文摘：根据近五年公布的数据，分析了国内给水厂排泥水处理的现状。供水厂的规模和经济能力适合不同的处理和处置技术。对于小型给水厂来说，排泥水达标是经济有效的。中型给水厂投资少，可以优先考虑优质回用。滤池反冲洗水直接回用时，回流比、投加量、污泥水质对水质安全的影响因素依次降低。沉淀池排泥水上清液回用，需要对溶解性有机物、微生物、金属等指标进行富集。预氧化和强化混凝可用于提高配有调节池的供水厂的重复利用率和安全性。“调节-浓缩-平衡-脱水”是目前生产废水和污泥联合处理的常用工程技术。涉及到处理后的废水和干化污泥的处置，废水需要达标排放。剩余污泥的处置由废弃转变为资源化利用。混凝、强化混凝、高级氧化、超滤及其组合技术有望实现零排放，全面避免处置造成的环境污染和资源浪费。同时，在运营管理方面，对工程技术自动化运营的需求越来越大。
关键词：给水厂；泥浆排放；处理技术；现状；前景
引言
目前，城市集中供水的给水厂绝大多数采用地下水和包括河流、湖泊、水库在内的地表水作为水源。混凝、沉淀、过滤、消毒,在常规工艺后，采用活性炭滤池、臭氧高级氧化、超滤、紫外等深度处理工艺将杂质从纯净水中分离出来，生产出符合国家标准的生活饮用水。在此过程中，会产生污泥水。主要由过滤器反冲洗水、反应沉淀池排泥水、过滤器反冲洗水沉淀的混合排泥水等组成。日产量波动较大，与给水厂的处理能力和工艺运行参数密切相关，一般认为占日处理能力的2%-10%。其成分包括原水浓缩后的各类污染物，以及水处理过程中使用的絮凝剂、氧化剂、消毒剂等。由于每个工厂生产的化学物质不同，具体成分很复杂。排放或回用时，水质标准需要统一，所需技术类型需要有针对性。
20世纪80年代以前，国内给水厂污泥大多排入自然水体。随着自来水厂的建设量越来越大，直接排放造成的环境污染和水资源浪费越来越受到人们的关注。上海、深圳、北京、杭州等地逐步实施了污泥再利用、浓缩、离心脱水、干化相关的重点科研、实验研究和生产转化。2018年之前，国内对排泥水的研究多处于实验室分析阶段，工程实践案例较少。在过去五年中，随着小规模和中试规模实验的改进，在工程实践中使用的技术主要有三类：处置技术、回用技术及生产废水与余泥联合处理。
政策方面，2019年4月国家发改委、水利部发布的《国家节水行动方案》明确提出8，全面提高水资源利用效率，保障国家水安全，促进国家高质量发展。工业用水重复利用率应大于91%。排泥水的安全回用，不仅可以避免水体污染，而且是供水厂提升重复用水率的有效措施9。
1. 工程技术应用及研究现状
根据近五年来已公布的给水厂排泥水数据统计，结果表明，生产者一般认同排泥水每日水量占日产能的2%-10%,沉淀池排泥水和滤池反冲洗水各占一半，还有少量综合生产废水，如滤池反冲洗沉淀后的浓泥水、离心分离出水等。剩余污泥产量与减量后的含水率、原水浊度、药剂投加量之间存在定量关系。在工程设计中，10的理论产量可参照《室外给水设计标准》 (GB 50013-2018)中干污泥的计算公式进行计算。以长沙市第一水厂为例，水厂排泥量约为自来水产量的2% ~ 4%，设计总规模为4000~8000m3/d，日生产废水4000~8000m3，年生产废水146 ~ 292万m3/11。苏州某水厂设计供水量为30万m3/d，生产废水主要包括沉淀池排泥水、砂滤池反冲洗水和炭滤池反冲洗水，约占总水量的2%。其中沉淀池污泥流量约3000m3/d，占生产废水总量的50.8%。海洋富岛有限公司净水能力为26万m3/d，设计原水浊度为30 NTU，采用三台隔膜压滤机，每年产生约1267吨含水率在75%以下的污泥。
