自来水厂排泥水处置方法.pdf

The Liquid Sludge Water Treatment Process for Water Treatment Plant Jinlong Zuo1,2,Zhiwei Zhao2 1)Department of Environmental Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin()2)School of Municipal and Environmental Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin,China(hit_)AbstractThe liquid sludge water is produced from purified units of water treatment plant.Generally the liquid sludge water accounts for the water works production water volume 3%7%.If the liquid sludge water was discharged into the river,not only the water resource was wasted,but also the water body had been polluted.So the utilization of liquid sludge water from water treatment plant is an efficient way to save water resource.Meanwhile the water environment would be protected.Keywordsliquid sludge water,water treatment plant,treatment process 自来水厂排泥水处置方法 左金龙1,2 赵志伟2 1)哈尔滨商业大学环境工程系，通达街，道里，哈尔滨，中国 2)哈尔滨工业大学市政环境学院，黄河路，南岗，哈尔滨，中国 摘 要 净水厂在水质净化生产过程中会产生一定量的排泥水，一般排泥水占水厂生产水量的 3%7%。排泥水直接排入附近水体，不仅浪费了水资源，而且污染水体。因此对排泥水进行处理及并回用是节约水资源的有效方法，同时可保护水环境。关键词 排泥水，自来水厂，处理工艺 1引言 净水厂在水质净化生产过程中必定会产生一定量的排放废水，经过适当处理后的上清液回流到水厂工艺的前端。净水厂排泥水量的大小，与水源水质、净水工艺、排泥方法和水厂操作管理水平等因素有关，一般排泥水占水厂生产水量的 3%7%1。大多数水厂都把这部分排泥水直接排入附近水体，这对日趋紧缺的水资源来说是一种浪费。同时会污染水体，抬高河床，影响河道的航运和防洪排涝能力，如何处置这些排泥水是目前中国需要面对的难题之一。2排泥水危害 美国 Connecticut 州对十三家水厂生产废水的调查显示：平均总生化量为 337mg/L,COD 在 50015000 mg/L 之间2。中国有关统计数据表明：生产废水 4702500 mg/L之间，仅上海市全部自来水厂每年排入江河的悬浮物约达30 万吨以上，有机物 3 万吨以上。铝盐混凝生产废水中总固体含量在 100017000mg/L，总悬浮固体占 7590%，挥发性固体占 2035%。在滤池反冲洗水中的铝、锰、铁等污染物质高于原水，TOC 最大含量为 143 mg/L，总铝为 158 mg/L，锰为 1.23 mg/L，总固体含量变化较大，反冲洗水开始后前 3 分钟内含量最高，达 300 mg/L，总平均为 71 mg/L2。在未经处理的反冲洗水和排泥水中，原生动物如贾第鞭毛虫和隐孢子虫含量也很高，沉淀池排泥水中贾第鞭毛虫和隐孢子虫含量分别为 3000 个/100L 和 5000 个/100L。资料表明一个水厂的滤池反冲洗水样中含有数量高达 15000 个/100L 贾第鞭毛虫和隐孢子虫含量，在另一个水厂的滤池反冲洗水样数量相对较少，为 8001400 个/100L，而两个水厂的原水中含量仅为 5300 个/100L，可见回用水中原生动物被富集了3。净水厂生产废水若直接排入江河水体，会造成水体的严重污染，并淤积抬高河床，影响江河的航运和行洪排涝能力。此外，如果接受生产废水的水体流速较慢，生产废水中的大量悬浮物质会沉积在水体底部，形成一层污泥层，可导致水体底部产生厌氧环境，使污泥中的金属离子溶解出来，使底层的 pH 值降低，甚至释放出嗅味3。