自來水廠余泥資源化綜合利用的途徑分析

吳雨晴

（廣州市自來水有限公司，廣東 廣州 510000）

1 自來水廠余泥的來源

自來水廠在制水過程中取原水，經(jīng)投加混凝劑后的一系列常規(guī)工藝將原水凈化成自來水，最終通過輸配水管道將自來水供應(yīng)給用戶。在這一系列凈化過程中，原水的損失率約5%左右，這5%的水量最終排出凈水工藝系統(tǒng)之外。

原水中含有的顆粒懸浮物、溶解性膠體等雜質(zhì)，通過在原水中投加化學(xué)電介質(zhì)絮凝劑（如鋁鹽或鐵鹽）并進(jìn)行混凝攪拌等工藝，最終將原水中的雜質(zhì)與混凝劑絮凝形成“礬花”以達(dá)到使水澄清的目的。當(dāng)“礬花”逐漸聚集在一起從而沉淀到沉淀池底部形成濃縮污泥。在沉淀池底部，利用虹吸原理，將濃縮污泥隨排泥水排出。南方某水廠的凈水工藝流程如圖1，排泥水處理流程圖如圖2。

圖1 南方某水廠凈水工藝流程示意圖

圖2 南方某水廠排泥水處理流程示意圖

2 自來水余泥資源化的背景

我們既要綠水青山，也要金山銀山。寧要綠水青山，不要金山銀山，而且綠水青山就是金山銀山。以“無廢城市”的發(fā)展理念為核心，持續(xù)推動(dòng)固體廢物源頭的再利用，實(shí)現(xiàn)真正的“變廢為寶”，從而將固體廢物環(huán)境影響降至最低，最終能夠讓“無廢城市”的管理理念落到實(shí)處。

自來水廠產(chǎn)生的余泥（Water Treatment Residuals，WTR）是給水廠水質(zhì)凈化過程中生產(chǎn)的富含鋁鐵絮凝劑的副產(chǎn)物。余泥中24%～46%都是鋁成分，其余的為泥沙，屬于一般固體廢物，是一種相對(duì)清潔的、可循環(huán)利用的物質(zhì)。應(yīng)盡快找尋一種成本低、可推廣性強(qiáng)的資源化途徑，充分響應(yīng)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)大方向。

泥沙可進(jìn)行以下幾個(gè)方面的資源再利用：（1）用作混凝土或砂漿的原料。這些泥沙可通過篩網(wǎng)區(qū)分出不同粒徑，當(dāng)作建筑材料的級(jí)配原料，從而達(dá)到資源再利用；（2）用于農(nóng)業(yè)造林。泥沙中富含微量元素，是植被的天然肥料；（3）金屬鋁回收等。這些針對(duì)水廠余泥復(fù)用的建議在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上有具有可持續(xù)性的發(fā)展意義。

3 自來水廠余泥脫水及處置的主要方式

20世紀(jì)60年代以前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)在自來水廠添加排泥水處理的設(shè)施和工藝了。但當(dāng)時(shí)所運(yùn)用的這些排泥水處理設(shè)施及工藝，相當(dāng)一部分依然是參考污水以及污泥在污水廠的處理思路刻板借鑒，自來水廠排泥水與污水廠產(chǎn)生的污水污泥各自的特點(diǎn)以及不盡相同之處并沒能詳盡考慮。

20世紀(jì)60年代以來，人們開始著手考慮污泥處置工作和自來水廠排泥水處理各自特點(diǎn)。研究人員通過研究?jī)羲に嚺c自來水廠排泥水處理之間的關(guān)系，區(qū)分出了自來水廠排泥水處理與污水廠污泥處理之間的異同點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合了已運(yùn)營(yíng)的自來水廠已有的排泥水處理設(shè)施工作過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合自來水廠排泥水自身的特點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了大量自來水廠排泥水處理的較有效的工藝、方法和設(shè)備。

1970年代以來，從歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家開始，一些大城市自來水廠都相繼建成了更加完善的城市污水污泥處理系統(tǒng)以及污水污泥處置系統(tǒng)。以德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)為代表的歐洲大部分國(guó)家和地區(qū)，脫水處理后的污泥可以占水廠排出污泥量的70%。在泥水的處理上，原水濁度很低的國(guó)家，因?yàn)樗畯S排泥水含泥量很少，大部分水廠將排泥水排入城市污水管，由污水處理廠統(tǒng)一處置。而在國(guó)土面積較大，可以安排適當(dāng)?shù)耐恋亟ㄔ焯烊桓苫瘓?chǎng)的國(guó)家，則將自來水廠排泥水排放在天然干化場(chǎng)中，待污泥自然干化后再對(duì)其進(jìn)行處置。

廣州市自來水公司是國(guó)內(nèi)最早開始采用排泥水處理工藝的水司，早在2000年，廣州市自來水公司下屬西洲水廠就已建立排泥水處理系統(tǒng)。據(jù)調(diào)研考察，目前廣州周邊城市具備完善排泥水系統(tǒng)的水廠還比較少，很多水廠的排泥水系統(tǒng)還處于直排的階段。