水质成分受原水质量的影响很大。当原水呈碱性、含藻量较多、粘度较高时，沉淀池排泥水中含有无机亲水污泥，主要包括无机颗粒、有机物和水处理中加入的聚合氯化铝(PAC)反应形成的Al2O3，因此沉淀脱水性能较差。采用调节池、浓缩池、平衡池、脱水组合工艺的给水厂，浓缩池上清液浊度等水质指标也波动较大，最大浊度可达平均值的5倍，范围为2.9-238.6 NTU。系统排出的污泥含固量低于2%，会影响上清液水质安全和污泥脱水性能。
1.1 排泥水收集提效
供水厂普遍存在排泥水收集效率低下的问题的特点是水量大，水质不稳定。后续排放、回用、污泥脱水、干燥等一系列处理。对应于成本高和运行不稳定的问题。
通常由供水厂构筑物设计不合理或运行管理不到位造成。佛山市禅城区供水有限公司，采用GB/T5750-2006中溶解性总固体的测定方法，及《水和废水监测分析方法》中的残渣测量法，对水厂沉淀池排泥水进行含固率定量分析<13>。在此基础上，黄桦涛<14>对沉淀池内的排泥设备、配水墙、导流墙及集水槽进行改造，优化沉淀池工艺参数，提高沉淀池排泥水处理效果，起到降低能耗的效果。以溶解性总固体和残渣量作为含固率的量化指标，结果显示，排泥水的含固率提升明显。
深圳水务集团的唐业梅等人，针对深圳某供水厂，提出优化排泥阀、刮吸泥机及滤池反洗工况,使得排泥水由1.83%降至1.36%<15>。
1.2 生产废水及余泥处置
将排泥水不经处理直接外排，目前的政策趋势下，是不可持续的做法。《室外给水设计标准》(GB 50013-2018)中对水厂排泥水排放提出要求：水厂排泥水排入河道、沟渠等天然水体的水质应符合现行国家标准《污水综合排放标准》的有关规定。根据《污水综合排放标准》（DB12/356-2008），生产废水排入《地面水环境质量标准》（GB3838）规定的三类水域执行一级标准，即悬浮物含量不能超过 70 mg/L；生产废水排入一般保护水域，即Ⅳ、Ⅴ类水域执行二级标准，悬浮物含量不能超过200 mg/L；排入城市下水道并进入二级污水处理厂执行三级标准，悬浮物含量不能超过 400 mg/L<5>。给水厂排泥水含有大量的悬浮物，其总固体含量一般在0.1%～2%之间，其悬浮物含量远超国家标准<16>。采用混凝、预氧化-混凝等技术处理后，生产废水可实现一定量的回用，但仍需少量外排。杨珊珊<17>对上海某水厂的排泥水进行高效澄清组合设备进行中试实验改造，排泥池、浓缩池上清液达标后排放，脱水机过滤液回流到排泥池回用。
即使达标排放，因大多数供水厂采用铝盐作为混凝剂，大量铝盐会对水生生物和底栖生物构成危害，而污泥的沉积作用会造成水体中某些鱼类食物的短缺，影响鱼卵的成活率；排泥水中的泥沙、悬浮物进入水体后造成泥沙淤积、河床抬高等水力条件的变化，影响河道的防洪排涝能力<16>。
在雨污分流等城市基础建设较完善的地区，供水厂的排泥水可排入地下污水管网，由污水处理厂统一处理。技术上简单，经济上需承担排污费用。但未经处理的排泥水中，易引起排水管道堵塞。而且排泥水一般为非连续排放，氮、磷、COD含量低，造成污水处理厂进水被稀释，水质产生波动。过量聚合氯化铝及余氯也会对污水处理厂中的氧化沟内活性污泥，产生不利影响，降低氮、磷、COD等去除。另外也有好的影响，排泥水中矾花成分含有少量的胶体功能，可作为污泥的骨架结构，为压滤机脱水提供很好的效果。因此小型水厂可考虑采用污水处理厂的外排处置，出厂前宜设置调节池、考虑污水处理厂的进水接入点，将不良影响最大程度地减少<18>。
