给水厂污泥处理技术
摘要：给水厂排泥水产生于水处理过程中的沉淀或澄清以及滤池反冲洗步骤，总量约占给水厂净水量的4%-7%。本文从给水厂污泥的来源、污泥的性质、给水污泥处理技术与运行等方面，对给水厂污泥处理技术进行了综述。
1. 给水污泥的来源
上海各家自来水厂在制水过程中取原水(黄浦江水、长江水源(陈行水库水))，经投加混凝剂(铝盐或铁盐)后的混凝、沉淀、过滤和氯消毒等常规工艺处理净化成自来水，通过输配水管道供应用户。原水利用率约95％左右，其余5％的水量随沉淀池排泥水和快滤池反冲洗水排出净水工艺系统之外。
由于原水中含有浑浊的颗粒悬浮物、溶解性胶体、部分大分子有机物和微生物、藻类以及胶体状金属氧化物等杂质，当原水中投加化学电介质絮凝剂铝盐或铁盐，再经混凝搅拌促使原水中杂质与混凝剂絮凝，形成“矾花”，使水澄清。当“矾花\逐渐变大、沉降，进入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。滤池在过滤水过程中，截留悬浮颗粒物质，当运行一定时间需对滤池进行反冲洗[1-3]。
因此，水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗排泥水经沉降后所形成的污泥是水厂污泥主要来源。其次还有反应池、清水库清洗时所形成的污泥是水厂污泥次要源。
2. 给水污泥的性质
2.1 污泥中的水分与含固率
自来水厂污泥中含有各种水分，它们的存在状态不同，表面活动也极其复杂。对污泥中的水有许多分类，费什林(Vesilind)把污泥中的水分为4类：(1)自由水，存在于颗粒与颗粒之间，受表面张力或毛细作用小，可以通过简单的重力浓缩去除；(2)矾花水，被网捕在污泥矾花内部，能够通过机械脱水去除；(3)毛细水，污泥颗粒间的毛细管水，受表面张力或毛细作用较大，在重力作用下不容易失去，只能通过挤压和污泥颗粒变形才能去除；(4)结合水，被矾花颗粒化学结合的水。以上污泥的水分中，自由水最容易去除，只需要简单的重力浓缩或机械脱水就能去除，而结合水最难去除，对泥饼进行加热干化或焚烧处理才可部分去除。通过
投加化学药剂(有机高分子聚合物、酸、碱等)进行预处理或冰冻一解冻预处理，可改变部分矾花水或毛细水的形态，成为较易失去的自由水。污泥中各种水分的含量将直接影响污泥浓缩和脱水后污泥的含固率，因此对它们的了解非常重要[1]。 2.2 污泥比阻
污泥的脱水性能通常用比阻来表示，比阻越小，污泥的脱水性能越好。比阻的定义为单位过滤面积上，单位滤饼干固体重量所受到的阻力。混凝剂污泥的比阻随着pH的增加而增加，随着原水浊度的增加而降低。混凝过程如果污泥矾花中含水量较高，则脱水速度慢，低浊度原水产生的氢氧化铝污泥脱水速度慢，而且脱水后泥饼的含固率低[1]。 2.3 污泥的压缩性与抗剪切强度
压缩性被认为是在脱水过程中矾花变形的结果，大多数的加混凝剂的水厂污泥是具有高压缩性的。压缩性的主要后果是当脱水工艺中压力提高时脱水速率会降低[1]。
抗剪强度是影响污泥可处置性的一个重要性质，尤其在设计和分析污泥土地填埋稳定性时是非常关键的。传统上，人们把污泥脱水后含固率作为衡量污泥处理和最终处置性质的方法，但是有研究表明，含固率在很大范围的污泥具有相似的处置性质，仅凭泥饼的含固率是不能直接判断污泥的可处置性的。
3. 给水污泥的处理工艺
3.1 净水厂污泥处理系统组成
净水厂污泥处理对象主要是滤池的冲洗废水和沉淀池的排泥水。其成分一般为原水中悬浮物质和部分溶解物质以及在净水过程中投加的各种药剂。排泥水处理系统通常包括调节、浓缩、平衡、脱水以及泥饼处置等工序[4-7]。
