城市自來水廠在生產(chǎn)飲用水的同時，也產(chǎn)生了大量的污水。這部分污水約占總凈水量的4%~7% ，其中包括濃縮后的懸浮物和有機物，以及殘存在泥中的混凝劑。自來水廠的污水主要來自沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗廢水。如果污水不經(jīng)處理直接排人水體，不但嚴(yán)重污染水體，而且浪費了大量的水資源和能源。在當(dāng)前水資源嚴(yán)重緊缺，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，針對我國當(dāng)前約有95%以上的給水廠排泥水未經(jīng)處理的現(xiàn)狀，排泥水處理和污泥處置的重要意義越來越受到人們的重視。與凈水技術(shù)相比，自來水廠污泥處理技術(shù)僅處于初級階段，早期建造的污泥處理設(shè)施大多是照抄和套用污水處理廠的處理方法。經(jīng)過實際操作，技術(shù)人員了解了兩者的共同點和不同點，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上不斷完善了自來水廠污泥處理技術(shù)。  

1 自來水廠污泥的種類與性質(zhì)

自來水廠污泥主要來自沉淀池排泥水和濾池反沖洗排水。

沉淀池排泥主要有石灰軟化污泥和化學(xué)絮凝沉淀污泥兩種。軟化污泥主要產(chǎn)生于地下水軟化，其主要成分是CaCO3, Mg(OH)2,淤泥、過剩石灰和有機物。其中Ca, Mg與膠狀污物的比率決定了污泥的脫水性質(zhì),比率越高，越易脫水?；瘜W(xué)沉淀污泥大約占原水量的0.5%~3%，是水廠污泥處理的主要對象。它是由原水中的懸浮物、溶解狀膠質(zhì)、有機物、微生物及加入的凈水藥劑組成。污泥的脫水性能好壞與污泥固體中用作絮凝劑的Al的含量有關(guān)，含量越高,脫水性能越差。與軟化污泥相比，絮凝沉淀污泥不易脫水。

    至于濾池反沖洗排水據(jù)估計約占原水量的1%-2.5%，其含固率比沉淀池排泥水低得多。主要由懸浮膠體、粘土、有機物及化學(xué)藥劑殘余物組成。反沖洗廢水澄清一般需加入有機絮凝劑，處置方法有：直接排放、作為原水回用、單獨處理。作原水回用不但可回收利用廢水，對低濁水而言，更可提高絮凝效果。如果采用該方法造成濾池出水濁度升高，影響濾池出水質(zhì)量，則應(yīng)考慮對其單獨加藥處理，上清液回用，底泥與沉淀污泥一起再行處理。

由上述可知，給水廠的污泥主要由從原水中去除的有機物、無機物、重金屬元素等雜質(zhì)及水處理過程中投加的混凝劑組成。污泥的BOD與COD比值很小，無機物占污泥組分的絕大部分?；炷齽┑钠贩N和投加量對給水廠中污泥的數(shù)量和性質(zhì)有很大影響。目前，我國給水廠大部分仍使用傳統(tǒng)的硫酸鋁等無機鹽類混凝劑。在歐美等國，已有相當(dāng)數(shù)量的給水廠采用有機高分子絮凝劑（聚丙烯酰胺），部份或全部替代鋁鹽等無機混凝劑。高效的混凝劑和助凝劑在給水工藝中的應(yīng)用日益增加，也就減少了混凝劑投放量，這樣，所產(chǎn)生的污泥體積和數(shù)量會大大減少，而且污泥更易脫水和焚燒。所以，采用合適的混凝劑對給水廠排泥水的處理和處置非常關(guān)鍵。[1-2]

2 國內(nèi)外自來水廠污泥處理發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

國外對自來水廠污泥處理的研究開展較早，一些經(jīng)濟發(fā)達國家經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已有較系統(tǒng)、完整的排泥水處理技術(shù)工藝和有關(guān)的法律法規(guī)，自來水廠有污泥處理設(shè)施的也較為普遍。