《城镇污水处理厂污染物排放标准》中指出，脱水后污泥含水率要求≤80%。污泥的处置途径主要有海洋弃置、卫生填埋、资源化再利用等。其中资源化包括用于园林再生土壤、烧制后作为建筑材料、作为吸附剂用于水环境治理<19>。也有和谷壳灰充分混合用以烧制隔热耐火等各种抗性材料的<3>。使用石灰的供水厂，余泥轻质碳酸钙含量高。则可用作橡胶、塑料等填料，也可用于有机合成生产中，或牙粉、牙膏及其他化妆品的原料<20>。
1.3 生产废水回用技术
滤池反冲洗水和沉淀池排泥水是组成排泥水的两大主要来源，前者比后者水质显著较好，后者含有大量矾花，有胶体的吸附架桥作用。因此，分质回收和回用，可显著提高经济性、回用率和安全性。
大量小试、中试和生产性试验都表明，滤池的反冲洗水可直接回用，对供水厂出厂水的水质安全没有显著影响。刘国烨<21>等人对排泥水回流比、投药量以及排泥水浊度三因素进行正交实验，得出针对出水浊度的影响程度：排泥水回流比＞PAC 投药量＞排泥水浊度。最终得出在PAC 投药量为 15～30 mg/L，浊度达标情况下，节省投药量效果明显<22>。蒋奇等人在针对农村供水厂应用研究中提出，对滤池反冲洗排水和沉淀池排泥水分别进行浓缩<23>。童祯恭<24>采用微涡流的物理技术，使用中试试验验证直接回用的优化效果。保证微涡流絮凝时间为总絮凝时间的前3/4时，排泥水回流体积比为4%，可提升30%以上的处理水量，节省20%的投药量，浊度和UV254最高分别下降68%和40%,CODMn最高去除率为50%，并且不会造成色度、金属及微生物的大量富集，能有效促进大颗粒絮体的形成；对水中颗粒分子的去除效果良好，能适应低温低浊水的处理，适用于国内小型及乡镇水厂的滤池反冲洗水直接回用。
沉淀池排泥水的回用，则需要简单的处理。王苏女等人，以南方地区排泥水为研究对象，通过自然沉淀和混凝沉淀试验证实，沉淀池自然沉淀30 min后上清液水质明显改善。上清液回用对CODMn、DOC、浊度、UV254小分子有机物无不利影响；沉后水锰、铝、镍、铊重金属含量达标，但回流比较大时存在一定的锰超标风险。经自然沉淀后回用比≤10%具有良好的水质安全性<25>。对于锰超标的风险，葛邵阳有相似结论<26>。姚夏等人认为回流比为3%时，水质的生物稳定性良好<27>。罗勇<9>在针对合建式排泥水开展自然沉降、混凝沉淀、预氧化－混凝沉淀三种工艺的对比试验，认为单独自然沉降无法满足回用标准；在采用 O3或 NaClO3预氧化后，回用效率提升显著，高锰酸钾预氧化效果较差；当采用预氧化-混凝沉淀时， O3投加量为3 mg/L或NaClO3投加量为2.5mg/L 时，PACl投加量为30 mg/L，出水浊度、CODMn、铁、锰、微生物等指标均良好。吴哲帅<2>对混合水进行回用小试，认为排泥水的回流量和回流浓度的乘积稳定在一定范围内，适当回流比不会对出水的Al、Fe、细菌总数和CODMn有显著不良影响。除回流比外，投药量也是显著影响因素，CODMn、UV254、氨氮去除效果不佳 <2>。循环造粒流化床技术对混合排泥水回用效果好<28>。UV/H2O2可显著降低排泥水中二氯乙酰胺生成势<29>。
总而言之，分质回用时的回流比、投药量和浊度是影响水质安全性的主要因子。沉淀池排泥水的回用，应重点解决锰、有机物、微生物和含氯消毒副产物等指标的富集。
1.4 氧化-超滤联合技术处理生产废水
