净水工程循环经济

水务产业循环经济“双高计划”水利水电建筑工程专业群主讲人：李龙CHAPTER

3净水工程循环经济CONTENTS目录1自来水厂

基本工艺3自来水厂的资源回收利用2自来水厂基本工艺的优化措施1.1水务产业的定义SECTON1自来水厂基本工艺1.1自来水厂的基本概念

自来水厂简称水厂，又称给水处理厂（watertreatmentplant），是将原水进行处理以达到用水水质要求的工厂。一般由泵房、化学剂投加设备、水处理构筑物、储存成品水的清水池以及化验室等建筑物所组成。图1自来水厂1.2自来水厂的基本工艺图2自来水厂工艺流程图自来水厂的基本工艺主要包括加药、絮凝、沉淀、过滤、消毒等。工艺1.2自来水厂的基本工艺自来水厂常用的药剂主要时混凝剂、助凝剂、pH调节剂、氧化剂、吸附剂和消毒剂等。加药①混凝剂

为了使胶体失去稳定性和脱稳胶体相互凝聚所加的药剂。可分为铁盐和铝盐两大类。②助滤剂

投加在滤池前用作改善滤料过滤性能和效率的混凝剂。③助凝剂

在混凝过程中与混凝剂协同作用，加速絮凝体的生成，提高絮凝效果的药剂。如聚丙烯酰胺、硅酸钠等。1.2自来水厂的基本工艺图3絮凝池絮凝脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程称为絮凝过程。

常用的絮凝池有往复式隔板絮凝池、回转式隔板絮凝池等。1.2自来水厂的基本工艺利用水的自然沉淀或混凝沉淀的作用来除去水中的悬浮物。图4沉淀池沉淀1.2自来水厂的基本工艺图5过滤池沉淀后的水，通过一层或几层粒状滤料使水中残余的细菌或悬浮杂质进一步截留分离出来的方法叫过滤。

过滤具有对水质把关的作用，是净水工艺的关键工序，直接影响出厂水水质。过滤1.2自来水厂的基本工艺消毒消毒的目的是去除水中的致病微生物，确保饮用水安全。目前我国的自来水厂普遍采用的氯气、二氧化氯和紫外线等消毒方法。①氯气消毒氯气与水反应生成次氯酸，其强氧化性使微生物细胞中的酶被氧化并阻止细胞中蛋白质的合成，实现消毒。②二氧化氯消毒二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，放出原子氧将细胞内的含巯基的酶氧化起到杀菌作用。③紫外线消毒紫外线主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。1.1水务产业的定义SECTON2自来水厂基本工艺的优化措施2.1絮凝剂的节约措施1.配置浓度约在0.1%~0.3%之间，不宜过高或过低；2.药剂配制时使药剂要充分溶解在水中，不要结块，否则既造成浪费，又影响出泥效果，同时对滤布和管路易造成堵塞，制造重复浪费。3.药剂应存放在干燥的库房中，药袋封口，未用完的药剂密封，以免受潮。配成溶液后，其存放时间就很有限，尽早使用。4.低温时药效下降，可添加助凝剂减少絮凝剂的用量。2.2提高沉淀效率的措施1.投加足量且适量的絮凝剂，既要让绝大部分的悬浮物絮凝沉淀，也不能超量投加增加成本；2.控制絮凝池的搅拌速度，既要让絮凝剂充分和悬浮物发生接触和碰撞，同时搅拌机的速度不会破化已形成的矾花；3.选取合适的沉淀池构筑物，如斜板（管）沉淀池、高密度沉淀池、拦截式沉淀池等。2.3提高消毒效率的措施1.控制加氯量：过多会对人体有害，过少无法达到余氯持续消毒的效果；2.控制作用时间：保证消毒剂和微生物有足够的接触、反应时间，过长会影响生产效率，过短会影响消毒效果；3.考虑微生物种类：氯气难以杀灭隐孢子及其孢囊，且不同的微生物对氯的耐受性不同（如腺病毒、肠道病毒等），可能较难达到卫生标准，此时需考虑使用不同的消毒方法。氯气消毒2.3提高消毒效率的措施1.深色塑料桶密封包装：储存于阴凉通风处，避免阳光直射和与空气接触，运输时要注意避开高温和强光环境，并尽量平稳；2.控制投加量：一般来说，温度越高，二氧化氯的杀菌效力越大，因此在夏天可以适当减少投加量；3.水的浑浊程度：悬浮物会阻碍二氧化氯直接用微生物相接触，降低消毒效率，因此应适当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.水的浑浊程度：水中的悬浮物等的杂质较多时，会影响紫外线的透射效果；2.考虑环境条件：环境温度较低时，紫外线灭菌的效果较低；3.控制曝光时间：流量越小，曝光时间越长，消毒效率越高，但不利于生产效率。紫外线消毒1.1水务产业的定义SECTON3自来水厂的资源回收利用自来水厂的生产废水主要来自沉淀池、澄清池或过滤池的排泥水和滤池的反冲洗或人工冲洗废水，可占整个水厂日产水量的3％～7％。