早在1937-1938年，美國芝加哥實驗性自來水廠就開展了自來水廠污泥處理研究[3]。1946年，美國給水協(xié)會(AWWA)任命了一個8人工作委員會 ( Committee E5. 8) [4]，分別對“石灰-石灰蘇打軟化污泥處理”、“沸石法離子軟化處理再生鹽水”和“水廠濾池反沖廢水、沉淀池排泥水處理”展開了調(diào)查和研究。

五六十年代，在美國和其它國家（如英國、日本）開始有人對自來水廠的廢棄物處理進行了少量研究。日本于1975年6月頒布了《水質(zhì)污濁防止法》，規(guī)定設(shè)有沉淀池和濾池的自來水廠，其排水必須經(jīng)處理至符合水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)才能排出，從而在法律上規(guī)定了自來水廠必須進行排泥水處理,污泥處理同樣日益得到重視。七十年代國外自來水廠污泥處理的技術(shù)發(fā)展很快，尤其是新型污泥脫水機械的出現(xiàn)，使帶式壓濾機、離心脫水機和板框壓濾機開始在實際工程中得到應(yīng)用，真空過濾機已不再是脫水機械的唯一選擇。自來水廠采用機械脫水處理工藝的實例也逐漸增多。這一時期對自來水廠污泥處理研究的內(nèi)容非常廣泛，公開發(fā)表的綜述文獻和專門研究文獻也非常豐富，內(nèi)容包含有機高分子絮凝劑、污泥調(diào)質(zhì)、污泥性質(zhì)、污泥干化床、污泥濃縮、冰凍-解凍污泥調(diào)質(zhì)、污泥處理工程實例和鋁鐵回收等。

進入八、九十年代，國外自來水廠污泥處理工藝已形成一個較完善的系統(tǒng)。在污泥處理技術(shù)得到完善的同時，這些國家自來水廠污泥的處理率也迅速提高。歐洲許多國家的自來水廠污泥處理量已占總量的70%，日本則為80%以上。

到目前為止，歐美、日本等發(fā)達國家的水廠一般均設(shè)有完備的污水污泥處理處置設(shè)施。歐美及日本等國家和地區(qū)的新建水廠，尤其是大型給水廠，已將凈水設(shè)施與其污水污泥的處理設(shè)施一起進行設(shè)計施工，布置了很完善的污泥處理設(shè)施。老的水廠則根據(jù)其凈水工藝流程、用地情況和有關(guān)的法令法規(guī)，因地制宜地制定出適宜的污泥處理流程。目前各國對自來水廠排泥水處理的研究，也由工藝流程、設(shè)備應(yīng)用及污泥調(diào)質(zhì)藥劑選擇等方面逐漸延伸到微觀理論和脫水泥餅的處置和綜合利用上來。如歐洲國家推行的“3R”原則(Reduction，Recycling，Reuse)。

我國開展自來水廠排泥水處理研究始于八十年代末。1987年，上海市公用事業(yè)局向上海市自來水公司下達了題為“水廠排泥水處理研究”的重點科研項目。上海市自來水公司成立了專門的科研小組進行專項研究，并于1991年提交了四份研究報告。1998年至1999年，程曦[5]對福州市西區(qū)自來水廠采用干化床污泥處理工藝進行了小試研究。目前，自來水廠污泥處理技術(shù)的研究和設(shè)施的建設(shè)已成為國內(nèi)市政建設(shè)的重要內(nèi)容，北京、上海、石家莊、深圳等城市的自來水廠都設(shè)置了較為完善的污泥處理系統(tǒng)。

3 自來水廠污泥處理技術(shù)

自來水廠污泥處理主要包括污泥收集、濃縮、調(diào)質(zhì)、脫水和泥餅處置等幾個環(huán)節(jié)。[2,6]但是，不是所有自來水廠的污泥的處理和處置都要包括這幾個環(huán)節(jié)，根據(jù)具體情況，有的自來水廠可省略其中的某些環(huán)節(jié)。但要實施排泥水處理工程，首先必須確定自來水廠產(chǎn)生的污泥量。

