給水廠污泥回用安全性評估

郭麗莉

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，社會不斷進(jìn)步，作為自來水廠無法避免產(chǎn)生的副產(chǎn)物-給水廠污泥，其回用于環(huán)境修復(fù)已成為研究熱點(diǎn)，亟需評價(jià)其環(huán)境安全性。本文通過給水廠污泥對大型蚤的急性和慢性毒性實(shí)驗(yàn)，調(diào)查了給水廠污泥對大型蚤的生長、繁殖和抗氧化酶活性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)給水廠污泥對大型蚤沒有產(chǎn)生毒性效應(yīng)。本研究對于推進(jìn)給水廠污泥資源化應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義，促進(jìn)“以廢治廢”。

【關(guān)鍵詞】給水廠污泥;大型蚤;毒性

城市給水廠在生產(chǎn)飲用水的同時(shí)，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(jī)物，以及殘存在泥中的混凝劑。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)處理直接排入水體，不但嚴(yán)重污染水體，而且浪費(fèi)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。

1、給水廠污泥的種類和性質(zhì)

給水廠污泥主要有石灰軟化污泥和化學(xué)絮凝污泥兩種。軟化污泥主要產(chǎn)生于地下水的處理，其污泥量約占原水量的0.3%～5%，主要成分是CaCO3、Mg（OH）2、淤泥、過剩石灰和有機(jī)物，這類污泥中有機(jī)物含量少，含水率低，易于沉降;化學(xué)絮凝污泥產(chǎn)生于對地表水的處理，大約占原水量的0.5%～3%，它是由原水中的懸浮物、溶解狀膠質(zhì)、有機(jī)物、微生物及加入的混凝劑組成，是給水廠污泥處理的主要對象。給水廠污泥的BOD與COD比值很小，無機(jī)物占污泥組分的絕大部分，混凝劑的品種和投加量對給水廠中污泥的數(shù)量和性質(zhì)有很大的影響。

2、給水廠污泥回用安全性評估

2.1給水廠污泥對大型蚤的生長影響實(shí)驗(yàn)

采用的是給水廠污泥的泥水共存體系，實(shí)驗(yàn)濃度為0、5、50、100、500和5000mg.L-1。實(shí)驗(yàn)選取出生6-24h的幼蚤。向每個(gè)裝有100mL實(shí)驗(yàn)溶液的燒杯中加入3只幼蚤，每個(gè)不同濃度的處理組和對照組均設(shè)置3個(gè)平行。實(shí)驗(yàn)開始前向所有燒杯中加入濃度為5mg.L-1的柵藻作為大型蚤的食物。燒杯置于恒溫培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為20℃，無光照，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行5d，實(shí)驗(yàn)期間不再喂食。在實(shí)驗(yàn)開始前，取15只幼蚤，用雙目立體顯微鏡測量體長。以3只幼蚤為一組，共5組幼蚤，將每組幼蚤轉(zhuǎn)移至提前稱重的鋁箔紙上，于105°C干燥24h后稱重。經(jīng)過5d培養(yǎng)之后，收集實(shí)驗(yàn)蚤，用人工稀釋水沖洗后按照上述方法稱量實(shí)驗(yàn)蚤的體長和體重，計(jì)算從實(shí)驗(yàn)開始至第5天的生長率，生長率分別以體重和體長的增長來表現(xiàn)，計(jì)算公式為：

其中，W0和W5分別指實(shí)驗(yàn)開始前和實(shí)驗(yàn)第5天大型蚤的體重，L0和L5分別指實(shí)驗(yàn)開始前和實(shí)驗(yàn)第5天大型蚤的體長。

2.2給水廠污泥對大型蚤的繁殖毒性實(shí)驗(yàn)