（1） 调节
为使污泥处理构筑物均衡运行以及保持水质相对稳定，一般在浓缩池前设置调节池。净水厂滤池的冲洗废水和沉淀池排泥水都是间歇排放，其量和质都不稳定，设置调节池可使后续设置负荷均匀，有利于浓缩池的正常运行。通常把接纳滤池冲洗废水的调节池称为排水池或者废水池，接纳沉淀池排泥水的调节池称为排泥池。
（2） 浓缩
净水厂排泥含固率一般很低，仅在0.05-0.5%之间，需进行浓缩处理。浓缩的目的是提高污泥浓度，缩小污泥体积，减少后续处理设备负荷，缩小脱水机处理规模。当采用泥水自然干化时污泥干化时间长，用地面积大。采用机械脱水时，供给的污泥浓度有一定要求，需对排泥水进行浓缩处理。含水率高的排泥水浓缩较为困难，为了提高泥水浓缩性，可投加絮凝剂、酸或设置一级浓缩。
（3） 平衡和脱水
原水浊度及处理水量变化时，净水厂排泥量和含固率也会相应变化。为了脱水机均衡运行，宜在浓缩池后设置一定容积的平衡池。设置平衡池还可以满足原水浊度大于设计值时达到缓冲和贮存浓缩污泥的作用。浓缩后的浓缩污泥需经脱水处理，以进一步降低含水率，减小容积，便于搬运和最后处置。当采用机械方法进行污泥脱水处理时，还需投加石灰或高分子絮凝剂(如聚丙烯酞胺)等。
（4） 泥饼及分离液处置
脱水后泥饼可以外运作为低洼池填埋土、垃圾场覆盖土或作为建筑原料或掺加料等。泥饼成分应满足相应环境质量标准及污染物控制标准。排泥水浓缩中将产生上清液，脱水过程中产生分离液。当上清液水质符合排放水域的排放标准时，可直接排放；当水质满足要求时也可考虑回用。分离液中悬浮物浓度较高，一般不符合排放标准，故不宜直接排放，可回流至浓缩池或排入下水系统。含有高分子絮凝剂成分的分离液回流到浓缩池进行循环处理，也有利于提高排泥水的浓缩程度。
3.2 净水厂污泥处理的工艺流程选择
根据净水厂生产工艺，净水厂污泥主要来源包括生产排水和生产排泥。生产排水指滤池反冲洗排水，生产排泥指反应沉淀池排泥。生产排水与生产排泥相比，其浓度极低，但水量集中且总水量较大；生产排泥的污泥浓度较高，其主要成分与市政污水不同，主要是原水中悬浮物质的大部分、溶解物质的一部分和混凝剂形成的矾花等无机成分。其水量一般占水厂总净水量的4%-7%，对环境会产生较大的影响[1, 8-10]。
净水厂污泥处理，其目的是把生产排水和生产排泥中大量悬浮物质经过多道工序的处理，使最终产物上清液的水质符合水厂回用或国家排放标准，同时使泥饼外运填埋或循环利用。
根据净水厂的规模、净水处理工艺、自动化程度、投资资金等情况通常有下
列几种工艺流程：
（1）沉淀池排泥水进行浓缩处理，滤池反冲洗排水直接回用或排放，主要适用于滤池反冲洗排水可满足回用要求的情况。这种流程由于本身费用较低，故目前国内采用较多。但因反冲洗排水中不仅富集了原水中几乎所有杂质，还包括生产工艺中投加的各种药剂，这些物质重新回到系统中，再加上回用水中的生物因素(如贾弟鞭毛虫和隐抱子虫)，回用时具有一定的风险。使用时应加强水质监测措施，一旦回用水水质不能满足回用标准，必须降低回用负荷或不回用。
（2）沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水经调节池混合后，上清液回用或者排放，底部污泥浓缩处理。适用于滤池反冲洗排水不能满足回用要求，但单独浓缩无法满足脱水机械要求，只能与沉淀池排泥水混合浓度的情况。由于滤池反冲洗排水水量明显多于沉淀池排泥水，合并处理工艺虽省却了排水池，减少基建投资和占地，但沉淀池排泥水被滤池反冲洗排水极度稀释而非常不利于污泥浓缩，浓缩池因处理水量大、浓缩效果差而需增加基建投资和占地。
