凈水廠生產(chǎn)廢水及污泥處理的探討

濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)有限公司 程欣欣，李勁松，劉環(huán)環(huán)，華曉

減少水資源浪費(fèi)，對(duì)污染水資源進(jìn)行回收處理，促進(jìn)水資源的持續(xù)發(fā)展，是環(huán)境保護(hù)工作的重要內(nèi)容之一。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市廢水排出量也與日俱增，凈水廠每年排放的生產(chǎn)廢水與污泥數(shù)量也逐年增加。這些生產(chǎn)廢水與污泥如果得不到及時(shí)處理和回收利用，而是亂排亂放，會(huì)污染了水資源和土地資源，不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)水利部發(fā)布的《21世紀(jì)中國(guó)水供應(yīng)》數(shù)據(jù)顯示，從2010年開始，我國(guó)就正式進(jìn)入嚴(yán)重缺水期，因此，加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)廢水及污泥的處理，以更好地回收利用，成為亟待解決的重要問題。

一、凈水廠生產(chǎn)廢水及污泥處理的現(xiàn)狀概述

我國(guó)廢水污泥處理技術(shù)起步比較晚，一般以填埋和土地利用為主，以脫水和消化為輔，大部分污泥都是直接轉(zhuǎn)移到其他地方簡(jiǎn)易堆放，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成極大影響。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)力度加強(qiáng)，從2010年開始，我國(guó)開始大力發(fā)展污泥廢水處理技術(shù)。到目前為止，各地水司都高度重視水廠生產(chǎn)廢水及污泥處理系統(tǒng)的建設(shè)。如北京、上海等地的凈水廠都建立起較為完善的生產(chǎn)廢水及污泥處理系統(tǒng)，針對(duì)堆積在綜合池底部的排泥水、絮凝池底部的排泥水和反沖洗排放的廢水等進(jìn)行有效處理。對(duì)水廠生產(chǎn)廢水及污泥進(jìn)行處理，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益也得到了廣泛認(rèn)可。比如，一水廠通過減少無(wú)效的泥漿水和沖洗水排放，自用水量從8%降低到2.3%，每年節(jié)約200萬(wàn)立方米的水資源，節(jié)約生產(chǎn)成本近100萬(wàn)元。還有研究人員不斷對(duì)水廠的節(jié)水和排放工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過調(diào)整混合水濁度，改善混凝和節(jié)約藥劑，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)費(fèi)用的有效利用。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廢水的處理工藝如下圖1、圖2所示。

圖1 分建式

圖2 合建式

二、凈水廠加強(qiáng)生產(chǎn)廢水及污泥處理的必要性

我國(guó)是一個(gè)水資源并不豐富的國(guó)家，根據(jù)2016年國(guó)家發(fā)布的水資源公報(bào)，我國(guó)現(xiàn)有水資源總量2.8萬(wàn)億立方米，絕大多數(shù)省份人均水資源低于1000立方米，按照國(guó)家慣例，屬于嚴(yán)重缺水狀態(tài)。再加上國(guó)民對(duì)水資源的保護(hù)意識(shí)薄弱，經(jīng)濟(jì)建設(shè)加重水資源污染，進(jìn)一步加劇了我國(guó)水資源的匱乏情況。

隨著環(huán)保越來(lái)越受到重視，我國(guó)也逐漸加大了對(duì)廢水及污泥處理技術(shù)的攻克力度，并從2010年開始大力發(fā)展凈水工業(yè)，凈水廠數(shù)量也與日俱增，生產(chǎn)廢水及污泥的排放量不斷增大，與此同時(shí)，回收處理技術(shù)也取得很大發(fā)展。截至2020年底，我國(guó)凈水廠數(shù)量一共為2943座，日處理生產(chǎn)能力超過32072萬(wàn)立方米。隨著凈水廠生產(chǎn)能力不斷提升、供水總量不斷增加，凈水廠的生產(chǎn)廢水及污泥排放量也逐漸升高。這些生產(chǎn)廢水及污泥如果不能及時(shí)處理，加以回收利用，將會(huì)對(duì)水資源和土壤造成很大污染，影響生態(tài)環(huán)境。因此，凈水廠需要對(duì)生產(chǎn)廢水及污泥做無(wú)害化處理，通過減容、減量、穩(wěn)定和無(wú)害化等操作過程，減少其中的有害物質(zhì)，并進(jìn)行重復(fù)利用，以更好地保護(hù)環(huán)境。