3.1 污泥量的確定

自來水廠產(chǎn)生的污泥量受多種因素的影響，這些因素包括原水水質(zhì)、水處理藥劑的投加量、采用的凈水工藝和排泥方式等。確定經(jīng)濟合理的污泥量設(shè)計值是廣大排泥水處理工作者面臨的一個難題。污泥量確定包括兩方面內(nèi)容：一是排泥水總量的確定，它將決定排泥水截留池和濃縮池的設(shè)計規(guī)模；二是總干泥量的確定，它用來確定污泥脫水設(shè)備的設(shè)計規(guī)模?？梢?，污泥量的確定直接影響整個排泥水處理工程的設(shè)計規(guī)模，從而影響整個工程的設(shè)備配置

和投資規(guī)模。

3.2 污泥調(diào)質(zhì)

自來水廠排泥水處理一般在污泥脫水前需進行預(yù)處理，即污泥調(diào)質(zhì)。尤其是采用鋁鹽(或鐵鹽)處理低濁度原水產(chǎn)生的污泥，由于污泥成份中金屬氫氧化物的比例很高，污泥的脫水性能很差，更需要進行污泥調(diào)質(zhì)。污泥調(diào)質(zhì)有兩方面的目的:其一是改善污泥性質(zhì)和污泥的脫水性能，使污泥可以更快、更容易地脫水，大部份污泥調(diào)質(zhì)是為實現(xiàn)這一目的;其二是防止脫水過程中過濾介質(zhì)的堵塞，使污泥脫水可以保持穩(wěn)定運行。

污泥調(diào)質(zhì)的方法很多，一般分為物理調(diào)質(zhì)和化學(xué)調(diào)質(zhì)兩大類。物理調(diào)質(zhì)是用物理方法達到污泥調(diào)質(zhì)的目的，包括加熱調(diào)質(zhì)冰凍-解凍調(diào)質(zhì)和硅藻土預(yù)涂調(diào)質(zhì)。化學(xué)調(diào)質(zhì)是向污泥中添加化學(xué)藥劑，使污泥的脫水性能得到改善。包括加酸、加堿、加石灰、加無機或有機高分了絮凝劑調(diào)質(zhì)等。

目前，有機高分子絮凝劑用于污泥調(diào)質(zhì)處理非常普遍。有機高分子絮凝劑有多種，它們在結(jié)構(gòu)組成、分子量和電荷種類及密度上存在差別，其中應(yīng)用最廣的是聚丙烯酰胺( polyacrylamide，PAM )，按照絮凝劑所帶電荷，可將其分為陽離子、陰離子和非離子三大類。大部分陽離子絮凝劑的電荷密度接近100%，但分子量比陰離子和非離子型均小。Novak

等[7]研究認為，用于污泥調(diào)質(zhì)的有機高分子絮凝劑，其分子量大小比所帶電荷類型及其密度更重要，因此一般認為，具有長分子鏈、高分子量的有機高分子絮凝劑用于污泥調(diào)質(zhì)更好。

不同水廠的污泥可能需要不同種類的絮凝劑進行調(diào)質(zhì)，而且當(dāng)前市場上有機高分了絮凝劑種類多，價格和性能不一，因此每一個自來水廠都應(yīng)進行有機高分了絮凝劑選型和最佳投藥量的試驗研究。

3.3 污泥減容

污泥減容是污泥處理系統(tǒng)優(yōu)化中的重要環(huán)節(jié)。改進制水工藝可以大大減少污泥的生成量，從而減少污泥處理系統(tǒng)的投資與運行費用。污泥成分主要是原水中的有機、無機污物和凈水藥劑。藥劑在凈化水的同時，也產(chǎn)生了大量的化學(xué)污泥。尤其在原水濁度較低、無機混凝劑用量大時，污泥的脫水性能惡化，處理難度增加。