（3）沉淀池排泥水进行浓缩处理，滤池反冲洗排水经排水池预沉，上清液回用或排放，底部污泥水与沉淀池排泥水一起浓缩处理。主要适用于滤池反冲洗排水不能满足回用要求，但预沉后上清液可以满足回用要求的情况。
净水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水的浓度和沉降性能之间存在着较大的差异。沉淀池排泥水的浓度一般较高，如果对沉淀池排泥水加以有效控制，尤其对于泥砂型原水排泥水平均含固率可控制0.3%以上，进行一定时间的浓缩后，一般可将浓缩池底部排泥浓度控制在3%以上，有利于污泥脱水机械的高效运行。滤池反冲洗排水平均浓度较低，一般平均含固率在0.1%以下，进行一定时间沉淀后底部排泥浓度一般低于1%，即使经过长时间浓缩压密也很难超过2%，不宜直接进行污泥脱水。
选择净水厂污泥处理工艺流程是，充分考虑了原有净水构筑物情况、上清液及脱水液回用情况、污泥处理程度及经济效益，确定以沉淀池排泥水进行浓缩处理，滤池反冲洗排水经排水池预沉，上清液回用或排放，底部污泥水与沉淀池排泥水一起浓缩处理作为净水厂污泥处理最优工艺流程[11-13]。
4. 给水厂污泥处理系统运行
4.1 排泥量均匀控制
水厂生产废水一般都是周期性排放，而污泥浓缩大都属连续工作，这就要求在污泥浓缩池前设一废水水量调节池进行水量调节。水量调节池的设计计算是以生产废水的排放方式、排放量和污泥浓缩池的工作负荷为基础的，这就必然涉及到另一主要问题：排泥水和滤池反洗水是否分开处理。
排泥水中的悬浮杂质含固率一般均高于0.3％，比滤池反洗水的含固率高20～30倍以上。如实行沉淀池智能化合理排泥，则排泥水含固率可能达1％左右。滤池反洗水水量明显多于排泥水水量，合并处理工艺虽省却了反洗水处理池，减少了基建投资和占地，但排泥水却被滤池反洗水极度稀释而非常不利于污泥浓缩，浓缩池也因处理水量大、浓缩效果差而需增加基建投资、占地和运行费用，因此宣采用分开处理工艺。分开处理时，滤池反洗水经处理后，上清液用泵输至絮凝沉淀池前作原水使用，沉淀底泥进入水量调节池与排泥水混合，之后送至污泥浓缩池浓缩[14-16]。
4.2调节池的作用及运行要求
调节池的作用主要是将澄清池和双阀滤池的排泥水均质均量，保证向浓缩池提供浓度较为均匀、流量较为恒定的污泥。因此，调节池内设潜水搅拌机以使池内污泥处于悬浮状态及保持浓度均匀；同时在池内设潜水泵以恒定流量向浓缩池投配污泥[17-19]。
沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水是间歇产生的，且流量较大，而浓缩池设计时考虑处理负荷，基本上是连续运行的，因此需设置调节池以解决废水收集和浓缩之间能力差值.排泥水调节池用以收集沉淀池排泥水，其容积必须满足排泥期间吸泥机排泥能力和排泥水浓缩能力的差值；反冲洗废水调节池则收集滤池反冲洗废水，不仅需在容积上考虑滤池反冲洗废水排放能力与浓缩能力的差值，还需考虑反冲洗废水的回用问题。
调节池运行控制方面，建议采用可调节的提升泵，根据调节池的运行液位及污泥浓缩池上清液固体悬浮物含量调节运行速度，以确保回用的上清液中的悬浮物含量小于设定的标准限制。 4.3浓缩池的作用及运行要求
浓缩池的功能是对调节后的泥水进一步浓缩，以提高机械脱水效率，缩小脱水机容量。当采用自然干化时，可节省用地面积。更为重要的是，给水污泥亲水
给水厂污泥处理技术
