凈水工程循環(huán)經(jīng)濟

水務產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟“雙高計劃”水利水電建筑工程專業(yè)群主講人：李龍CHAPTER

3凈水工程循環(huán)經(jīng)濟CONTENTS目錄1自來水廠

基本工藝3自來水廠的資源回收利用2自來水廠基本工藝的優(yōu)化措施1.1水務產(chǎn)業(yè)的定義SECTON1自來水廠基本工藝1.1自來水廠的基本概念

自來水廠簡稱水廠，又稱給水處理廠（watertreatmentplant），是將原水進行處理以達到用水水質(zhì)要求的工廠。一般由泵房、化學劑投加設備、水處理構(gòu)筑物、儲存成品水的清水池以及化驗室等建筑物所組成。圖1自來水廠1.2自來水廠的基本工藝圖2自來水廠工藝流程圖自來水廠的基本工藝主要包括加藥、絮凝、沉淀、過濾、消毒等。工藝1.2自來水廠的基本工藝自來水廠常用的藥劑主要時混凝劑、助凝劑、pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑、吸附劑和消毒劑等。加藥①混凝劑

為了使膠體失去穩(wěn)定性和脫穩(wěn)膠體相互凝聚所加的藥劑?？煞譃殍F鹽和鋁鹽兩大類。②助濾劑

投加在濾池前用作改善濾料過濾性能和效率的混凝劑。③助凝劑

在混凝過程中與混凝劑協(xié)同作用，加速絮凝體的生成，提高絮凝效果的藥劑。如聚丙烯酰胺、硅酸鈉等。1.2自來水廠的基本工藝圖3絮凝池絮凝脫穩(wěn)膠體相互聚結(jié)成大顆粒絮體的過程稱為絮凝過程。

常用的絮凝池有往復式隔板絮凝池、回轉(zhuǎn)式隔板絮凝池等。1.2自來水廠的基本工藝利用水的自然沉淀或混凝沉淀的作用來除去水中的懸浮物。圖4沉淀池沉淀1.2自來水廠的基本工藝圖5過濾池沉淀后的水，通過一層或幾層粒狀濾料使水中殘余的細菌或懸浮雜質(zhì)進一步截留分離出來的方法叫過濾。