三、凈水廠生產(chǎn)廢水及污泥處理技術(shù)分析

廢水及污泥處理是指通過專業(yè)技術(shù)手段來(lái)除去或減少?gòu)U水及污泥中的有害固體、有機(jī)污染物，使其能夠達(dá)到再次使用或國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。目前我國(guó)廢水及污泥處理技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和餐飲行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。以下對(duì)凈水廠的生產(chǎn)廢水及污泥處理技術(shù)進(jìn)行分析。

（一）凈水廠生產(chǎn)廢水的處理

1.處理流程

凈水廠的生產(chǎn)廢水處理主要步驟包括調(diào)節(jié)、濃縮、脫水、處置這四個(gè)環(huán)節(jié)。各個(gè)地區(qū)的凈水廠可以根據(jù)水廠所在的地理環(huán)境和社會(huì)條件，設(shè)置生產(chǎn)廢水的處理流程。隨著生產(chǎn)廢水處理工序的推進(jìn)，排泥水中的水分減少，污泥濃度也隨之增大。凈水廠處理生產(chǎn)廢水前，要將水廠內(nèi)部濾池進(jìn)行清洗，清洗濾池的水占整個(gè)濾池容水量的2%左右，避免過度清洗造成水資源浪費(fèi)，也避免清洗水量不足而影響清洗效果。將生產(chǎn)廢水引流至配水井中，以此來(lái)降低廢水的浪費(fèi)與損耗，然后利用收集濾池進(jìn)行反沖洗水，將生產(chǎn)廢水一遍遍過濾沖洗，讓廢水中的大顆粒物質(zhì)下沉，形成沉積物?；厥账卦跒V池沖洗完畢后進(jìn)行間歇式?jīng)_洗，并削弱廢水回流產(chǎn)生的脈沖效應(yīng)，這樣可以降低廢水沖擊力對(duì)配水井的影響。同時(shí)在反沖洗水過程中要將廢水中的微粒絮體過濾出來(lái)，這些微粒絮體具有一定的吸附能力，將它們收集起來(lái)，能凈化廢水中的大顆粒物質(zhì)，減少?gòu)U水中絮凝劑的使用量，并使廢水回流至配水井，能夠大幅提高廢水利用率。

2.處理技術(shù)

生產(chǎn)廢水處理技術(shù)主要有活性污泥法、膜分離處理法和生物膜法等處理技術(shù)。

活性污泥法是最常用的廢水好氧生物處理技術(shù)，即通過微生物產(chǎn)生好氧代謝反應(yīng)，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行預(yù)處理，使廢水和污泥混合液得到足夠攪拌與充分接觸反應(yīng)，隨后進(jìn)入沉淀池沉淀下來(lái)成為污泥，流出沉淀池的就是精華水，從而實(shí)現(xiàn)水泥分離，達(dá)到減少?gòu)U水中有害物質(zhì)的目的?；钚晕勰喾ǔ送ㄟ^有氧分解有機(jī)物，還能夠起到凝聚和沉降作用，分離出活性污泥，但該方法處理廢水的成本較高，會(huì)影響其推廣與應(yīng)用。

膜分離處理法技術(shù)核心是經(jīng)過特殊制造，具備選擇穿透性的薄膜，對(duì)于不同的液體組成成分發(fā)揮選擇滲透的性能作用，通過薄膜來(lái)對(duì)生產(chǎn)廢水進(jìn)行提純和分離，篩選廢水中的有害成分，再對(duì)這些有害成分進(jìn)行凈化處理。常見的膜分離技術(shù)包括超濾膜分離技術(shù)、納濾膜分離技術(shù)、液膜分離技術(shù)、膜生物反應(yīng)器技術(shù)等等。該處理技術(shù)的好處是操作簡(jiǎn)單和適用性強(qiáng)，能夠廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的廢水處理，但也會(huì)污染環(huán)境，很多物質(zhì)附著在膜表面，使得膜孔變小，無(wú)法起到過濾作用。（見圖3）