采用給水廠污泥的泥水共存體系，實(shí)驗(yàn)濃度為0、500和5000mg.L-1。實(shí)驗(yàn)選取出生6-24h的幼蚤。向每個(gè)裝有20mL實(shí)驗(yàn)溶液的50mL燒杯中加入1只幼蚤。每個(gè)濃度設(shè)置10個(gè)平行，一組實(shí)驗(yàn)液設(shè)置一個(gè)空白對照，即相同體積的人工稀釋水。將所有蚤置于培養(yǎng)箱中，實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境條件與培養(yǎng)時(shí)的環(huán)境條件保持一致。每隔一天全部更換一次溶液。每天喂食一次斜生柵藻藻液，最終藻密度約為1×105cells.mL-1。每天觀察大型蚤蛻皮、懷卵和產(chǎn)卵情況，記錄母蚤初次懷卵時(shí)間、初次產(chǎn)卵時(shí)間、初次產(chǎn)卵數(shù)、產(chǎn)卵總次數(shù)以及總的產(chǎn)卵數(shù)量，統(tǒng)計(jì)母蚤的死亡數(shù)。實(shí)驗(yàn)周期為21d，21d后在體視顯微鏡下測定記錄大型蚤的體長。

2.3給水廠污泥對大型蚤的抗氧化酶活性影響

暴露于不同濃度的給水廠污泥中的大型蚤體內(nèi)的CAT、SOD、GPX和GST四種抗氧化酶的活性見表1。由表可見，與對照組相比，暴露于不同濃度下的給水廠污泥的大型蚤，體內(nèi)的四種抗氧化酶的活性都沒有顯著性差異。生物體在外界壓力之下體內(nèi)會產(chǎn)生大量的ROS，高濃度的ROS可能會引起氧化壓力，并通過攻擊生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、膜脂和其他細(xì)胞成分而對細(xì)胞產(chǎn)生損傷。當(dāng)外界壓力導(dǎo)致大型蚤體內(nèi)產(chǎn)生大量的ROS時(shí)，機(jī)體會上調(diào)抗氧化酶及抗氧化物質(zhì)的防御，包括提高酶活性，以此來幫助大型蚤抵御ROS引起的毒性，與ROS相抗?fàn)幍目寡趸负涂寡趸镔|(zhì)主要包括SOD、CAT、GPX和GST等。有研究者探討了大型蚤的死亡率與氧化壓力之間的關(guān)系，生化標(biāo)記物被認(rèn)為是種群水平上遭受亞致死劑量暴露造成影響的一種早期預(yù)警指標(biāo)。本研究中給水廠污泥，無論是在500mg.L-1還是在5000mg.L-1的濃度條件下對大型蚤均未產(chǎn)生氧化壓力，因此給水廠污泥在生化水平上未對大型蚤造成任何不利影響。

3、給水廠污泥的綜合利用

3.1再生鋁鹽

由于給水廠中廣泛應(yīng)用硫酸鋁、聚合氯化鋁等鋁鹽作為水處理的混凝劑 ，因此污泥中鋁的含量較高，污泥固體中含鋁率為15%～40%。不少學(xué)者在污泥的回用或鋁鹽的回收應(yīng)用等方面開展了一系列的研究，其方法主要有酸化法、堿化法、離子交換法和膜法等。酸化法是用強(qiáng)酸將鋁鹽從絮凝體溶析出來的方法。酸化法要求污泥濃度在20%以下。研究表明，當(dāng)pH值較低時(shí)，酸化溶解污泥中溶膠鋁的能力較強(qiáng)，鋁的回收率較高，在pH=1時(shí)，鋁的回收率可達(dá)90%，而當(dāng)pH=3時(shí)，回收率僅有10%，一般可通過試驗(yàn)尋求最佳pH值。該方法的不足之處是選擇性差，回用的金屬除了鋁以外，還有其他一些可溶性或膠體性物質(zhì)。堿化法是利用鋁的兩性性質(zhì)，與過量的堿反應(yīng)生成溶解性的鋁酸鹽。常用的堿有氫氧化鈉或石灰乳。研究發(fā)現(xiàn)，用氫氧化鈉回收鋁鹽，最優(yōu)pH=11.4～11.8，回收率一般可達(dá)80%，有時(shí)甚至高達(dá)98%;而用石灰乳回收鋁鹽時(shí)，最優(yōu)pH=11.2～11.6，回收率只有25%。離子交換法需要選擇性強(qiáng)的萃取劑，回收沉淀污泥中90%以上的鋁鹽，且再生硫酸鋁的濃度和純度都很高。但其萃取過程復(fù)雜，如果通過進(jìn)一步研究能夠降低成本，簡化工藝流程，會有很大的發(fā)展前途。膜法是采用復(fù)合膜，吸附污泥中的鉛鹽。復(fù)合膜是由厚約0.5mm的多孔聚四氟乙烯膜及嵌入其中的直徑約100μm的多孔細(xì)球粒組成。細(xì)球粒起到交換劑的作用，它對鋁離子有很強(qiáng)的親和力。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合膜對溶解鋁的吸附具有選擇性和排他性，可大大降低回用鋁鹽中的雜質(zhì)濃度;但吸附于膜上的部分鋁鹽有可能會重新回到水中，使得經(jīng)膜吸附后的污泥中仍含有一定量的鋁鹽。