对这部分水进行回用，不仅可以节约水资源，提高水厂的运营能力，还可减少废水的排放量，特别是对废水排放条件较差的水厂。图6人工冲洗沉淀池图7反冲洗过滤池3.1生产废水的回用3.1生产废水的回用目前国内外的大型水厂很多在设计时都考虑了生产废水的回用措施，但由于水质的问题，有相当部分的水厂没有或不常回用。这是因为这部分废水中不仅富集了原水中几乎所有的杂质，还包括了在生产工艺中投加的各种药剂。

这些物质重新回到生产系统中，再加上由此产生的生物因素(如贾弟鞭毛虫和隐孢子虫)，具有一定的风险。因此在考虑回用时，必须要仔细研究。生产废水的回用方式a)直接回用

直接回用是目前国内采用较多的方式，主要有用于滤池等构筑物的反冲洗废水直接回收和生产废水上清液回收。反冲洗废水直接回收：需设置回收池，将滤池反冲洗废水加以收集，提升至原水絮凝前加以回收。生产废水上清液回收：后者设置污泥浓缩池，沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经过浓缩，上清液提升至原水絮凝前加以回收，底部污泥进入污泥处理系统或直接排入河道或下水道。3.1生产废水的回用这种回用方式本身费用较低，可结合污泥处理系统一起实施，但需加强水质监测措施，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。生产废水的回用方式b)处理回用

处理回用是对生产废水进行处理，使其水质满足原水的常规化学指标和生物指标后再回用。

处理方式与生产废水的水质有较大关系，如果处理费用高于原水费用且原水水量充沛，则无法体现此方式的必要性。3.1生产废水的回用

自来水厂的澄清池、沉淀池、滤池等构筑物在生产运行过程中会产生大量的污泥，其中含有大量的病原微生物和其它有毒物质，如果不经妥善处理即排入水体或填埋可能会污染水体或土壤，对人们的居住环境造成很大危害。而作为仍有使用价值的生产运行副产物，污泥的回用也能节约资源并创造一定的经济价值。3.2生产污泥的处置a)排入下水道由污水厂处理

在自来水厂附近有污水厂，且污水厂能力许可的情况下，污泥可直接排入下水道同城市污水一并处理。

这种情况只适合于某些中小型水厂，否则排放的大量污泥可能会超出污水厂的处理负荷。

3.2生产污泥的处置b)脱水泥饼的陆上埋弃

在经过浓缩、脱水、消毒等工序后，产生的废水可以排放或回收利用，而剩余的泥饼被送往空地、荒漠、土坑、洼地等地方埋置泥饼。

由于陆上埋弃有一定的污染环境的潜在危害，因此需对泥饼的运输过程、埋弃后的监测做严格的要求。3.2生产污泥的处置c)泥饼的海洋投弃

靠近海滨的城市也可选择海洋投弃的方法，沉淀池排出的泥水可不经浓缩脱水处理即通过管道排入海中，也可用驳船将泥饼运到海中抛弃，减少污泥浓缩和脱水的成本支出。

进行海洋投弃时要注意相关的法规，避免对海洋环境造成危害。以上的三种污泥处置方式都各有比较大潜在污染危害，在追求绿色环保以及循环经济的今天，这三种方法都难以算是很好的处理方法。3.2生产污泥的处置d)脱水泥饼的卫生填埋

卫生填埋即将自来水厂的脱水泥饼同城市垃圾填埋场中的生活垃圾一起填埋，用作垃圾处理场的覆土，其既能达到卫生填埋的要求，也能兼顾垃圾填埋场后期土地恢复的利用价值。

卫生填埋是目前被广泛采用的污泥处置方法。而垃圾填埋场一般远离市区，如何经济的解决脱水泥饼的运输问题是实施卫生填埋的关键。3.2生产污泥的处置

自来水厂污泥处理的初衷时为了减少对自然水体的污染，而污泥处理的费用昂贵，大大增加水厂的投资和制水成本。

在污泥处理过程中综合利用污泥处理中的各种副产物，回收部分污泥，是个很有价值的课题。3.3生产污泥的综合利用a）再生铝盐

约有70%的自来水厂使用硫酸铝作为混凝剂，投加量约为30mg/L~60mg/L，因此混凝剂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较多的氢氧化铝沉淀物这会给污泥脱水带来困难。从污泥中回收铝盐可以使污泥更容易浓缩和脱水,同时可以大大减少污泥的总固体量,降低后续污泥脱水设备的规模减少投资。