圖3 膜分離處理法示意圖

生物膜法是新興的廢水處理技術(shù)，該技術(shù)在濾料介質(zhì)表面覆蓋一層微生物，形成生物膜。污水同生物膜接觸后，就可以利用這層膜去除廢水中的有害有機(jī)物，將其轉(zhuǎn)換為二氧化碳、水和氨等無(wú)害物質(zhì)，從而起到凈水作用。生物膜法更適用于中小城市的凈水廠，因?yàn)樵摲椒ɑㄙM(fèi)用較低，處理成本低，占地面積大，但處理廢水效率較低，因此適合中小城市經(jīng)費(fèi)有限且廢水處理量不大的凈水廠。且該方法需要高負(fù)荷生物濾池，可分為普通生物濾池、間歇生物濾池等多種形式。該濾池更適合南方地區(qū)應(yīng)用，所以生物膜法具有一定的局限性。

除了以上這三種常見的廢水處理技術(shù)外，還有穩(wěn)定塘法、化學(xué)處理法和氧化法。穩(wěn)定塘屬于自然生物處理技術(shù)，即用天然池塘、洼地、海灘等多個(gè)塘串聯(lián)形成處理系統(tǒng)，利用菌藻共生原理處理廢水中的有機(jī)物，該方法只能在條件適宜的地方應(yīng)用，且占地面積大，凈化速度慢，存在缺陷。化學(xué)處理法目前也存在一些不足，例如凈水能力有限、能耗高且存在安全隱患，因此只適用于對(duì)水質(zhì)要求不高且投資有限的小型凈水廠。氧化法分為化學(xué)催化、光催化和濕式氧化法等多種氧化法，這些氧化法中光催化法處理廢水效果最好，而且光催化法基礎(chǔ)設(shè)施成本低、操作簡(jiǎn)單，但是目前尚處于實(shí)驗(yàn)階段，尚沒有大范圍推廣普及。其他氧化方法雖然操作簡(jiǎn)單，但對(duì)廢水的凈化效果有限，不適合單獨(dú)使用，需要配合其他廢水處理技術(shù)一起使用。

（二）凈水廠污泥的處理

凈水廠對(duì)生產(chǎn)廢水脫泥的主要方法是機(jī)械脫水，對(duì)生產(chǎn)廢水濃縮后產(chǎn)生的污泥，要進(jìn)一步進(jìn)行脫水變成泥餅，使污泥變成泥餅，方便搬運(yùn)和最終處置，處置后按要求不能出現(xiàn)新的二次污染，因此，也需要采用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行處理。

1.處理流程

凈水廠對(duì)污泥的處理過程包括收集、濃縮、脫水和最終處置四個(gè)步驟。收集是指將廢水過濾沉淀下來(lái)的沉淀物——污泥集中收集，確保污泥不擴(kuò)散，避免污泥對(duì)環(huán)境的二次污染。因?yàn)槲勰嗑哂幸欢ǖ挠H水性，會(huì)溶解在水中，為了充分將污泥和水分離出來(lái)，就需要在收集完污泥后對(duì)其進(jìn)行濃縮處理，確保大顆粒污泥不會(huì)隨著流水流逝，提高污泥中污泥顆粒的含量。為了便于污泥的運(yùn)輸、焚燒和填埋，需要在濃縮后對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理，使流動(dòng)的污泥穩(wěn)定化和固化，目前對(duì)污泥脫水常用脫水機(jī)這種設(shè)備，脫水機(jī)具有操作簡(jiǎn)便和自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。污泥經(jīng)過收集、濃縮和脫水等處理措施后，再根據(jù)實(shí)際用途進(jìn)行土地利用、焚燒和掩埋等最終處置措施。

通過覆蓋、噴灑、注射等方式，將污泥中的有機(jī)肥料和養(yǎng)料注入土壤中，來(lái)改善土壤肥力，這種污泥處置方法是污泥分散消納的主要方式，應(yīng)用最為廣泛。污泥焚燒是通過焚燒爐焚燒，使污泥轉(zhuǎn)化為灰燼，有單獨(dú)焚燒和工業(yè)窯爐協(xié)同焚燒兩種處理方式。污泥焚燒相比于土地利用具有減量率高的優(yōu)點(diǎn)，污泥焚燒可以將污泥燒為灰燼，減量率高達(dá)95%以上，污泥中的有機(jī)物完全被高溫分解，只剩下一些重金屬殘留在灰渣中，大幅降低了污泥中有害物質(zhì)的比重，促進(jìn)了污泥無(wú)害化。但是污泥焚燒也有其缺點(diǎn)，例如燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和粉塵都是大氣污染物，這成為污泥焚燒處置措施的技術(shù)難題。污泥衛(wèi)生填埋的基礎(chǔ)是污泥穩(wěn)定化，通過防滲、壓實(shí)和覆蓋等方法對(duì)污泥進(jìn)行處置，相對(duì)于土地利用和污泥焚燒的運(yùn)行成本最低，但需要占用大量土地，且防滲要求較高，污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，因此是使用率最低的污泥處置方法。