浸没式超滤技术使用物理隔离的方法对排泥水实现高效处理。但嗅味物质、消毒副产物、耐氯菌指标存在安全风险，需与高级氧化剂联合使用，可同时减少膜污染，延长膜的使用寿命。
江苏某自来水厂沉淀池排泥水，采用浸没式超滤工艺处理沉淀池排泥水，范金辉等人对通过小试试验，分析Fe2 +和 PMS 同步混凝氧化预处理。结果表明其对排泥水中的颗粒物、微生物和有机物去除效果良好。两者当投加量均为0. 15 mmol/L时，三氯甲烷和嗅味物质含量均低于 GB 5749―2006《生活饮用水卫生标准》限值，同时超滤膜污染得到了有效的缓解<30>。
清华大学的付宛宜等对南方某自来水厂的排泥水采用陶瓷膜组合工艺进行处理。研究了陶瓷膜组合工艺对南方某自来水厂排泥水的净化处理效果，主要工艺单元包括混凝、臭氧氧化、超滤陶瓷膜与活性炭过滤，实现排泥水资源回收利用。采用规模为10 m3/d中试装置，陶瓷膜通量为100 L/(m2h),跨膜压差TMP<30 kPa。考察了组合工艺对浊度、色度、有机物(CODMn)、氨氮、土臭素(GSM)、二甲基三硫醚(DMTS)、2-甲基异莰醇(2-MIB)、药物和个人护理产品(PPCPs)和内分泌干扰物(EDCs)等污染物的去除效果。结果表明：经中试工艺处理后，出水指标均达到GB 5749-2006。中试工艺对浊度、色度、CODMn和氨氮的平均去除率分别为99%、100%、75.9%和72.3%,对PPCPs、EDCs、DMTS和2-MIB的平均去除率分别为95.4%、78.3%、90.3%和100%,处理效果显著优于该自来水厂现有排泥水处理工艺。原位臭氧氧化还能够有效缓解膜污染。中试结果表明，臭氧/陶瓷膜和活性炭过滤组合工艺回收处理自来水厂排泥水在技术上稳定可行<7>。
1.5 余泥处理技术
常用的供水厂污泥处理工艺包括：污泥自然干化床、浓缩和机械脱水、人工干化或焚烧。人工干化或焚烧工艺能够大幅削减原生污泥的体积，但工程投资和运行费用高。最为简单经济的技术是污泥自然干化床，及泥层厚度较浅的污泥干化床工艺，但占地面积大。高效运行情况下，干化后的污泥含水率可达45~50%。机械脱水是采用机械设备，如带式脱水机、离心机和螺压式脱水机等对污泥进行脱水操作的技术，可操作性强，投入产出比高，目前应用普遍。张念琦等设计人员对机械脱水设备进行过技术比选<31>。
海洋石油富岛有限公司在使用隔膜式压滤机时，出现出饼含水率高、滤布破损率高、产率低等生产问题。通过PAM停止投加，进料时长6h增至12h最佳等参数调整，实现产率由原工况 0.25t有效提升至 0.38t 干泥以上<6>。山西临汾供水厂因采用石灰和PAC进行水软化处理，因此排泥水悬浮物含量显著较高。浓缩后的污泥采用板框压滤机脱水。作者认为板框压滤机能提供较大的过滤压力，脱水效果好，滤饼含固率高，滤液较清，固体回收率高，日常运行耗能低，对需要进一步干燥和焚烧的污泥可以降低燃料消耗，是无加药脱水工艺的首选。但存在缺点是周期性间断工作，产率低，占地面积大，基建及设备费用高。间歇式加压过滤的压力过滤设备，浓缩后的污泥用投料泵输入压滤机的每个滤室，在压力作用下，以过滤的方式透过滤布达到固液两相分离的目的，适用于浓缩和脱水均不加药处理的工序，日常运行费用低，在我国使用较多。但为保证进机污泥浓度，一般要投加絮凝剂和石灰，以保证较好的脱水效果，供水厂净化工艺有投加石灰的系统，则具有一定的优势，但易堵塞滤布及管道<20>。
1.6 生产废水及其余泥联合处理技术
