(guī)范地結(jié)合。