采用有機助凝劑以減少無機混凝劑的用量，可以提高凈水效率。佛山市供水總公司從1991年開始，對飲用水生產(chǎn)中使用聚丙烯酰胺作為助凝劑進行了研究，不但解決了生產(chǎn)中原水水質(zhì)變化幅度大帶來的問題，而且在保證供水水質(zhì)和不增加凈水成本的前提下，使生產(chǎn)能力顯著提高。[8]采用有機助凝劑更重要的是可減少污泥的產(chǎn)生量。助凝劑的使用減少了無機絮凝劑的用量，使污泥中親水氫氧化物含量減少。同時，沉淀池去除效率提高可減輕濾池負荷，減少濾池反沖洗排水。水處理藥劑費用的增加可以從污泥處理費用的減少中得到補償。國外高聚物助凝劑已得到普遍采用，其中陽離子型聚丙烯酰胺應(yīng)用最多。不同情況下，還可用陰離子型或非離子型聚丙烯酰胺作為助凝劑。助凝劑品種及劑量可以通過實驗室攪拌試驗以及中試加以選擇。

另外，當(dāng)原水硬度高時，軟化原水將產(chǎn)生石灰軟化污泥。AWWA雜志在一篇報告中提出，可以通過對原水的選擇性軟化——只去除水中的Ca硬度，而不去除Mg硬度來減少污泥量，提高軟化污泥的脫水性能，但是應(yīng)當(dāng)考慮這種選擇性軟化對不同原水的適應(yīng)性。從污泥處理角度考慮，沿海地區(qū)可以選用離子交換來軟化原水并用海水來再生交換樹脂。

3.4 污泥濃縮

沉淀池排泥水的含固率（絮凝污泥）通常僅有0.5%-1%。濃縮的目的是提高污泥的含固率，減少污泥體積和后續(xù)處理設(shè)備的負荷。特別是對于機械脫水，濃縮通常是污泥脫水工藝必不可少的環(huán)節(jié)。

最常用的濃縮方法是重力式濃縮池。根據(jù)處理水量的大小，可設(shè)計為間歇式和連續(xù)式兩種運行方式。對小型水廠，可使用帶浮動式撇水裝置的間歇式濃縮池。一般是采用帶攪拌裝置的連續(xù)流重力濃縮池。對污泥進行慢速攪拌造成的擾動有利于污泥顆粒之間的空隙水和氣泡上升逸出，加速污泥的濃縮。慢速攪拌所采用的線速度一般控制在0.4-0.5m/min,速度太快容易打碎已凝結(jié)的污泥顆粒，反而造成污泥濃縮性能惡化。工程上常用的攪拌方法是在刮泥機的水平桁架上設(shè)置垂直攪拌柵。為保持不同半徑圓周上的攪拌強度均勻，柵條的間距沿徑向逐漸增大。

濃縮池的設(shè)計負荷和出泥濃度，由污泥的性質(zhì)和后續(xù)脫水方法決定。連續(xù)流重力濃縮池的設(shè)計，目前比較多地采用固體通量（面積負荷），可由沉降試驗確定。沉降試驗是根據(jù)小型的沉降柱間歇試驗，推斷在大型的連續(xù)流條件下，濃縮池達到一定濃縮效果所需的時間。對最常見的鋁鹽絮凝污泥，重力式濃縮池可達到的出泥濃度一般在3%-5 %，而濃縮池的設(shè)計負荷與出泥濃度的選擇，應(yīng)根據(jù)后續(xù)脫水工藝和使整個系統(tǒng)的投資和運行費用最小化決定。比如干化場對進泥濃度的要求就比較寬。機械脫水中，離心法也可接受比較低的進泥濃度，而帶式壓濾則對進泥濃度要求最高，進泥濃度太低（<2%），就會形不成泥餅。

3.5 污泥脫水

    污泥脫水是污泥處理最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它將流動性質(zhì)的泥水轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪吡鲃有浴⒖蛇M行處置的泥餅。它也是自來水廠排泥水處理現(xiàn)場的最后一道工序，也是排泥水處理工程中投資和維護費用較高的部分，因此正確選擇污泥脫水工藝十分重要。