過濾具有對水質(zhì)把關的作用，是凈水工藝的關鍵工序，直接影響出廠水水質(zhì)。過濾1.2自來水廠的基本工藝消毒消毒的目的是去除水中的致病微生物，確保飲用水安全。目前我國的自來水廠普遍采用的氯氣、二氧化氯和紫外線等消毒方法。①氯氣消毒氯氣與水反應生成次氯酸，其強氧化性使微生物細胞中的酶被氧化并阻止細胞中蛋白質(zhì)的合成，實現(xiàn)消毒。②二氧化氯消毒二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力，放出原子氧將細胞內(nèi)的含巰基的酶氧化起到殺菌作用。③紫外線消毒紫外線主要是通過對微生物(細菌、病毒、芽孢等病原體)的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死，從而達到消毒的目的。1.1水務產(chǎn)業(yè)的定義SECTON2自來水廠基本工藝的優(yōu)化措施2.1絮凝劑的節(jié)約措施1.配置濃度約在0.1%~0.3%之間，不宜過高或過低；2.藥劑配制時使藥劑要充分溶解在水中，不要結(jié)塊，否則既造成浪費，又影響出泥效果，同時對濾布和管路易造成堵塞，制造重復浪費。3.藥劑應存放在干燥的庫房中，藥袋封口，未用完的藥劑密封，以免受潮。配成溶液后，其存放時間就很有限，盡早使用。4.低溫時藥效下降，可添加助凝劑減少絮凝劑的用量。2.2提高沉淀效率的措施1.投加足量且適量的絮凝劑，既要讓絕大部分的懸浮物絮凝沉淀，也不能超量投加增加成本；2.控制絮凝池的攪拌速度，既要讓絮凝劑充分和懸浮物發(fā)生接觸和碰撞，同時攪拌機的速度不會破化已形成的礬花；3.選取合適的沉淀池構(gòu)筑物，如斜板（管）沉淀池、高密度沉淀池、攔截式沉淀池等。2.3提高消毒效率的措施1.控制加氯量：過多會對人體有害，過少無法達到余氯持續(xù)消毒的效果；2.控制作用時間：保證消毒劑和微生物有足夠的接觸、反應時間，過長會影響生產(chǎn)效率，過短會影響消毒效果；3.考慮微生物種類：氯氣難以殺滅隱孢子及其孢囊，且不同的微生物對氯的耐受性不同（如腺病毒、腸道病毒等），可能較難達到衛(wèi)生標準，此時需考慮使用不同的消毒方法。氯氣消毒2.3提高消毒效率的措施1.深色塑料桶密封包裝：儲存于陰涼通風處，避免陽光直射和與空氣接觸，運輸時要注意避開高溫和強光環(huán)境，并盡量平穩(wěn)；2.控制投加量：一般來說，溫度越高，二氧化氯的殺菌效力越大，因此在夏天可以適當減少投加量；3.水的渾濁程度：懸浮物會阻礙二氧化氯直接用微生物相接觸，降低消毒效率，因此應適當提高沉淀池的沉淀效果。二氧化氯消毒2.3提高消毒效率的措施1.水的渾濁程度：水中的懸浮物等的雜質(zhì)較多時，會影響紫外線的透射效果；2.考慮環(huán)境條件：環(huán)境溫度較低時，紫外線滅菌的效果較低；3.控制曝光時間：流量越小，曝光時間越長，消毒效率越高，但不利于生產(chǎn)效率。紫外線消毒1.1水務產(chǎn)業(yè)的定義SECTON3自來水廠的資源回收利用自來水廠的生產(chǎn)廢水主要來自沉淀池、澄清池或過濾池的排泥水和濾池的反沖洗或人工沖洗廢水，可占整個水廠日產(chǎn)水量的3％～7％。

對這部分水進行回用，不僅可以節(jié)約水資源，提高水廠的運營能力，還可減少廢水的排放量，特別是對廢水排放條件較差的水廠。圖6人工沖洗沉淀池圖7反沖洗過濾池3.1生產(chǎn)廢水的回用3.1生產(chǎn)廢水的回用目前國內(nèi)外的大型水廠很多在設計時都考慮了生產(chǎn)廢水的回用措施，但由于水質(zhì)的問題，有相當部分的水廠沒有或不?；赜?。這是因為這部分廢水中不僅富集了原水中幾乎所有的雜質(zhì)，還包括了在生產(chǎn)工藝中投加的各種藥劑。

這些物質(zhì)重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)中，再加上由此產(chǎn)生的生物因素(如賈弟鞭毛蟲和隱孢子蟲)，具有一定的風險。因此在考慮回用時，必須要仔細研究。生產(chǎn)廢水的回用方式a)直接回用

直接回用是目前國內(nèi)采用較多的方式，主要有用于濾池等構(gòu)筑物的反沖洗廢水直接回收和生產(chǎn)廢水上清液回收。反沖洗廢水直接回收：需設置回收池，將濾池反沖洗廢水加以收集，提升至原水絮凝前加以回收。生產(chǎn)廢水上清液回收：后者設置污泥濃縮池，沉淀池排泥水和濾池反沖洗水經(jīng)過濃縮，上清液提升至原水絮凝前加以回收，底部污泥進入污泥處理系統(tǒng)或直接排入河道或下水道。3.1生產(chǎn)廢水的回用這種回用方式本身費用較低，可結(jié)合污泥處理系統(tǒng)一起實施，但需加強水質(zhì)監(jiān)測措施，一旦回用水水質(zhì)不能滿足回用標準，必須降低回用負荷或不回用。生產(chǎn)廢水的回用方式b)處理回用

