吳雨晴

（廣州市自來(lái)水有限公司，廣東 廣州 510000）

1 自來(lái)水廠余泥的來(lái)源

自來(lái)水廠在制水過(guò)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(lái)水，最終通過(guò)輸配水管道將自來(lái)水供應(yīng)給用戶。在這一系列凈化過(guò)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(guò)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(lái)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(wú)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(wú)廢城市”的管理理念落到實(shí)處。

自來(lái)水廠產(chǎn)生的余泥（Water Treatment Residuals，WTR）是給水廠水質(zhì)凈化過(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(méi)能詳盡考慮。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，人們開(kāi)始著手考慮污泥處置工作和自來(lái)水廠排泥水處理各自特點(diǎn)。研究人員通過(guò)研究?jī)羲に嚺c自來(lái)水廠排泥水處理之間的關(guān)系，區(qū)分出了自來(lái)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(lái)水廠已有的排泥水處理設(shè)施工作過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合自來(lái)水廠排泥水自身的特點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出了大量自來(lái)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(lái)，從歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始，一些大城市自來(lái)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(lái)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(lái)水公司是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始采用排泥水處理工藝的水司，早在2000年，廣州市自來(lái)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(jiàn)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(lái)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?、深圳、珠海均以離心為主）?，F(xiàn)階段自來(lái)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(lái)水余泥經(jīng)過(guò)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(guò)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(wú)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(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效應(yīng)，暫無(wú)穩(wěn)定出路，還需進(jìn)一步開(kāi)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(guò)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(wú)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(guò)高。目前施工過(guò)程中因?yàn)橛昧铣杀締?wèn)題，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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(kāi)展，至今還沒(méi)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(lái)看，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)化利用和自來(lái)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)。