    污泥脫水一般分為非機械式污泥脫水和機械式污泥脫水兩大類。非機械式污泥脫水又可以分為污泥塘和污泥干化床等，其中污泥干化床的應(yīng)用和研究較多。機械式污泥脫水包括真空過濾機、離心機、帶式壓濾機、滾壓式脫水機和板框壓濾機等幾種主要形式。其中真空過濾機是早期使用較多的脫水機械，由于真空過濾機效率低，真空系統(tǒng)對管路密封性要求很高，濾布容易堵塞而需采用預(yù)涂工藝，使整個系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此，現(xiàn)在新建的污泥處理工程已基本上不采用真空過濾脫水。表1對幾種脫水方法的優(yōu)缺點進行了比較。

干化床適用于氣候干燥，土地便宜的地區(qū)。幾種脫水機械中，板框壓濾機適用于污泥較難脫水的情況，離心機則適用于相對較易脫水的情況。污泥脫水的難易可以根據(jù)污泥的比阻值進行判斷，比阻高的污泥較難脫水。

表1  幾種污泥脫水方法的優(yōu)缺點比較

Table 1 sludge dewatering several methods of comparative advantages and disadvantages

3.6 泥餅處置

脫水以后泥餅的處置是污泥處理的關(guān)鍵問題，污泥的最終處置費用高，環(huán)境影響大，處置方法多。脫水污泥也是一種資源，至少可以作為填土或垃圾填埋場的覆蓋土，有些還可以制磚、燒水泥，不投加PAM富含有機物的脫水污泥還可以作為肥料。目前主要有泥餅的農(nóng)用、泥餅的焚燒處理、泥餅的衛(wèi)生填埋、泥餅的海洋投棄、泥餅資源化等。[9-11]

3.6.1 泥餅的海洋投棄

該方法較為簡單，不用花費大量的投資，但是污染海洋，可能會引起全球性的環(huán)境問題。進行海洋投棄時，要注意有關(guān)的法規(guī)。隨著泥餅陸上埋棄用地越來越困難，海洋投棄被更多地作為污泥處置的選擇。投海污泥最好是經(jīng)過消化處理后的污泥。投海的方法可用管道輸送或船運。但是，由于近海的污染逐年加劇，甚至影響到海洋的生態(tài)平衡，因而污泥的海洋投棄也會越來越多地受到限制。在選用海洋投棄時,應(yīng)估計到有關(guān)法令的修改和進展。[12]

3.6.2 泥餅的焚燒處理

對于有機物含量較大的自來水廠污泥，可以采用焚燒處理。

3.6.3 泥餅的衛(wèi)生填埋

污泥干化后，含水率約為70％-80％，用于填埋的污泥含水率以65％左右為宜，可以保證填埋體的穩(wěn)定與有效壓實。在填埋前可添加適量的硬化劑，一方面調(diào)節(jié)含水率，另一方面可以加速固化。選擇填埋場地的需要考慮因素有：當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，污泥量和運距，周邊環(huán)境以及填埋地的開發(fā)利用等。

3.6.4 泥餅的農(nóng)用

雖然給水污泥中含有粘土、腐殖質(zhì)以及其他懸浮物質(zhì)，其肥效很低。但是，不投加PAM，富含有機物的脫水污泥也可以作為農(nóng)業(yè)肥料。污泥中含有的有機物質(zhì)又可以作為土壤改良劑。當(dāng)污泥適度用于土壤中后，發(fā)生類似于水處理過程中的絮凝反應(yīng)可提高土壤的凝聚程度，改善土壤的結(jié)構(gòu)，改良土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分，提高可耕作性。因此可將給水廠污泥用于農(nóng)業(yè)或園林中。[13] 但是污泥中也含有有毒物質(zhì)，其中重金屬含量是決定污泥是否可以農(nóng)用的主要因素。因此，污泥農(nóng)用時必須符合：（1）滿足衛(wèi)生要求，即不得含有病菌、寄生蟲卵與病毒，故在污泥農(nóng)用前應(yīng)該進行消毒處理或者是季節(jié)性使用。（2）因重金屬離子，如Cd、Hg、Pb、Zn和Mn等容易被作物吸收并在植物的根、莖、葉與果實內(nèi)積累，所以污泥的重金屬離子含量必須符合相關(guān)部門的指定農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。