当水源水2010 International Conference on Management Science 978-1-4244-9365-4/10/$26.00 2010 IEEE ICMS2010 506中含藻量较高时，沉淀池积泥区积泥中含藻，藻死亡后会释放藻毒素，因此排泥水浓缩池的上清液不宜回流到水厂进水端再利用，应在藻细胞都消失后(8d 后)方可使用。3排泥水回用方式及规则 目前生产废水的回用方式主要是沉淀浓缩后，使其满足原水的常规化学和生物学指标再回用，处理方式和处理程度与生产废水的水质有较大关系。一般排泥水回用增加了水厂生产成本，如果处理费用高于原水费用且原水水量充沛，回用的意义不大。滤池反冲洗水可直接回收，排泥水需沉淀浓缩后回用。前者设置回收池，将滤池反冲洗水加以收集，提升至原水混合絮凝池前加以回收。后者设置污泥浓缩池，将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经过浓缩，上清液提升至原水混合絮凝池前加以回收，污泥进入污泥处理系统。出于对回用水安全性的担心，2001 年美国 EPA 颁布了滤池反洗水回用规则（FBRR），该规则适用所有以地表水及直接受地表水影响的地下水水源、采用传统工艺并且将废水回用的水厂。包括滤池反冲洗水、沉淀池排泥水、浓缩上清液和脱水滤液的回用，针对常规处理工艺和直接过滤的水厂，明确了废水回用投加点。规则要求这些水厂废水回用必须等到州有关部门批准。但并未明确回用的比例和浓度限制4。AWWA 回用水影响的专题报告认为：滤池反冲洗水和排泥水中含有明显高于原水浓度的原生动物孢囊，其活性尚不能确定。在直接回用的场合下，滤池出水中孢囊的浓度与回用的关系还不明确；在回用之前通过澄清去除悬浮颗粒，可明显减少对 THMFP 和 TOC 含量，如不经过预处理，则 THMFP 和 TOC 含量增高；回用会增加滤池出水AOC 的浓度，增加输水系统得微生物再生能力；对比原水而言，回用水中含有已经形成 THMs，会导致混合后的进水 THMs 增高，但通常不至于超出现行的水质标准；当回用水量超过原水水量 5%时，采用高分子聚合物作絮凝剂的水厂，其澄清池运行更容易受到负面影响4。美国加州作为美国实行废水回用第一个州，要求新建水厂必须去除滤池反冲洗中的颗粒后，才能回流至水厂进水口，建议滤池反冲洗废水和其他废水回用浊度降到 2 NTU，如果达不到这个标准，至少应保证处理后浊度在原水浊度的平均值范围内，而且新建的废水处理系统必须达到 80%固体颗粒去除率；生产废水回用比例不能超过水厂制水量的 10%5。美国马里兰州环保局在 1994 年规定：新建水厂的生产废水未经处理不允许直接回用；老水厂允许有控制的回用，沉淀池溢流速度0.72m/h，回用率5%，絮凝沉淀时间大于 2 小时。4排泥水影响因素 有的研究认为生产废水的含固率是影响回用效果的主要因素，改善混凝效果、节省投药量的最佳含固率不大于0.7%，此时对水质影响最小。当回用生产废水含固率在0.7%左右时，回用有助于改善混凝效果；含固率大于 0.7%时，回用造成沉淀水色度、高锰酸盐指数和氨氮较高2。但回用生产废水不会对滤后水常规水质参数带来不良影响，可提高浊度、高锰酸盐指数和氨氮、总铁和剩余铝的去除率，主要是因为生产废水中大量的 Al(OH)3 沉淀物发挥的吸附和卷扫功能。同时没有造成出厂水中贾第鞭毛虫和隐孢子虫的累积和泄漏问题。通过 GC-MS 分析，回用生产废水不会增加出厂水的污染，不会造成水中卤代物等致癌有机物的积累，有利于提高有机物的去除率。Ames 试验表明，回用生产废水后，出厂水的有机物浓集物对 TA98 和 TA100 均无致突变效果。说明回用生产废水是安全的。但也有的研究认为：可将滤池反冲洗水间歇回用。回用水在回用水池中停留 0.5h，调节流量并去除部分悬浮物后回用，年平均回用率控制在 6%左右。例如美国 San Geronimo 水厂回用水中的 THMs 浓度很高，但经过原水的高倍稀释后，出水 THMs 浓度没有超过水质标准。生产废水中 THMFP 和 TOC 与水中杂质颗粒含量正相关。在回用前进行沉淀过滤等预处理，能降低 THMFP 和 TOC。证明经过适当的预处理，回收生产废水并不影响出水水质。5.水厂污泥处置 一般给水厂污泥处置可分成截留、浓缩、预处理、脱水和泥饼处置等 5 个工艺过程。各个水厂根据自身特点及处理要求，也可省略其中某些过程。5.1 污泥来源及性质 净水生产过程中产生的污泥主要包括源水中的悬浮物质、有机杂质和藻类等以及处理过程中形成的化学沉淀物。