處理回用是對生產(chǎn)廢水進行處理，使其水質(zhì)滿足原水的常規(guī)化學指標和生物指標后再回用。

處理方式與生產(chǎn)廢水的水質(zhì)有較大關系，如果處理費用高于原水費用且原水水量充沛，則無法體現(xiàn)此方式的必要性。3.1生產(chǎn)廢水的回用

自來水廠的澄清池、沉淀池、濾池等構(gòu)筑物在生產(chǎn)運行過程中會產(chǎn)生大量的污泥，其中含有大量的病原微生物和其它有毒物質(zhì)，如果不經(jīng)妥善處理即排入水體或填埋可能會污染水體或土壤，對人們的居住環(huán)境造成很大危害。而作為仍有使用價值的生產(chǎn)運行副產(chǎn)物，污泥的回用也能節(jié)約資源并創(chuàng)造一定的經(jīng)濟價值。3.2生產(chǎn)污泥的處置a)排入下水道由污水廠處理

在自來水廠附近有污水廠，且污水廠能力許可的情況下，污泥可直接排入下水道同城市污水一并處理。

這種情況只適合于某些中小型水廠，否則排放的大量污泥可能會超出污水廠的處理負荷。

3.2生產(chǎn)污泥的處置b)脫水泥餅的陸上埋棄

在經(jīng)過濃縮、脫水、消毒等工序后，產(chǎn)生的廢水可以排放或回收利用，而剩余的泥餅被送往空地、荒漠、土坑、洼地等地方埋置泥餅。

由于陸上埋棄有一定的污染環(huán)境的潛在危害，因此需對泥餅的運輸過程、埋棄后的監(jiān)測做嚴格的要求。3.2生產(chǎn)污泥的處置c)泥餅的海洋投棄

靠近海濱的城市也可選擇海洋投棄的方法，沉淀池排出的泥水可不經(jīng)濃縮脫水處理即通過管道排入海中，也可用駁船將泥餅運到海中拋棄，減少污泥濃縮和脫水的成本支出。

進行海洋投棄時要注意相關的法規(guī)，避免對海洋環(huán)境造成危害。以上的三種污泥處置方式都各有比較大潛在污染危害，在追求綠色環(huán)保以及循環(huán)經(jīng)濟的今天，這三種方法都難以算是很好的處理方法。3.2生產(chǎn)污泥的處置d)脫水泥餅的衛(wèi)生填埋

衛(wèi)生填埋即將自來水廠的脫水泥餅同城市垃圾填埋場中的生活垃圾一起填埋，用作垃圾處理場的覆土，其既能達到衛(wèi)生填埋的要求，也能兼顧垃圾填埋場后期土地恢復的利用價值。

衛(wèi)生填埋是目前被廣泛采用的污泥處置方法。而垃圾填埋場一般遠離市區(qū)，如何經(jīng)濟的解決脫水泥餅的運輸問題是實施衛(wèi)生填埋的關鍵。3.2生產(chǎn)污泥的處置

自來水廠污泥處理的初衷時為了減少對自然水體的污染，而污泥處理的費用昂貴，大大增加水廠的投資和制水成本。

在污泥處理過程中綜合利用污泥處理中的各種副產(chǎn)物，回收部分污泥，是個很有價值的課題。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用a）再生鋁鹽

約有70%的自來水廠使用硫酸鋁作為混凝劑，投加量約為30mg/L~60mg/L，因此混凝劑在制水成本中占了很大的比重。

沉淀池的底泥中一般都含有較多的氫氧化鋁沉淀物這會給污泥脫水帶來困難。從污泥中回收鋁鹽可以使污泥更容易濃縮和脫水,同時可以大大減少污泥的總固體量,降低后續(xù)污泥脫水設備的規(guī)模減少投資。

回收的鋁鹽還可以回用作給水處理的混凝劑從而可以抵消部分污泥處理運轉(zhuǎn)費用。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用a）再生鋁鹽

