自来水厂余泥资源化综合利用的途径分析

吴雨晴

（广州市自来水有限公司，广东 广州 510000）

1 自来水厂余泥的来源

自来水厂在制水过程中取原水，经投加混凝剂后的一系列常规工艺将原水净化成自来水，最终通过输配水管道将自来水供应给用户。在这一系列净化过程中，原水的损失率约5%左右，这5%的水量最终排出净水工艺系统之外。

原水中含有的颗粒悬浮物、溶解性胶体等杂质，通过在原水中投加化学电介质絮凝剂（如铝盐或铁盐）并进行混凝搅拌等工艺，最终将原水中的杂质与混凝剂絮凝形成“矾花”以达到使水澄清的目的。当“矾花”逐渐聚集在一起从而沉淀到沉淀池底部形成浓缩污泥。在沉淀池底部，利用虹吸原理，将浓缩污泥随排泥水排出。南方某水厂的净水工艺流程如图1，排泥水处理流程图如图2。

图1 南方某水厂净水工艺流程示意图

图2 南方某水厂排泥水处理流程示意图

2 自来水余泥资源化的背景

我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金山银山。以“无废城市”的发展理念为核心，持续推动固体废物源头的再利用，实现真正的“变废为宝”，从而将固体废物环境影响降至最低，最终能够让“无废城市”的管理理念落到实处。

自来水厂产生的余泥（Water Treatment Residuals，WTR）是给水厂水质净化过程中生产的富含铝铁絮凝剂的副产物。余泥中24%～46%都是铝成分，其余的为泥沙，属于一般固体废物，是一种相对清洁的、可循环利用的物质。应尽快找寻一种成本低、可推广性强的资源化途径，充分响应国家生态文明建设大方向。

泥沙可进行以下几个方面的资源再利用：（1）用作混凝土或砂浆的原料。这些泥沙可通过筛网区分出不同粒径，当作建筑材料的级配原料，从而达到资源再利用；（2）用于农业造林。泥沙中富含微量元素，是植被的天然肥料；（3）金属铝回收等。这些针对水厂余泥复用的建议在经济和环境上有具有可持续性的发展意义。

3 自来水厂余泥脱水及处置的主要方式

20世纪60年代以前，在一些发达国家就已经在自来水厂添加排泥水处理的设施和工艺了。但当时所运用的这些排泥水处理设施及工艺，相当一部分依然是参考污水以及污泥在污水厂的处理思路刻板借鉴，自来水厂排泥水与污水厂产生的污水污泥各自的特点以及不尽相同之处并没能详尽考虑。

20世纪60年代以来，人们开始着手考虑污泥处置工作和自来水厂排泥水处理各自特点。研究人员通过研究净水工艺与自来水厂排泥水处理之间的关系，区分出了自来水厂排泥水处理与污水厂污泥处理之间的异同点，同时结合了已运营的自来水厂已有的排泥水处理设施工作过程中的经验和教训。在此基础上，结合自来水厂排泥水自身的特点，创新性地提出了大量自来水厂排泥水处理的较有效的工艺、方法和设备。

1970年代以来，从欧美等发达国家开始，一些大城市自来水厂都相继建成了更加完善的城市污水污泥处理系统以及污水污泥处置系统。以德国、法国、英国为代表的欧洲大部分国家和地区，脱水处理后的污泥可以占水厂排出污泥量的70%。在泥水的处理上，原水浊度很低的国家，因为水厂排泥水含泥量很少，大部分水厂将排泥水排入城市污水管，由污水处理厂统一处置。而在国土面积较大，可以安排适当的土地建造天然干化场的国家，则将自来水厂排泥水排放在天然干化场中，待污泥自然干化后再对其进行处置。

广州市自来水公司是国内最早开始采用排泥水处理工艺的水司，早在2000年，广州市自来水公司下属西洲水厂就已建立排泥水处理系统。据调研考察，目前广州周边城市具备完善排泥水系统的水厂还比较少，很多水厂的排泥水系统还处于直排的阶段。