2.處理技術(shù)

在污泥收集、濃縮和脫水過程中，凈水廠會(huì)根據(jù)污泥的種類、處理環(huán)境和用途來(lái)選擇不同的處理技術(shù)，根據(jù)消化處理原理不同，主要有四種處理技術(shù)。

第一種是濃縮脫水技術(shù)，通過重力或機(jī)械的方式，如重力濃縮、機(jī)械濃縮、氣浮濃縮等，將污泥中的部分水分分離一部分出去，減少污泥體積，脫水主要有帶壓式濾脫水、離心脫水及板框壓濾脫水等方式。

第二種是厭氧消化技術(shù)。該技術(shù)是將厭氧微生物放入污泥中，厭氧微生物可以將污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣和二氧化碳，將污泥狀態(tài)穩(wěn)定，降低污泥中的水分。在厭氧消化污泥過程中，要控制好溫度，一般將溫度維持在30℃左右，這樣更有利于厭氧微生物的繁殖生存，也可以通過微生物破壁技術(shù)來(lái)提高污泥中微生物分解有機(jī)物的效率。厭氧消化污泥會(huì)產(chǎn)生清潔能源——沼氣，沼氣可以充分回收利用，充當(dāng)發(fā)電所需的能源。

第三種是好氧發(fā)酵技術(shù)。該技術(shù)主要利用園林或農(nóng)業(yè)中含碳量高的垃圾作為調(diào)理劑，利用細(xì)菌和真菌等微生物分解污泥中的有機(jī)物，使其成為小分子有機(jī)物、二氧化碳和無(wú)機(jī)鹽。在利用好氧發(fā)酵技術(shù)來(lái)處理污泥的過程中，需要高溫殺滅污泥中的各類病原體、寄生蟲及其蟲卵，并利用高溫蒸發(fā)污泥中的水分。調(diào)理劑可以改善污泥結(jié)構(gòu)，使其穩(wěn)定化和營(yíng)養(yǎng)化，增加污泥中的養(yǎng)料，使其能夠成為農(nóng)業(yè)和園林業(yè)的肥料。除此之外好氧發(fā)酵技術(shù)還有覆膜高溫發(fā)酵工藝，即在污泥上覆蓋具有微孔的薄膜，注入好氧微生物，讓微生物來(lái)分解污泥中的有害有機(jī)物，覆膜能夠減少養(yǎng)分流失，且有防雨功能。

第四種是水熱處理技術(shù)、熱解處理技術(shù)等其他技術(shù)。水熱處理是通過一定的溫度和壓力，讓污泥中的黏性有機(jī)物產(chǎn)生水解反應(yīng)，使污泥脫水，促進(jìn)污泥厭氧消化。熱解處理是將污泥加熱到一定溫度，使其中的有機(jī)物產(chǎn)生熱分解反應(yīng)，形成有機(jī)燃?xì)?、污泥碳和水等無(wú)害物質(zhì)。熱解技術(shù)操作方便，兼具經(jīng)濟(jì)性和便捷性，可將污泥熱解的燃?xì)饣厥绽?，該技術(shù)是目前最具潛力的污泥處理技術(shù)。

四、結(jié)論

近些年，資源危機(jī)和環(huán)境污染嚴(yán)重威脅人類的生存。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市排放的生產(chǎn)生活廢水及污泥量與日俱增。凈水廠目前的制水能力不斷提升，在制水過程中也會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)廢水及污泥。因此，凈水廠需要高度關(guān)注生產(chǎn)廢水和污泥的處理與回收，大力引用先進(jìn)高效的廢水及污泥凈化技術(shù)，嚴(yán)格遵循高回收利用和低污染原則，將生產(chǎn)廢水及污泥進(jìn)行無(wú)害化和穩(wěn)定化處理，并以最環(huán)保和節(jié)能的方式進(jìn)行重復(fù)利用，充分提高生產(chǎn)廢水及污泥的利用價(jià)值，只有這樣才能促進(jìn)我國(guó)水資源的可持續(xù)發(fā)展。