净水厂生产废水及污泥处理的探讨

济南水务集团有限公司 程欣欣，李劲松，刘环环，华晓

减少水资源浪费，对污染水资源进行回收处理，促进水资源的持续发展，是环境保护工作的重要内容之一。随着我国城市化进程的不断加快，城市废水排出量也与日俱增，净水厂每年排放的生产废水与污泥数量也逐年增加。这些生产废水与污泥如果得不到及时处理和回收利用，而是乱排乱放，会污染了水资源和土地资源，不利于我国经济和生态环境的可持续发展。根据水利部发布的《21世纪中国水供应》数据显示，从2010年开始，我国就正式进入严重缺水期，因此，加强对水资源的保护，加强对生产废水及污泥的处理，以更好地回收利用，成为亟待解决的重要问题。

一、净水厂生产废水及污泥处理的现状概述

我国废水污泥处理技术起步比较晚，一般以填埋和土地利用为主，以脱水和消化为辅，大部分污泥都是直接转移到其他地方简易堆放，对周边生态环境造成极大影响。随着我国经济发展和环境保护力度加强，从2010年开始，我国开始大力发展污泥废水处理技术。到目前为止，各地水司都高度重视水厂生产废水及污泥处理系统的建设。如北京、上海等地的净水厂都建立起较为完善的生产废水及污泥处理系统，针对堆积在综合池底部的排泥水、絮凝池底部的排泥水和反冲洗排放的废水等进行有效处理。对水厂生产废水及污泥进行处理，产生的经济效益与社会效益也得到了广泛认可。比如，一水厂通过减少无效的泥浆水和冲洗水排放，自用水量从8%降低到2.3%，每年节约200万立方米的水资源，节约生产成本近100万元。还有研究人员不断对水厂的节水和排放工艺进行优化，通过调整混合水浊度，改善混凝和节约药剂，实现了生产费用的有效利用。国内生产废水的处理工艺如下图1、图2所示。

图1 分建式

图2 合建式

二、净水厂加强生产废水及污泥处理的必要性

我国是一个水资源并不丰富的国家，根据2016年国家发布的水资源公报，我国现有水资源总量2.8万亿立方米，绝大多数省份人均水资源低于1000立方米，按照国家惯例，属于严重缺水状态。再加上国民对水资源的保护意识薄弱，经济建设加重水资源污染，进一步加剧了我国水资源的匮乏情况。

随着环保越来越受到重视，我国也逐渐加大了对废水及污泥处理技术的攻克力度，并从2010年开始大力发展净水工业，净水厂数量也与日俱增，生产废水及污泥的排放量不断增大，与此同时，回收处理技术也取得很大发展。截至2020年底，我国净水厂数量一共为2943座，日处理生产能力超过32072万立方米。随着净水厂生产能力不断提升、供水总量不断增加，净水厂的生产废水及污泥排放量也逐渐升高。这些生产废水及污泥如果不能及时处理，加以回收利用，将会对水资源和土壤造成很大污染，影响生态环境。因此，净水厂需要对生产废水及污泥做无害化处理，通过减容、减量、稳定和无害化等操作过程，减少其中的有害物质，并进行重复利用，以更好地保护环境。

三、净水厂生产废水及污泥处理技术分析

废水及污泥处理是指通过专业技术手段来除去或减少废水及污泥中的有害固体、有机污染物，使其能够达到再次使用或国家排放标准。目前我国废水及污泥处理技术已经在农业、工业和餐饮行业得到广泛应用。以下对净水厂的生产废水及污泥处理技术进行分析。

（一）净水厂生产废水的处理

1.处理流程

净水厂的生产废水处理主要步骤包括调节、浓缩、脱水、处置这四个环节。各个地区的净水厂可以根据水厂所在的地理环境和社会条件，设置生产废水的处理流程。随着生产废水处理工序的推进，排泥水中的水分减少，污泥浓度也随之增大。净水厂处理生产废水前，要将水厂内部滤池进行清洗，清洗滤池的水占整个滤池容水量的2%左右，避免过度清洗造成水资源浪费，也避免清洗水量不足而影响清洗效果。将生产废水引流至配水井中，以此来降低废水的浪费与损耗，然后利用收集滤池进行反冲洗水，将生产废水一遍遍过滤冲洗，让废水中的大颗粒物质下沉，形成沉积物。回收水池在滤池冲洗完毕后进行间歇式冲洗，并削弱废水回流产生的脉冲效应，这样可以降低废水冲击力对配水井的影响。同时在反冲洗水过程中要将废水中的微粒絮体过滤出来，这些微粒絮体具有一定的吸附能力，将它们收集起来，能净化废水中的大颗粒物质，减少废水中絮凝剂的使用量，并使废水回流至配水井，能够大幅提高废水利用率。