污泥脱水的目的是将水厂排出的污泥中的含水率进一步降低，便于后续的污泥处理工作，以节约场地和费用。叶辉等学者对几种污泥脱水方法的优缺点进行了比较，离心机的占地面积小、操作时为全封闭式运行，卫生条件较好且能够实现连续稳定运行，但离心机的维护费用较高；带式压滤机可连续运行、电耗较小但带式压滤机的运行环境较差，且对污泥调质的要求较高；板框脱水机的脱水效果好，脱水后余泥的含固率高，但板框脱水机的设备复杂，能耗高且难以实现连续自动稳定运行。几种污泥脱水的优缺点比较见表1。

表1 几种污泥脱水方法的优缺点比较

现阶段自来水厂主流的余泥脱水方式为：大型水厂以离心为主，小型水厂以板框为主（上海、深圳、珠海均以离心为主）。现阶段自来水厂排泥水系统脱水后余泥含固率集中在20%～30%，少部分采用板框工艺的含固率接近40%。图3是离心机脱水处理后的余泥。

图3 自来水余泥经过脱水处理后装入运泥车运走

现阶段余泥处置方式主要为填埋、土地利用、制砖和制陶粒。余泥制砖的最优适宜含水率在40%左右，图4是利用余泥制砖的流程图。土地利用的可行性与余泥的化学成分有关，需要对脱水后的余泥成分进行严格的成分分析，并与农用污染物控制指标或绿化用土壤控制指标进行对比，在未超过污染物控制指标的条件下才可进行复用。填埋的方法分为单独填埋和卫生填埋，填埋污泥需满足《垃圾填埋场混合填埋泥质标准》（GB/T 23485—2009）的要求。水厂脱水后的余泥泥沙含量高，毒害性较小，一般能满足卫生填埋的要求。但填埋的方式占用了宝贵的土地资源，且产生一笔巨大的运输和填埋费用，对环境无益，甚至存在潜在的风险。个别城市在探讨余泥处置的新出路，包括生物堆肥等资源化处理途径，至今还没有形成产业化规模效应，暂无稳定出路，还需进一步开拓市场。

图4 余泥制砖流程图

4 几种余泥资源化利用的新思路

4.1 制备营养土

将水厂余泥与园林绿色废弃物进行混合后，通过起堆、堆沤翻抛、分级筛选、二次堆沤等工艺流程，加工生产成土壤改良基质、高效营养基质、有机肥等产品，循环利用在园林绿化、花卉栽培及农业生产上，最终实现水厂余泥减量化、资源化和无害化处理。

4.2 制备海绵土

目前海绵城市建设常用的是 “椰糠+河沙” 配比的海绵介质土，但河沙是不可再生资源，且高碳排，并且在“河沙禁采”后，作为原材料的中粗沙价格一直上涨，使海绵介质土造价过高。目前施工过程中因为用料成本问题，造成生物滞留设施的渗透性大大降低，成为蚊蝇滋生地。

余泥制备海绵土是指通过生物催化、余泥改性、金属钝化、物理干燥、除臭造粒等先进工艺，将自来水厂余泥制成海绵城市建设生物滞留介质（雨水花园、绿色屋顶、植草沟、高位花坛、高效生物滤池）。自来水厂余泥里面铝的成分约为30%，而铝是磷的吸附剂，作为人工湿地的介质可以大大提高对污水或雨水中磷的去除率。吸附在自来水厂余泥中的磷是植物生长的营养素，有利于植物的健康生长。余泥制海绵土的含水率≤40较优，这个含水率下产生的余泥有利于脱水后造粒工艺的运行。图5是自来水厂余泥制成的海绵土颗粒，产品含水率约为40%。

图5 自来水厂余泥制成的海绵土颗粒产品

4.3 制备建筑材料

将余泥固化，作为建筑材料用于回填，实现水厂余泥的资源化利用。

5 总结

由于工艺复杂、成本较高等一系列原因，余泥的资源化利用目前还较难实施开展，至今还没有形成产业化规模效应。但从环境保护的长远角度来看，实现水资源的可持续化利用和自来水厂余泥的资源化处理是大势所趋，是一个拥有广阔前景的环保产业。