回收的铝盐还可以回用作给水处理的混凝剂从而可以抵消部分污泥处理运转费用。3.3生产污泥的综合利用a）再生铝盐

从沉淀污泥中回收硫酸铝国外自60年代就已进行了很多试验研究。早期的较为成熟的铝盐回收工艺主要包括以下3个步骤：

（1）从沉淀池排出的污泥首先应经过适当的浓缩回收硫酸铝较为理想的污泥浓度应该在20％以下；

（2）浓缩污泥中加入硫酸氢氧化铝同硫酸反应生成硫酸铝而再次溶于水中；

（3）加酸反应后的泥水进行固液分离。3.3生产污泥的综合利用a）再生铝盐

后来，离子交换萃取法得到了快速的发展：

（1）用离子交换萃取法可回收沉淀污泥中90％以上的铝盐且再生硫酸铝的浓度很高；

（2）用离子交换萃取法获得的硫酸铝在质量上同新鲜硫酸铝相仿；

（3）由于萃取剂的选择性强‚所以再生而得的硫酸铝纯度很高污泥中的其它重金属不再混合在再生液中。

离子交换萃取法回收的硫酸铝的纯度和浓度较高铝的回收率也较高若能进一步研究能够降低其成本简化工艺流程它将会有很大的发展前途。3.3生产污泥的综合利用b）再生铁盐

在给水处理中铁盐也常被用作混凝剂。铁盐经使用后基本上变成沉淀物混合在沉淀污泥中。

如何对自来水厂的沉淀污泥进行适当处理回收其中的铁盐是给水工程中长期没有解决的一大研究课题。铁盐的回收和铝盐的回收一样对自来水厂污泥处理具有相似的优越性。3.3生产污泥的综合利用b）再生铁盐

以类似于铝盐的再生办法用酸来再生铁盐。在用铁盐作混凝剂的沉淀污泥中加入一定量的酸使污泥的pH值降低此时污泥中的氢氧化铁会溶于水中。当pH值控制适宜时溶液中会有一定量的再生铁盐。用酸来再生铁盐再生率最高可达60％～70％。但是要达到这个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生产污泥的综合利用b）再生铁盐

该法的缺点是酸的用量大因而回收铁盐的成本很高；酸处理后较低pH值的剩余污泥的化学调节费用也高。此法的应用还存在一些问题如再生液中存在剩余还原剂（Na2S）如何用简单的方法将其取出再使用,如何进一步降低处理成本等。3.3生产污泥的综合利用

自来水厂污泥是以黏土细粒土为主的聚合物，有机物含量低，可以确保一定的强度，能被用作农业园林用土、农用肥料和建筑材料等，但这种产业废弃物必须严格按照废弃物的处理和处置的相关法律进行分类、保管、收集、搬运再生，并对污泥中的特殊物质进行处理。3.3生产污泥的综合利用c）用作园林用土

自来水厂污泥能用作改良土、蔬菜类育苗土、盆栽用土。栽培土等。通常要求再生土粒径为0．5～3．0mm。如某地净水污泥处理能力为32t/d，无加药脱水后净水污泥采用晒干搅拌破碎工艺。3.3生产污泥的综合利用图8污泥制园林用土d）用作农用肥料

自来水厂污泥处理后的污泥含水率一般为70%。这些污泥中含有粘土、腐殖质以及其他悬浮物，肥效很低。

当适量的污泥施用于土壤时，一方面由于污泥中含有结晶水的金属氧化物可吸附痕量金属，所以可减少土壤中游离的有害痕量金属量;另一方面，污泥中大量的氢氧化铝或氢氧化铁吸附土壤中的磷，使得土壤中的磷含量降低，对农作物生长不利。当污泥施用量小于20t/hm2时，不会对农作物和环境产生负面影响。图9污泥有机肥3.3生产污泥的综合利用污泥的综合利用e）用作建筑材料①采用自来水厂污泥灰作为制备轻质混凝土的材料，实验所得到的混凝土在单位重量、强度、隔热性能和耐火性方面满足轻质混凝土的物理要求，是一种合适的且具有潜力的轻质混凝土材料来源。3.3生产污泥的综合利