2.处理技术

生产废水处理技术主要有活性污泥法、膜分离处理法和生物膜法等处理技术。

活性污泥法是最常用的废水好氧生物处理技术，即通过微生物产生好氧代谢反应，对废水中的污染物进行预处理，使废水和污泥混合液得到足够搅拌与充分接触反应，随后进入沉淀池沉淀下来成为污泥，流出沉淀池的就是精华水，从而实现水泥分离，达到减少废水中有害物质的目的。活性污泥法除了通过有氧分解有机物，还能够起到凝聚和沉降作用，分离出活性污泥，但该方法处理废水的成本较高，会影响其推广与应用。

膜分离处理法技术核心是经过特殊制造，具备选择穿透性的薄膜，对于不同的液体组成成分发挥选择渗透的性能作用，通过薄膜来对生产废水进行提纯和分离，筛选废水中的有害成分，再对这些有害成分进行净化处理。常见的膜分离技术包括超滤膜分离技术、纳滤膜分离技术、液膜分离技术、膜生物反应器技术等等。该处理技术的好处是操作简单和适用性强，能够广泛应用于各行业的废水处理，但也会污染环境，很多物质附着在膜表面，使得膜孔变小，无法起到过滤作用。（见图3）

图3 膜分离处理法示意图

生物膜法是新兴的废水处理技术，该技术在滤料介质表面覆盖一层微生物，形成生物膜。污水同生物膜接触后，就可以利用这层膜去除废水中的有害有机物，将其转换为二氧化碳、水和氨等无害物质，从而起到净水作用。生物膜法更适用于中小城市的净水厂，因为该方法基建费用较低，处理成本低，占地面积大，但处理废水效率较低，因此适合中小城市经费有限且废水处理量不大的净水厂。且该方法需要高负荷生物滤池，可分为普通生物滤池、间歇生物滤池等多种形式。该滤池更适合南方地区应用，所以生物膜法具有一定的局限性。

除了以上这三种常见的废水处理技术外，还有稳定塘法、化学处理法和氧化法。稳定塘属于自然生物处理技术，即用天然池塘、洼地、海滩等多个塘串联形成处理系统，利用菌藻共生原理处理废水中的有机物，该方法只能在条件适宜的地方应用，且占地面积大，净化速度慢，存在缺陷。化学处理法目前也存在一些不足，例如净水能力有限、能耗高且存在安全隐患，因此只适用于对水质要求不高且投资有限的小型净水厂。氧化法分为化学催化、光催化和湿式氧化法等多种氧化法，这些氧化法中光催化法处理废水效果最好，而且光催化法基础设施成本低、操作简单，但是目前尚处于实验阶段，尚没有大范围推广普及。其他氧化方法虽然操作简单，但对废水的净化效果有限，不适合单独使用，需要配合其他废水处理技术一起使用。

（二）净水厂污泥的处理

净水厂对生产废水脱泥的主要方法是机械脱水，对生产废水浓缩后产生的污泥，要进一步进行脱水变成泥饼，使污泥变成泥饼，方便搬运和最终处置，处置后按要求不能出现新的二次污染，因此，也需要采用相应的技术进行处理。

1.处理流程

净水厂对污泥的处理过程包括收集、浓缩、脱水和最终处置四个步骤。收集是指将废水过滤沉淀下来的沉淀物——污泥集中收集，确保污泥不扩散，避免污泥对环境的二次污染。因为污泥具有一定的亲水性，会溶解在水中，为了充分将污泥和水分离出来，就需要在收集完污泥后对其进行浓缩处理，确保大颗粒污泥不会随着流水流逝，提高污泥中污泥颗粒的含量。为了便于污泥的运输、焚烧和填埋，需要在浓缩后对污泥进行脱水处理，使流动的污泥稳定化和固化，目前对污泥脱水常用脱水机这种设备，脱水机具有操作简便和自动化程度高的优点。污泥经过收集、浓缩和脱水等处理措施后，再根据实际用途进行土地利用、焚烧和掩埋等最终处置措施。