污泥脫水的目的是將水廠排出的污泥中的含水率進(jìn)一步降低，便于后續(xù)的污泥處理工作，以節(jié)約場(chǎng)地和費(fèi)用。葉輝等學(xué)者對(duì)幾種污泥脫水方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，離心機(jī)的占地面積小、操作時(shí)為全封閉式運(yùn)行，衛(wèi)生條件較好且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，但離心機(jī)的維護(hù)費(fèi)用較高；帶式壓濾機(jī)可連續(xù)運(yùn)行、電耗較小但帶式壓濾機(jī)的運(yùn)行環(huán)境較差，且對(duì)污泥調(diào)質(zhì)的要求較高；板框脫水機(jī)的脫水效果好，脫水后余泥的含固率高，但板框脫水機(jī)的設(shè)備復(fù)雜，能耗高且難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。幾種污泥脫水的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 幾種污泥脫水方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

現(xiàn)階段自來水廠主流的余泥脫水方式為：大型水廠以離心為主，小型水廠以板框?yàn)橹鳎ㄉ虾！⑸钲凇⒅楹＞噪x心為主）。現(xiàn)階段自來水廠排泥水系統(tǒng)脫水后余泥含固率集中在20%～30%，少部分采用板框工藝的含固率接近40%。圖3是離心機(jī)脫水處理后的余泥。

圖3 自來水余泥經(jīng)過脫水處理后裝入運(yùn)泥車運(yùn)走

現(xiàn)階段余泥處置方式主要為填埋、土地利用、制磚和制陶粒。余泥制磚的最優(yōu)適宜含水率在40%左右，圖4是利用余泥制磚的流程圖。土地利用的可行性與余泥的化學(xué)成分有關(guān)，需要對(duì)脫水后的余泥成分進(jìn)行嚴(yán)格的成分分析，并與農(nóng)用污染物控制指標(biāo)或綠化用土壤控制指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，在未超過污染物控制指標(biāo)的條件下才可進(jìn)行復(fù)用。填埋的方法分為單獨(dú)填埋和衛(wèi)生填埋，填埋污泥需滿足《垃圾填埋場(chǎng)混合填埋泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 23485—2009）的要求。水廠脫水后的余泥泥沙含量高，毒害性較小，一般能滿足衛(wèi)生填埋的要求。但填埋的方式占用了寶貴的土地資源，且產(chǎn)生一筆巨大的運(yùn)輸和填埋費(fèi)用，對(duì)環(huán)境無益，甚至存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)。個(gè)別城市在探討余泥處置的新出路，包括生物堆肥等資源化處理途徑，至今還沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效應(yīng)，暫無穩(wěn)定出路，還需進(jìn)一步開拓市場(chǎng)。

圖4 余泥制磚流程圖

4 幾種余泥資源化利用的新思路

4.1 制備營(yíng)養(yǎng)土

將水廠余泥與園林綠色廢棄物進(jìn)行混合后，通過起堆、堆漚翻拋、分級(jí)篩選、二次堆漚等工藝流程，加工生產(chǎn)成土壤改良基質(zhì)、高效營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)、有機(jī)肥等產(chǎn)品，循環(huán)利用在園林綠化、花卉栽培及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，最終實(shí)現(xiàn)水廠余泥減量化、資源化和無害化處理。

4.2 制備海綿土

目前海綿城市建設(shè)常用的是 “椰糠+河沙” 配比的海綿介質(zhì)土，但河沙是不可再生資源，且高碳排，并且在“河沙禁采”后，作為原材料的中粗沙價(jià)格一直上漲，使海綿介質(zhì)土造價(jià)過高。目前施工過程中因?yàn)橛昧铣杀締栴}，造成生物滯留設(shè)施的滲透性大大降低，成為蚊蠅滋生地。

余泥制備海綿土是指通過生物催化、余泥改性、金屬鈍化、物理干燥、除臭造粒等先進(jìn)工藝，將自來水廠余泥制成海綿城市建設(shè)生物滯留介質(zhì)（雨水花園、綠色屋頂、植草溝、高位花壇、高效生物濾池）。自來水廠余泥里面鋁的成分約為30%，而鋁是磷的吸附劑，作為人工濕地的介質(zhì)可以大大提高對(duì)污水或雨水中磷的去除率。吸附在自來水廠余泥中的磷是植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)素，有利于植物的健康生長(zhǎng)。余泥制海綿土的含水率≤40較優(yōu)，這個(gè)含水率下產(chǎn)生的余泥有利于脫水后造粒工藝的運(yùn)行。圖5是自來水廠余泥制成的海綿土顆粒，產(chǎn)品含水率約為40%。

圖5 自來水廠余泥制成的海綿土顆粒產(chǎn)品

4.3 制備建筑材料

將余泥固化，作為建筑材料用于回填，實(shí)現(xiàn)水廠余泥的資源化利用。

5 總結(jié)

由于工藝復(fù)雜、成本較高等一系列原因，余泥的資源化利用目前還較難實(shí)施開展，至今還沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效應(yīng)。但從環(huán)境保護(hù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)化利用和自來水廠余泥的資源化處理是大勢(shì)所趨，是一個(gè)擁有廣闊前景的環(huán)保產(chǎn)業(yè)。