從沉淀污泥中回收硫酸鋁國外自60年代就已進行了很多試驗研究。早期的較為成熟的鋁鹽回收工藝主要包括以下3個步驟：

（1）從沉淀池排出的污泥首先應經(jīng)過適當?shù)臐饪s回收硫酸鋁較為理想的污泥濃度應該在20％以下；

（2）濃縮污泥中加入硫酸氫氧化鋁同硫酸反應生成硫酸鋁而再次溶于水中；

（3）加酸反應后的泥水進行固液分離。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用a）再生鋁鹽

后來，離子交換萃取法得到了快速的發(fā)展：

（1）用離子交換萃取法可回收沉淀污泥中90％以上的鋁鹽且再生硫酸鋁的濃度很高；

（2）用離子交換萃取法獲得的硫酸鋁在質(zhì)量上同新鮮硫酸鋁相仿；

（3）由于萃取劑的選擇性強?所以再生而得的硫酸鋁純度很高污泥中的其它重金屬不再混合在再生液中。

離子交換萃取法回收的硫酸鋁的純度和濃度較高鋁的回收率也較高若能進一步研究能夠降低其成本簡化工藝流程它將會有很大的發(fā)展前途。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用b）再生鐵鹽

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。

如何對自來水廠的沉淀污泥進行適當處理回收其中的鐵鹽是給水工程中長期沒有解決的一大研究課題。鐵鹽的回收和鋁鹽的回收一樣對自來水廠污泥處理具有相似的優(yōu)越性。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用b）再生鐵鹽

以類似于鋁鹽的再生辦法用酸來再生鐵鹽。在用鐵鹽作混凝劑的沉淀污泥中加入一定量的酸使污泥的pH值降低此時污泥中的氫氧化鐵會溶于水中。當pH值控制適宜時溶液中會有一定量的再生鐵鹽。用酸來再生鐵鹽再生率最高可達60％～70％。但是要達到這個再生率需向沉淀污泥中加入大量的酸使沉淀污泥的pH值降到1.5～2.0。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用b）再生鐵鹽

該法的缺點是酸的用量大因而回收鐵鹽的成本很高；酸處理后較低pH值的剩余污泥的化學調(diào)節(jié)費用也高。此法的應用還存在一些問題如再生液中存在剩余還原劑（Na2S）如何用簡單的方法將其取出再使用,如何進一步降低處理成本等。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用

自來水廠污泥是以黏土細粒土為主的聚合物，有機物含量低，可以確保一定的強度，能被用作農(nóng)業(yè)園林用土、農(nóng)用肥料和建筑材料等，但這種產(chǎn)業(yè)廢棄物必須嚴格按照廢棄物的處理和處置的相關法律進行分類、保管、收集、搬運再生，并對污泥中的特殊物質(zhì)進行處理。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用c）用作園林用土

自來水廠污泥能用作改良土、蔬菜類育苗土、盆栽用土。栽培土等。通常要求再生土粒徑為0．5～3．0mm。如某地凈水污泥處理能力為32t/d，無加藥脫水后凈水污泥采用曬干攪拌破碎工藝。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用圖8污泥制園林用土d）用作農(nóng)用肥料

自來水廠污泥處理后的污泥含水率一般為70%。這些污泥中含有粘土、腐殖質(zhì)以及其他懸浮物，肥效很低。

當適量的污泥施用于土壤時，一方面由于污泥中含有結(jié)晶水的金屬氧化物可吸附痕量金屬，所以可減少土壤中游離的有害痕量金屬量;另一方面，污泥中大量的氫氧化鋁或氫氧化鐵吸附土壤中的磷，使得土壤中的磷含量降低，對農(nóng)作物生長不利。當污泥施用量小于20t/hm2時，不會對農(nóng)作物和環(huán)境產(chǎn)生負面影響。圖9污泥有機肥3.3生產(chǎn)污泥的綜合利用污泥的綜合利用e）用作建筑材料①采用自來水廠污泥灰作為制備輕質(zhì)混凝土的材料，實驗所得到的混凝土在單位重量、強度、隔熱性能和耐火性方面滿足輕質(zhì)混凝土的物理要求，是一種合適的且具有潛力的輕質(zhì)混凝土材料來源。3.3生產(chǎn)污泥的綜合利