通过覆盖、喷洒、注射等方式，将污泥中的有机肥料和养料注入土壤中，来改善土壤肥力，这种污泥处置方法是污泥分散消纳的主要方式，应用最为广泛。污泥焚烧是通过焚烧炉焚烧，使污泥转化为灰烬，有单独焚烧和工业窑炉协同焚烧两种处理方式。污泥焚烧相比于土地利用具有减量率高的优点，污泥焚烧可以将污泥烧为灰烬，减量率高达95%以上，污泥中的有机物完全被高温分解，只剩下一些重金属残留在灰渣中，大幅降低了污泥中有害物质的比重，促进了污泥无害化。但是污泥焚烧也有其缺点，例如燃烧产生的二氧化碳和粉尘都是大气污染物，这成为污泥焚烧处置措施的技术难题。污泥卫生填埋的基础是污泥稳定化，通过防渗、压实和覆盖等方法对污泥进行处置，相对于土地利用和污泥焚烧的运行成本最低，但需要占用大量土地，且防渗要求较高，污染环境风险系数高，因此是使用率最低的污泥处置方法。

2.处理技术

在污泥收集、浓缩和脱水过程中，净水厂会根据污泥的种类、处理环境和用途来选择不同的处理技术，根据消化处理原理不同，主要有四种处理技术。

第一种是浓缩脱水技术，通过重力或机械的方式，如重力浓缩、机械浓缩、气浮浓缩等，将污泥中的部分水分分离一部分出去，减少污泥体积，脱水主要有带压式滤脱水、离心脱水及板框压滤脱水等方式。

第二种是厌氧消化技术。该技术是将厌氧微生物放入污泥中，厌氧微生物可以将污泥中的有机物转化为沼气和二氧化碳，将污泥状态稳定，降低污泥中的水分。在厌氧消化污泥过程中，要控制好温度，一般将温度维持在30℃左右，这样更有利于厌氧微生物的繁殖生存，也可以通过微生物破壁技术来提高污泥中微生物分解有机物的效率。厌氧消化污泥会产生清洁能源——沼气，沼气可以充分回收利用，充当发电所需的能源。

第三种是好氧发酵技术。该技术主要利用园林或农业中含碳量高的垃圾作为调理剂，利用细菌和真菌等微生物分解污泥中的有机物，使其成为小分子有机物、二氧化碳和无机盐。在利用好氧发酵技术来处理污泥的过程中，需要高温杀灭污泥中的各类病原体、寄生虫及其虫卵，并利用高温蒸发污泥中的水分。调理剂可以改善污泥结构，使其稳定化和营养化，增加污泥中的养料，使其能够成为农业和园林业的肥料。除此之外好氧发酵技术还有覆膜高温发酵工艺，即在污泥上覆盖具有微孔的薄膜，注入好氧微生物，让微生物来分解污泥中的有害有机物，覆膜能够减少养分流失，且有防雨功能。

第四种是水热处理技术、热解处理技术等其他技术。水热处理是通过一定的温度和压力，让污泥中的黏性有机物产生水解反应，使污泥脱水，促进污泥厌氧消化。热解处理是将污泥加热到一定温度，使其中的有机物产生热分解反应，形成有机燃气、污泥碳和水等无害物质。热解技术操作方便，兼具经济性和便捷性，可将污泥热解的燃气回收利用，该技术是目前最具潜力的污泥处理技术。

四、结论

近些年，资源危机和环境污染严重威胁人类的生存。随着我国城市化进程的加快，城市排放的生产生活废水及污泥量与日俱增。净水厂目前的制水能力不断提升，在制水过程中也会产生生产废水及污泥。因此，净水厂需要高度关注生产废水和污泥的处理与回收，大力引用先进高效的废水及污泥净化技术，严格遵循高回收利用和低污染原则，将生产废水及污泥进行无害化和稳定化处理，并以最环保和节能的方式进行重复利用，充分提高生产废水及污泥的利用价值，只有这样才能促进我国水资源的可持续发展。