有条件建设排泥水处理设施的供水厂，一般采用“调节-浓缩-平衡-脱水”的工艺，对排泥水进行处理，实现调节池上清液、浓缩池上清液、脱水设备析出液等生产废水的回用、达标后外排，同时实现余泥的联合处理，最终减量化后弃置，或进行资源化探索。有些采用了活性炭滤池、臭氧高级氧化、超滤、紫外等深度处理工艺的供水厂，也可对上述生产废水直接进行回用，实现零排放。使用气浮工艺的水厂则需在余泥脱水前对浓泥水进行脱气<32>。联用技术应充分考虑工艺间的适配。在此过程中，自动化的运行模式越来越多地被应用。
彭思琪等人认为回流时与深度处理搭配，氨氮风险可解除<33>。上海市某自来水厂采用常规工艺，排泥水直接外排。杨珊珊等人采用混凝-絮凝-澄清的中试组合设备，实现了上清液达标外排，剩余浓泥水加入PAM后，通过叠螺脱水机对余泥进行脱水，分离液回流到排泥池中回用<17>。张念琦<31>等人也在应急工程设计中，认为以上的高效澄清组合工艺具有占地少，环境卫生好，运行管理方便等优点。相比传统混凝沉降工艺、超磁分离水体净化技术、砂泥分离+泥水分离优势明显。吴玮等人对苏州某自来水厂的排泥水联合处理系统进行运行优化试验<12>，通过投加0.3 mg/L阳离子型PAM，有效改善混凝沉降效率，调整斜板间距、刮泥机转速优化浓缩效率，使脱水前浓泥水含固率达到3.17%。提质增效效果显著。
陈圆在长沙市第一水厂提质改造中<11> 实现排泥水的全收集、全处理、零排放以及冷却水的循环利用。在用地有限情况下，完成不停产改造，新增臭氧+生物活性炭工艺深度处理系统和排泥水处理系统。该厂内絮凝-沉淀池排泥水、砂滤池-炭滤池反冲洗水、排泥池上清液、脱水机房阴离子PAM分离液全部进行收集及回用。利用氧气罐储存的液氧在使用时需吸热汽化成氧气气体，液氧蒸发器吸收臭氧发生器冷却水的热量，实现冷却水的循环利用。
中山黄埔水厂在扩建过程中增设污泥处理系统，实现自动化控制<34>。广州市北部水厂、浙江绍兴宋六陵水厂等<16,35>都在改造后实现了自动化运行。
2. 应用技术展望
近年来的供水厂排泥水处理处置技术在环保、低碳、创新、数字化政策日趋主导的大背景下，研究热度较高，工程技术应用发展迅速。基于供水厂不同的规模、经济实力、所在地政策要求、工艺类型差异，生产废水的处理技术各不相同，优化过程中应因地制宜。
常见处理技术类型及特点如下：
1.滤池反冲洗水和排泥水宜分别回收，通过调控回流比，可能实现直接回用。滤池反冲洗水水质较好，回用对颗粒物、浊度的去除有一定优化作用；排泥水的回用应重点关注锰、氯、嗅味物质、消毒副产物、耐氯菌等指标的富集，藻类会对其回用率有显著不利影响。
2.水质较差、波动大的混合排泥水，可通过混凝沉淀、预氧化-混凝沉淀等实现高效澄清，有利于实现水质达标后排入自然水体、市政污水处理厂，也可实现一定比率的回用，一般不超过60%。通过超滤、高级氧化-超滤、高效澄清-超滤工艺技术，可实现较高比率的回用，回用率一般高于80%。
3.处理技术的选择，由处置方式的质量要求起决定性作用。
工程实践中，对余泥的处理一般采用机械脱水技术。其减量化技术中低温干化应用热度较高。余泥的处理建立在生产废水处理的基础上，处理后浓泥水一般高于98%才能保证机械脱水的运行效率。
生产废水和余泥的处理处置，应从收集环节把控水质和水量，结合处理处置设备、净水工艺运行参数、运行管理模式三个方面进行优化，方能保障处理效果，最终实现无害化、减量化、资源化处置。因此，零排放、自动化的技术方法和运行管理模式，是目前全国工程的统一需求，但统一的行业规范引导尚不完善。
本文作者：蒋旗军 黄远东 刘岳峰