3.2作為生物滯留系統(tǒng)填料改良劑處理雨水

生物滯留系統(tǒng)作為海綿城市建設(shè)的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，具有效削減徑流總量、洪峰流量和控制雨水徑流污染的良好效果，在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛。但傳統(tǒng)生物滯留系統(tǒng)具有除磷效果不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，作為生物滯留系統(tǒng)最重要部分，填料承擔(dān)吸附污染物、為污染物降解提供電子供體，為微生物繁衍提供依附載體的作用，可見填料改良是生物滯留系統(tǒng)改進(jìn)的重要措施。將10%鋁污泥用于雨水生物滯留系統(tǒng)的基質(zhì)，試驗(yàn)顯示當(dāng)進(jìn)水磷濃度為120μg/L時(shí)，該系統(tǒng)可在20a內(nèi)保持較高的磷去除率，填料的磷飽和吸附容量為81.9mg/kg，在添加硬木樹皮等基質(zhì)后，系統(tǒng)除磷能力反而下降。長期柱實(shí)驗(yàn)同樣表明：在添加了5%鋁污泥和3%硬木樹皮覆蓋物的壤質(zhì)沙土為基質(zhì)的生物滯留系統(tǒng)中，控制進(jìn)水中初始總磷濃度為68～146μg/L，出水總磷平均濃度小于25μg/L，整個(gè)試驗(yàn)過程中進(jìn)水總量為796L，進(jìn)入系統(tǒng)中的磷的總量為112mg，出水中磷的總量為12.8mg，去除率達(dá)88.5%。而未添加水廠污泥的對比組試驗(yàn)中，由于填料基質(zhì)釋放磷，出水總磷含量反而增加了71.2%。

結(jié)語：

本研究主要考察了給水廠污泥對大型蚤生長、繁殖以及抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明與對照組相比，暴露于不同濃度給水廠污泥的大型蚤的體重和體長增長率、初次懷卵年齡、初次產(chǎn)卵年齡、幼蚤產(chǎn)量、21d后母蚤體長都沒有顯著性差異，說明給水廠污泥并未對大型蚤的生長和繁殖表現(xiàn)出抑制作用。進(jìn)一步研究表明暴露于給水廠污泥后，大型蚤體內(nèi)CAT、SOD、GPX和GST這四種抗氧化酶活性無明顯變化，說明給水廠污泥未引起大型蚤體內(nèi)氧化損傷。綜上所述，給水廠污泥對大型蚤沒有產(chǎn)生毒性效應(yīng)。本研究對于推進(jìn)給水廠污泥資源化應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義，促進(jìn)“以廢治廢”

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.2015年中國環(huán)境狀況公報(bào)[R].2016（6）.

[2]陳毅忠，王利平，杜爾登，等.自來水廠脫水鋁污泥對水中磷的吸附去除研究[J].中國給水排水，2011，27（23）：88-91.