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中心，上海 200081)

1 泥渣來源

排泥水經濃縮、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、細菌和膠體顆粒等有機或無機的雜質，以及凈水處理時加入的混凝劑、凝劑等物質。

1.1 排泥水產生

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，原水水質的季節變化可能對污泥的量和濃縮、脫水性能產生很大的影響：高濁度原水產生的污泥具有較好的濃縮和脫水性能；低濁度原水產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、有機物及化學藥劑殘余物等，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調節池后，進入重力濃縮池濃縮，濃縮后約2%～4%含固率的半固態物質進入平衡池暫存后進行機械脫水。濾池反沖洗水由于含固率低，一般會先經過預濃縮處理后再進行濃縮形成半固態物質，然后進行機械脫水處理。機械脫水方式主要是離心脫水和板框脫水。離心脫水機泥渣含固率約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計詳見表1。

續表

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物質，約占到80%。春夏之交，藻類大量生長時，泥渣中的有機質含量偏高。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。 主要控制指標符合《城鎮污水處理廠污泥泥質》(GB 24188—2009)和《農用污泥污染物控制標準》(GB 4284—2018)標準要求，同時符合《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)。自來水廠泥渣具有較好的環境可接受性。

水源地不同，產生的泥渣也會有所差異，選取不同水源地的6家自來水廠對泥渣性質進行系統性分析比較，見表2。

表2 選取的自來水廠對比

2.1 檢測指標選取

經過分析篩選，選取43項檢測指標并確定檢測頻率，自2021年6月起開始指標檢測，歷時9個月[5]，詳見表3。

表3 泥渣泥質檢測指標

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2.2 主要指標數據分析

2.2.1 有機物

根據《城市污水處理廠污泥檢驗方法》(CJ/T 221—2005)中重量法檢測9個月，有機物含量變化見圖1。

圖1 有機物含量變化

2021年6月、7月的樣品檢測中，6家水廠泥渣的有機物含量均較高；9個月檢測指標中，6家水廠均呈現有機物含量隨季節變化有明顯變化，且使用青草沙水源地原水的水廠有機物含量比其他水廠高；有機質含量的最高值和最低值的差值較大。

2.2.2 重金屬

共對12種金屬類指標進行檢測，重金屬指標變化見圖2。從中鋁、鐵、鎂含量較高；9次檢測結果中，部分指標偏差較大；按照相關監測方法的檢測限值，多項指標超限。

2.2.3 砷

青櫻低著頭：“側福晉與格格受封妃嬪，皆由主子娘娘統領六宮裁決封賞。妾身此時的確還是側福晉，主子娘娘并未委屈妾身。”

根據《城市污水處理廠污泥檢驗方法》(CJ/T 221—2005)中常壓消解后電感耦合等離子體發射光譜法對砷及其化合物進行測定，檢測9個月，檢測結果部分高于限值，且青草沙水源地水廠的檢測值較高，砷含量變化見圖3。需持續關注該檢測指標，并研究分析相關原因。

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9個月，其放射性指標較高,見圖4。

圖2 重金屬指標變化

圖3 砷含量變化

圖4 放射性指標變化

2.2.5 種子發芽指數

根據《綠化種植土壤》(CJ/T 340—2016)檢測3個月，種子發芽指數變化見圖5。

2.2.6 氟化物

根據《土壤質量 氟化物的測定 離子選擇電極法》(GB/T 22104—2008)檢測3個月，檢測數據部分有異常，氟化物含量變化見圖6。

圖6 氟化物含量變化

3 泥渣處置現狀分析

3.1 缺乏針對性處置標準依據

3.2 資源化效益得不到充分發揮

泥渣含有的有機質以及植物所需的營養成分，具有一定的園林綠化和農用價值。但在機械脫水時由于加入了高分子絮凝劑改變了物理性質和化學性質，若不經分析處理，貿然進入農田，將造成土壤物理和化學環境的變化，引起土壤“板結”酸化等一系列危害其生態功能的后果。目前，尚缺乏相關標準規范，制約了資源的有效利用和相關產業的發展。

泥渣中的無機質可以作為制磚、路基等建筑材料，但是目前缺少穩定的出路，資源化效益無法充分發揮。

4 泥渣處置探索研究

泥渣是城市廢棄物的主要種類之一，應從國家、地方政府層面制定合理的政策導向，以產業化市場運作制定優惠稅收政策，將大量的自來水廠泥渣經過科學處理后，實現減量化、穩定化、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，是保證資源循環利用的有效途徑和實現可持續發展戰略的重大舉措，也是國民經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，助力實現上海建設資源節約型、環境友好型城市的目標。

4.1 制定和實施標準和規范

國家已制定與城市污水處理廠污泥有關標準50余項，內容涵蓋泥質指標測定與評價、污泥清理設備與技術規范、污泥處理處置規范、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標準規范，制約了資源的有效利用和相關產業的發展。為此要圍繞自來水廠污泥處理與利用的全過程，應盡快制定和實施《城鎮供水廠泥渣處理處置技術規范》，以有效規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 開展泥渣評價和評估

泥渣處置前應根據定期檢測指標的結果和相關標準，確定處置方向，并實行分級管理；泥渣的某些指標含量存在季節性升高時，應加強監測頻次，選擇性控制指標，超過限值的泥渣處置前應開展環境影響評價，綜合確定處置和資源化途徑。

4.2.2 推進泥渣資源化利用

泥渣資源化利用包括土地利用、建材利用和園林綠化等。泥渣優先考慮建材資源化利用，優先采用泥渣協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設施管道的墊土；當泥渣理化指標、養分指標、生物學指標、污染物控制指標及種子發芽率滿足標準《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》(GB/T 23486—2009)時，可用于園林綠化。當泥渣理化指標、養分指標、生物學指標及污染物控制指標滿足標準《城鎮污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質》(GB/T 246000—2009)時，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物含量較高時，可采用焚燒處置方式，焚燒處置不宜采用獨立焚燒的方式，宜在生活垃圾、電力、工業等行業的爐窯進行協同焚燒。當泥渣不具備資源化利用條件時，且有機物含量較低時，可采用填埋處置方式，泥渣填埋不宜采用單獨填埋的方式，宜采用與生活垃圾混合填埋或作為填埋場覆蓋土。

5 結 語

上海自來水廠排泥水經脫水處理后，每月產泥渣量因規模不同而不盡相同，從幾十噸到上千噸不等。目前主要的處置方式為外運填埋，部分泥渣用作制磚、路基等建筑材料。但由于轉運和處置均缺乏相關標準依據，隨著城市化的發展填埋地點選擇較難，且存在填埋方式不規范的問題，對周邊環境造成影響。

水廠泥渣中的無機質可以作為制磚、路基等材料的建筑材料，但是目前缺少穩定的出路，資源化效益無法充分發揮[4]。同時水廠泥渣含有的有機質以及植物所需的營養成分，具有較高的園林綠化和農用價值，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標準規范，制約了資源的有效利用和相關產業的發展。對自來水廠泥渣在產出、存放、轉運以及處理處置環節的安全性和資源利用性進行探索研究和綜合評價后，應盡快編制和出臺相應的標準和技術規范，指導泥渣的全流程管理，有效規范處置和資源化利用的方式和途徑，以此來實現供水行業綠色發展與資源化利用有序規范地結合。