凈水廠生產廢水及污泥處理的探討

濟南水務集團有限公司 程欣欣，李勁松，劉環環，華曉

減少水資源浪費，對污染水資源進行回收處理，促進水資源的持續發展，是環境保護工作的重要內容之一。隨著我國城市化進程的不斷加快，城市廢水排出量也與日俱增，凈水廠每年排放的生產廢水與污泥數量也逐年增加。這些生產廢水與污泥如果得不到及時處理和回收利用，而是亂排亂放，會污染了水資源和土地資源，不利于我國經濟和生態環境的可持續發展。根據水利部發布的《21世紀中國水供應》數據顯示，從2010年開始，我國就正式進入嚴重缺水期，因此，加強對水資源的保護，加強對生產廢水及污泥的處理，以更好地回收利用，成為亟待解決的重要問題。

一、凈水廠生產廢水及污泥處理的現狀概述

我國廢水污泥處理技術起步比較晚，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移到其他地方簡易堆放，對周邊生態環境造成極大影響。隨著我國經濟發展和環境保護力度加強，從2010年開始，我國開始大力發展污泥廢水處理技術。到目前為止，各地水司都高度重視水廠生產廢水及污泥處理系統的建設。如北京、上海等地的凈水廠都建立起較為完善的生產廢水及污泥處理系統，針對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行有效處理。對水廠生產廢水及污泥進行處理，產生的經濟效益與社會效益也得到了廣泛認可。比如，一水廠通過減少無效的泥漿水和沖洗水排放，自用水量從8%降低到2.3%，每年節約200萬立方米的水資源，節約生產成本近100萬元。還有研究人員不斷對水廠的節水和排放工藝進行優化，通過調整混合水濁度，改善混凝和節約藥劑，實現了生產費用的有效利用。國內生產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、凈水廠加強生產廢水及污泥處理的必要性

我國是一個水資源并不豐富的國家，根據2016年國家發布的水資源公報，我國現有水資源總量2.8萬億立方米，絕大多數省份人均水資源低于1000立方米，按照國家慣例，屬于嚴重缺水狀態。再加上國民對水資源的保護意識薄弱，經濟建設加重水資源污染，進一步加劇了我國水資源的匱乏情況。

隨著環保越來越受到重視，我國也逐漸加大了對廢水及污泥處理技術的攻克力度，并從2010年開始大力發展凈水工業，凈水廠數量也與日俱增，生產廢水及污泥的排放量不斷增大，與此同時，回收處理技術也取得很大發展。截至2020年底，我國凈水廠數量一共為2943座，日處理生產能力超過32072萬立方米。隨著凈水廠生產能力不斷提升、供水總量不斷增加，凈水廠的生產廢水及污泥排放量也逐漸升高。這些生產廢水及污泥如果不能及時處理，加以回收利用，將會對水資源和土壤造成很大污染，影響生態環境。因此，凈水廠需要對生產廢水及污泥做無害化處理，通過減容、減量、穩定和無害化等操作過程，減少其中的有害物質，并進行重復利用，以更好地保護環境。

三、凈水廠生產廢水及污泥處理技術分析

廢水及污泥處理是指通過專業技術手段來除去或減少廢水及污泥中的有害固體、有機污染物，使其能夠達到再次使用或國家排放標準。目前我國廢水及污泥處理技術已經在農業、工業和餐飲行業得到廣泛應用。以下對凈水廠的生產廢水及污泥處理技術進行分析。

（一）凈水廠生產廢水的處理

1.處理流程

凈水廠的生產廢水處理主要步驟包括調節、濃縮、脫水、處置這四個環節。各個地區的凈水廠可以根據水廠所在的地理環境和社會條件，設置生產廢水的處理流程。隨著生產廢水處理工序的推進，排泥水中的水分減少，污泥濃度也隨之增大。凈水廠處理生產廢水前，要將水廠內部濾池進行清洗，清洗濾池的水占整個濾池容水量的2%左右，避免過度清洗造成水資源浪費，也避免清洗水量不足而影響清洗效果。將生產廢水引流至配水井中，以此來降低廢水的浪費與損耗，然后利用收集濾池進行反沖洗水，將生產廢水一遍遍過濾沖洗，讓廢水中的大顆粒物質下沉，形成沉積物。回收水池在濾池沖洗完畢后進行間歇式沖洗，并削弱廢水回流產生的脈沖效應，這樣可以降低廢水沖擊力對配水井的影響。同時在反沖洗水過程中要將廢水中的微粒絮體過濾出來，這些微粒絮體具有一定的吸附能力，將它們收集起來，能凈化廢水中的大顆粒物質，減少廢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

生產廢水處理技術主要有活性污泥法、膜分離處理法和生物膜法等處理技術。

活性污泥法是最常用的廢水好氧生物處理技術，即通過微生物產生好氧代謝反應，對廢水中的污染物進行預處理，使廢水和污泥混合液得到足夠攪拌與充分接觸反應，隨后進入沉淀池沉淀下來成為污泥，流出沉淀池的就是精華水，從而實現水泥分離，達到減少廢水中有害物質的目的?；钚晕勰喾ǔ送ㄟ^有氧分解有機物，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，會影響其推廣與應用。