排放污泥的类型大致包括：含铝盐或铁盐混凝剂的沉淀污泥；滤池反冲洗水所含固体、铁和锰的沉析物以及软化产生的污泥3。在确定水厂污泥处置方法时必须了解污泥的类型以及所产生污泥的数量。污泥的特性对于污泥脱水性质将产生很大影响。沉淀污泥主要由混凝剂形成的金属氧氢化合物507和泥沙、淤泥以及无机、有机物等组成。沉淀污泥的生物活性不强，pH 值接近中性。其特点是随原水水质变化而有较大的变化。原水水质的季节变化可能对污泥的产量和浓缩、脱水性能产生很大的影响。高浊度原水产生的污泥具有较好的浓缩和脱水性能；低浊度原水产生的污泥，其浓缩和脱水较困难。一般铁盐混凝形成的污泥较铝盐更易浓缩，投加聚合物或石灰可提高浓缩性能。铝盐或铁盐形成的污泥，当含固率为 05%时，呈流态；含固率 8%12%时呈海绵状；含固率 18%25%时呈软泥状；含固率 40%50%时为密实状。滤池反冲洗水的特点是含泥浓度低，一般含固率仅为0.02%0.05%。由于进入滤池的浊度相对稳定，因此其废水的排放量变化较小。滤池反冲洗水形成污泥的特性基本上与沉淀污泥类同。在地下水除铁除锰工艺中，首先通过曝气或投加氧化剂氧化溶解的铁和锰，形成氢氧化铁或氢氧化锰，然后在沉淀或过滤中去除。除铁或除锰形成的污泥呈红色或黑色。每 1 mg/L 铁、锰产生 1.52mg/L 污泥。滤池反冲洗水的铁、锰污泥一般沉淀 2h 可回用上清液，剩余的污泥约为总反冲洗水量的 10%30%。用石灰或苏打软化产生的污泥主要含碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、硅、氧化铁、氧化铝以及未反应的石灰。软化产生的污泥相对较稳定，生物活性不强，pH 值高，一般比混凝污泥容易浓缩。石灰软化污泥的产量与原水硬度有关，其固体含量大致在 2%15%。软化污泥的脱水性能随截留的氢氧化镁浓度而有较大改变，当氢氧化镁含量低时，泥饼可脱水至含固率 60%，而当氢氧化镁含量高时，含固率将低至 20%25%。5.2 污泥处理工艺过程 主要包括以下几部分：（1）排泥水的截留 水厂的沉淀（澄清）池排泥水和滤池反冲洗水排水都是间歇性的，在排出过程中水量和水质经常改变，如直接进行浓缩处理，所需浓缩他体积庞大，且管理困难。通常将沉淀(澄清)池的排泥水先放入排泥池中，将滤池的冲洗排水先放入排水池中，使其水量和水质均化后，再进入后续的浓缩和脱水等工序进行处理。对于滤池反冲洗废水的处置，一般有 3 种方式：不设排水池，与沉淀池排泥水一起全部进入排泥池；设排水池(回用水池)，所有冲洗废水全部直接引至水厂的源水配水井；设排水池，反冲洗废水在排水池中进行沉淀，上清液回流至水厂源水配水井或排入水体，其沉淀下来的污泥再送到污泥池，与沉淀池污泥共同处理。由于滤池冲洗废水含固率低，与沉淀池排泥水直接混合后，将增加浓缩处理的困难，因此采用和方式较多。（2）排泥水的浓缩 排泥水浓缩的目的是为了减少污泥量，减轻后续污泥脱水处理的工作量。在浓缩过程中对污泥作预处理，使污泥在脱水过程中容易脱水，减少脱水污泥体积，满足后续脱水处理要求，起脱水工序的调节作用。浓缩池有重力、气浮和离心浓缩等方式，选取原则取决于污泥沉降性能，其中重力浓缩池是采用较多的浓缩方法。根据进泥方式不同，浓缩池可分为间歇进泥和连续进泥两种方式。当污泥量少时，可采用间歇进泥式浓缩池，这种形式的浓缩运转管理较容易。污泥量较多，排泥池中的污泥连续排出，可采用连续进泥式浓缩池。试验证实，在浓缩过程中慢速搅拌能起到很好的效果，污泥的浓缩时间由几天可缩短到 810h，污泥最终的浓度增加值可由0.5%1%提高到 3.5%4%。（3）有机高分子絮凝剂预处理 有机高分子絮凝剂的投加量一般为污泥中干固体物含量的 0.2%0.3%。通常将有机高分子絮凝剂先溶于水中再使用，投加浓度以0.1%0.5%较合适。在饮用水厂污泥处理过程中，使用的聚丙烯酰胺(PAM)有机高分子絮凝剂必须满足下列要求：PAM 必须为优等品，未聚合呈单体状的丙烯酰胺含量在0.05%以下，重金属镉(Cd)的含量在 2mg/L 以下，铅(Pb)的含量在 20mg/L 以下，汞(Hg)的含量在 1mg/L 以下；脱水分离水中单体状的丙烯酰胺浓度应在 0.1mg/L 以下；当脱水分离水中单体状的丙烯酰胺超过上述规定值时，不能将其直接排放，应把分离水返送到浓缩池中，对其进行稀释，低于规定值后方能排入水体。（4）污泥脱水 污泥脱水目的是使浓缩污泥的含水率进一步降低，体积变得更小，便于污泥的运输和最终处置，节约污泥最终处置的费用和场地。