3.6.5 泥餅的資源化

隨著污泥處置用地日益緊張，很多國家的自來水廠及有關(guān)環(huán)保部門，都在致力于用泥餅制造有用物品的研究。這些物品包括建筑用骨料、研磨料、陶瓷工業(yè)原料等。研究證明，自來水廠泥餅的資源化利用在技術(shù)上是可行的，但是，目前污泥的資源化利用還存在污泥品質(zhì)成本、數(shù)量不足等方面問題。污泥資源化還需注意兩點，[12]一是產(chǎn)品的市場性；二是加工過程中是否會產(chǎn)生二次污染。由于工藝復(fù)雜、成本昂貴，泥餅綜合利用目前還較難實施。但是從環(huán)境保護的長遠觀點來看，會有廣闊的前途。因此，如何將泥餅綜合利用過程簡單化、實用化、商品化，是一個急待解決的課題。

4 總結(jié)和展望

自來水廠污泥中含有大量的懸浮物和其它污染物，直接排放會對環(huán)境造成一定的污染。為保護環(huán)境，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該對自來水廠污泥進行處理。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不同城市和地區(qū)已形成比較完善的自來水廠污泥處理工藝系統(tǒng)，自來水廠污泥處理也已達到相當(dāng)?shù)谋壤嵤┧畯S污泥處理首先需要確定水廠產(chǎn)生的污泥量，包括排泥水量和干污泥產(chǎn)量，其中確定干污泥產(chǎn)量較為困難，需要進行較長時間對水廠原水的濁度SS相關(guān)關(guān)系分析。污泥處理包括收集、濃縮、調(diào)質(zhì)、脫水和處置幾個重要環(huán)節(jié)。污泥濃縮池的設(shè)計參數(shù)可通過污泥沉降試驗獲得。目前最常用的污泥調(diào)質(zhì)方法是投加有機高分子絮凝劑PAM，每個排泥水處理項目應(yīng)進行PAM選型和最佳投藥量的試驗。常用的污泥脫水方法有污泥干化床、板框壓濾、帶式壓濾和離心機等法，應(yīng)根據(jù)水廠的環(huán)境條件、污泥脫水性能等因素決定選用何種脫水工藝。泥餅處置目前應(yīng)用最廣的是填埋，泥餅的土地利用和綜合實施則有一定困難，需要進一步進行研究開發(fā)。由于污泥處理的費用昂貴，會大大增加水廠的投資和制水成本。因此，在污泥處理過程中綜合利用污泥處理中各種副產(chǎn)物，回收部分污泥，以及使污泥無害化、資源化備受關(guān)注。

（1）從給水污泥中再生鋁鹽和鐵鹽

硫酸鋁、聚合氯化鋁等鋁鹽混凝劑目前被廣泛地用于去除原水中的濁度，消耗量從30 mg/L到60mg/L，因此混凝劑費用在制水成本中占很大的比重。鋁鹽投加到待處理水中，通過絮凝沉淀形成化學(xué)污泥。污泥固體中鋁含量較高，含鋁率為15%-40%，可以考慮從中回收鋁鹽用作給水處理的混凝劑。在給水處理中，鐵鹽也常被用作混凝劑。鐵鹽經(jīng)使用后，基本上變成沉淀物，混合在沉淀污泥中。鐵鹽的回收和鋁鹽的回收一樣，對給水廠污泥處理具有相似的優(yōu)越性。以類似于鋁鹽的再生辦法，用酸來再生鐵鹽。

（2）泥餅的綜合利用

將自來水脫水泥餅作填埋處理是一種消極方法，而通過對泥餅進行加工制作成有用的物品是值得推廣的變廢為寶的資源化工程。給水污泥粘結(jié)性較好，將其用作制磚、煅燒水泥熟料等，不僅得到了資源化利用，而且節(jié)地、節(jié)水、保護環(huán)境和自然資源。用給水廠排泥水處理后的脫水污泥替代天然粘土燒結(jié)普通轉(zhuǎn)，既能解決水廠脫水污泥綜合利用問題，又能彌補燒結(jié)普通磚所需天然粘土資源不足問題，發(fā)展前景很好。在給水污泥-粉煤灰-粘土磚中摻入30%-45%給水污泥，可燒制成品符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。