膜分離處理法技術核心是經過特殊制造，具備選擇穿透性的薄膜，對于不同的液體組成成分發揮選擇滲透的性能作用，通過薄膜來對生產廢水進行提純和分離，篩選廢水中的有害成分，再對這些有害成分進行凈化處理。常見的膜分離技術包括超濾膜分離技術、納濾膜分離技術、液膜分離技術、膜生物反應器技術等等。該處理技術的好處是操作簡單和適用性強，能夠廣泛應用于各行業的廢水處理，但也會污染環境，很多物質附著在膜表面，使得膜孔變小，無法起到過濾作用。（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，該技術在濾料介質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物，將其轉換為二氧化碳、水和氨等無害物質，從而起到凈水作用。生物膜法更適用于中小城市的凈水廠，因為該方法基建費用較低，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費有限且廢水處理量不大的凈水廠。且該方法需要高負荷生物濾池，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應用，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外，還有穩定塘法、化學處理法和氧化法。穩定塘屬于自然生物處理技術，即用天然池塘、洼地、海灘等多個塘串聯形成處理系統，利用菌藻共生原理處理廢水中的有機物，該方法只能在條件適宜的地方應用，且占地面積大，凈化速度慢，存在缺陷?；瘜W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，因此只適用于對水質要求不高且投資有限的小型凈水廠。氧化法分為化學催化、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，而且光催化法基礎設施成本低、操作簡單，但是目前尚處于實驗階段，尚沒有大范圍推廣普及。其他氧化方法雖然操作簡單，但對廢水的凈化效果有限，不適合單獨使用，需要配合其他廢水處理技術一起使用。

（二）凈水廠污泥的處理

凈水廠對生產廢水脫泥的主要方法是機械脫水，對生產廢水濃縮后產生的污泥，要進一步進行脫水變成泥餅，使污泥變成泥餅，方便搬運和最終處置，處置后按要求不能出現新的二次污染，因此，也需要采用相應的技術進行處理。

1.處理流程

凈水廠對污泥的處理過程包括收集、濃縮、脫水和最終處置四個步驟。收集是指將廢水過濾沉淀下來的沉淀物——污泥集中收集，確保污泥不擴散，避免污泥對環境的二次污染。因為污泥具有一定的親水性，會溶解在水中，為了充分將污泥和水分離出來，就需要在收集完污泥后對其進行濃縮處理，確保大顆粒污泥不會隨著流水流逝，提高污泥中污泥顆粒的含量。為了便于污泥的運輸、焚燒和填埋，需要在濃縮后對污泥進行脫水處理，使流動的污泥穩定化和固化，目前對污泥脫水常用脫水機這種設備，脫水機具有操作簡便和自動化程度高的優點。污泥經過收集、濃縮和脫水等處理措施后，再根據實際用途進行土地利用、焚燒和掩埋等最終處置措施。

通過覆蓋、噴灑、注射等方式，將污泥中的有機肥料和養料注入土壤中，來改善土壤肥力，這種污泥處置方法是污泥分散消納的主要方式，應用最為廣泛。污泥焚燒是通過焚燒爐焚燒，使污泥轉化為灰燼，有單獨焚燒和工業窯爐協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點，污泥焚燒可以將污泥燒為灰燼，減量率高達95%以上，污泥中的有機物完全被高溫分解，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的比重，促進了污泥無害化。但是污泥焚燒也有其缺點，例如燃燒產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難題。污泥衛生填埋的基礎是污泥穩定化，通過防滲、壓實和覆蓋等方法對污泥進行處置，相對于土地利用和污泥焚燒的運行成本最低，但需要占用大量土地，且防滲要求較高，污染環境風險系數高，因此是使用率最低的污泥處置方法。

2.處理技術

在污泥收集、濃縮和脫水過程中，凈水廠會根據污泥的種類、處理環境和用途來選擇不同的處理技術，根據消化處理原理不同，主要有四種處理技術。

第一種是濃縮脫水技術，通過重力或機械的方式，如重力濃縮、機械濃縮、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。該技術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物轉化為沼氣和二氧化碳，將污泥狀態穩定，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來提高污泥中微生物分解有機物的效率。厭氧消化污泥會產生清潔能源——沼氣，沼氣可以充分回收利用，充當發電所需的能源。

第三種是好氧發酵技術。該技術主要利用園林或農業中含碳量高的垃圾作為調理劑，利用細菌和真菌等微生物分解污泥中的有機物，使其成為小分子有機物、二氧化碳和無機鹽。在利用好氧發酵技術來處理污泥的過程中，需要高溫殺滅污泥中的各類病原體、寄生蟲及其蟲卵，并利用高溫蒸發污泥中的水分。調理劑可以改善污泥結構，使其穩定化和營養化，增加污泥中的養料，使其能夠成為農業和園林業的肥料。除此之外好氧發酵技術還有覆膜高溫發酵工藝，即在污泥上覆蓋具有微孔的薄膜，注入好氧微生物，讓微生物來分解污泥中的有害有機物，覆膜能夠減少養分流失，且有防雨功能。

第四種是水熱處理技術、熱解處理技術等其他技術。水熱處理是通過一定的溫度和壓力，讓污泥中的黏性有機物產生水解反應，使污泥脫水，促進污泥厭氧消化。熱解處理是將污泥加熱到一定溫度，使其中的有機物產生熱分解反應，形成有機燃氣、污泥碳和水等無害物質。熱解技術操作方便，兼具經濟性和便捷性，可將污泥熱解的燃氣回收利用，該技術是目前最具潛力的污泥處理技術。

四、結論

近些年，資源危機和環境污染嚴重威脅人類的生存。隨著我國城市化進程的加快，城市排放的生產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，在制水過程中也會產生生產廢水及污泥。因此，凈水廠需要高度關注生產廢水和污泥的處理與回收，大力引用先進高效的廢水及污泥凈化技術，嚴格遵循高回收利用和低污染原則，將生產廢水及污泥進行無害化和穩定化處理，并以最環保和節能的方式進行重復利用，充分提高生產廢水及污泥的利用價值，只有這樣才能促進我國水資源的可持續發展。