脱水后的污泥含固率在 20%以上。我国由于受经济条件限制，目前水厂污泥大多直接排入水体，或利用塘、池作短期储存和定期挖泥。随着环境要求的提高以及经济条件的改善，水厂污泥处置备受重视，现有若干水厂建成或正在建设污泥脱水系统。污泥脱水过程中，会产生大量的析出水(滤液)，如水质欠佳，须在处理系统中作重复处理。如水质较好，可作原水利用或直接排入水体。水厂污泥脱水的方法可分为自然干化和机械脱水两大类。自然干化有干化床和干化塘等形式。机械脱水有真空过滤脱水、板框压滤脱水、带式压滤脱水、离心脱水和造 508表 1 污泥脱水设备性能比较 Table 1 Comparison of equipment performance for sludge dewatering 项目 离心脱水机 板框压滤机 带式压滤机 脱水设备配置 进 泥 螺 杆泵、离心脱水机、卸料系统、控制系统 进泥泵、板框压滤机、卸料系统、冲洗水泵、进泥泵、带式压滤机、滤带清洗系统(泵)、卸料系统、控制系统进泥含固率要求 23%1.53%35%脱水污泥含固率 25%30%20%运行状态 可连续运行 间歇运行 可连续运行 操作环境 封闭式 开放式 开放式 占地 紧凑 大 大 冲洗水量 很少 大 大 易损件 基本无 滤布-噪声 较大 进泥泵及压滤机噪声大 小 设备费用 较贵 贵 低 能 耗(KWh/t干固体)3060 1540 520 粒脱水等形式。现在国内给水处理中外采用机械脱水形式较多，脱水的机械设备主要有带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机等形式，其各项性能比较见表 1。带式压滤机整个工作系统是开放式的，操作环境相对较差，设备的体积庞大，滤带需定期调换。入机污泥含固率需大于 3%，对入机污泥含固率的要求较高。但其出泥含固率相对较低，一般为 20%左右。而板框压滤机对入机污泥含固率要求不高，一般为 l.5%3%，出泥含固率相对较高，可达 30%。离心脱水机进出泥含固率与板框压滤机差不多，可连续工作，系统是封闭式的，操作环境好，停机时仅需少量水厂自用水进行冲洗。（5）泥饼的最终处置 泥饼的最终处置可采用填埋处置、海洋处置和资源化利用。如何将污泥资源化利用过程简单化、实用化和商品化是一个急需解决的课题。6.技术经济分析 以 14104m3/d 的水厂为例，生产废水按制水量的5%计算，净水厂可对回用水工艺进行优化，在基建投资、生产废水处理成本以及净水工艺处理成本等方面均比传统工艺费用低。经济评价结果表明：基建投资节省 120万元，节约率 7.66%；年节约运行费用 63.67 万元，折合自来水运行成本节约 0.012 元/t，节约率 18.75%。致 谢 本项目获得国家高技术研究发展计划(863)项目(NO.2006BAJ08B02,2006BAJ08B09)和黑龙江省自然科学基金项目(NO.E200931)支持。参考文献 1 J.E.Tobiason,J.K.Edzwald and V.Gilani.“Effects of waste filter backwash recycal operation on clarification and filtration.Water supply:Research and Technology,”AQUA,vol.52,no.4,pp.259-275,2003.2 E.T.Abdome and M.Youssefy.“Recovery of alum from wasted sludge produced from water treatment plants,”Environmental Science Health.vol.28.no.6.pp.1205-1216,1993.3 X.Irene,H.Gregory and H.S.Prapakorn.“Removal of emerging waterborne pathogens and pathogens indicators,”JAWWA.vol.96.no.5.pp.102-113,2004.4 USEPA.National Primary Drinking Water Regulation:filter backwash recycling rule:40 CFR parts 9,2001.5 USEPA，Filter backwash recycling rule technical guidance manual.EPA 816-R-02-014,December,2002.509