給水廠污泥在污水處理中的應用

趙 鋮,于博文

(1.合肥工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院，安徽 合肥 230009；2.水發(fā)規(guī)劃設計有限公司，山東 濟南 250010)

鋁、鐵鹽是現(xiàn)代水廠使用的主要使混凝劑，給水污泥中的成分除了污泥水中的污染物外，另外占據(jù)較大比重的是金屬鹽混凝劑。給水污泥處置的主要方式為排入自然水體或脫水填埋，但這樣會造成收納水體污染，從而引發(fā)環(huán)境問題。隨著研究的深入，有學者發(fā)現(xiàn)給水污泥可變廢為寶用作其他行業(yè)，比如用作污水的吸附劑、混凝劑及制備填料等，這為給水污泥的多元化應用提供了一些的思路。

1 給水廠污泥性質(zhì)及處理工藝

1.1 給水廠污泥物理化學性質(zhì)

表1 給水污泥中的營養(yǎng)成分[3]

給水廠每日處理的污水量較大，從而導致通過沉淀池排泥水和濾池反沖洗水所產(chǎn)生的排泥水的數(shù)量觸目驚心，查閱文獻可知，排泥水產(chǎn)量大約占總水量的5%左右，且排泥水中懸浮固體的含量不超過2%[1]。給水污泥的形態(tài)多為為黑灰色粘稠物、有臭味。給水廠的污泥的組成成分較為復雜，但其主要成分為水處理殘留的混凝劑及原水中去除的雜質(zhì)(有機物、無機物、重金屬元素等)[2]。常規(guī)給水污泥中營養(yǎng)成分如表1。

Zhao 等[4]檢測了愛爾蘭自來水廠經(jīng)過干燥處理后的鋁污泥，結果表明鋁占污泥干重的 16.4%～43%，其存在形式多為無定型的結構。非晶狀鋁離子相對于晶體狀鋁離子具有更大的孔隙率和比表面積。趙亞乾等[5]檢測愛爾蘭給水廠污泥后得出：該水廠鋁污泥的比表面積約為34.7±6.7 m2/g，pH值約為6.0，電導率約為0.122±0.018 mS/cm。

1.2 常規(guī)污泥處理工藝

給水廠常規(guī)污泥處理工藝如圖1。

實際工藝中，經(jīng)排水池沉淀后的濾池沖洗廢水同排泥池的污泥一同進入濃縮池，在濃縮池依靠重力濃縮來降低污泥的含水量。為了使污泥更易脫水，須在脫水前進行污泥預處理，降低污泥的比阻[6]。

2 給水廠在污水處理中的應用

2.1 污水處理的吸附劑

以無定型的非晶體形式存在的給水污泥，相對于晶體狀鋁離子具有更大的孔隙率和比表面積，給水污泥基于此優(yōu)勢所形成的吸附材料具有潛在的市場。

仇付國等[7]對眾多給水廠中的鋁污泥進行分析，挑選出最具代表性的給水廠鋁污泥并對其元素組成及含量、比表面積和孔徑結構等特性進行分析。利用給水廠污泥作為吸附劑，探究給水廠污泥對氮、磷的吸附性能，同時探究了給水廠污泥作為吸附劑的吸附熱力學和動力學性能，結果表明，Langmuir 和 Freundlich等溫線模型均可以很好地描述鋁污泥對磷的吸附，而給水廠污泥對氮的吸附數(shù)據(jù)與Freundlich等溫線模型擬合效果更好，污泥對氮、磷的吸附動力學符合擬二級動力學模型。

圖1 常規(guī)污泥處理工藝流程

衛(wèi)婷[8]研究鋁污泥對苯酚的靜態(tài)吸附性能，結果表明，最佳吸附條件是保持苯酚溶液的pH值為8，初始濃度為100mg/L，投加1.8g 粒徑< 0.075mm 的污泥，此時苯酚的去除率達到 99%以上。此外將吸附數(shù)據(jù)與Freundlich、D-R、Langmuir及Temkin四種等溫線模型進行擬合，結果表明污泥對苯酚的吸附與Langmuir等溫線模型擬合程度最好。

王信等[9]以負載鐵合物給水污泥為吸附材料，研究了對磷的去除效果及機理。結果表明，對磷的去除率與磷溶液初始濃度成反比，且由于吸附劑吸附位點的飽和，磷吸附量曲線逐漸趨于穩(wěn)定; 試驗結果表明溶液中磷完全去除的條件為磷濃度≤10mg/L，投加量為2.5g/L。

韓云婷等[10]采用靜態(tài)吸附法對改性給水污泥的吸附磷酸鹽性能進行研究，分析了Al(OH)3投加量、磷酸鹽初始濃度、初始pH值、停留時間等對污泥吸附性能的影響。發(fā)現(xiàn)當Al(OH)3與污泥的添加比為0.2∶1、反應時間為24 h、pH值為4時吸附效果最佳，對磷酸鹽的吸附量達到20.8 mg/g，且吸附量隨著磷酸鹽的初始濃度的增加而增加，初始濃度為20000 mg/L時最大吸附量為42.3mg/g。

Siriprapha等[11]將給水廠污泥作為混凝劑處理表面活性劑廢水。結果表明，當初始pH值為10，明礬濃度為400 mg/L時，總懸浮固體(TSS)、總化學需氧量(TCOD)、總陰離子表面活性劑和濁度去除率分別為71.5%，76.4%，95.4%和98.2%。單獨添加明礬污泥作為混凝劑，不添加任何新鮮的明礬，可顯著去除濁度、TCOD和陰離子表面活性劑，效果比加入新鮮明礬要更顯著。

2.2 污水處理的混凝劑

將污泥用作混凝劑用于處理各種廢水，是近年來不少學者的研究熱點。

丁煜等[12]將沉淀池污泥回流至 “曝氣生物濾池+常規(guī)處理”工藝的前端對污水進行處理，結果表明，將部分污泥回流后，COD、氨氮、濁度的去除率相較于原工藝均有所提高，分別提高了19.8%、22.0%和10.5%；同時，PAC的投加量降低，由原來的80mg/L降至30mg/L。

李曉等[13]將粉末活性炭和PAC混合到污泥回流中，聯(lián)合炭砂濾池工藝處理微污染東江原水，結果表明，與常規(guī)混凝沉淀相比，回流沉淀對氨氮和UV254的去除率分別提高了56.6%和20%；時，沉淀單元對氨氮的去除率在52%左右時所需的混合污泥回流比為(8.5±1.5)%，此時沉淀后出水氨氮濃度可以基本達標。

卜潔瑩等[14]利用酸化法回收給水污泥中的混凝劑成分，并將其用于生活污水和工業(yè)廢水的化學強化一級處理。結果表明，在較低 pH 值和較長攪拌時間下可獲得更高的混凝劑回收率，pH 值為2.5、攪拌時間為 30 min 是鋁鹽混凝劑最佳回收條件。在較少的循環(huán)回收次數(shù)下，回收的鋁鹽混凝劑具有較好的除污能力，但隨著循環(huán)回收次數(shù)的增加除污率逐漸降低。

等向給水污泥中添加硫酸溶液，攪拌后在4000 r/min下離心5 min來回收給水污泥中的鋁鹽混凝劑，并將其用于生活污水和工業(yè)廢水的化學強化一級處理。結果表明，在較低 pH 值和較長攪拌時間下可獲得更高的混凝劑回收率，在該試驗條件下，pH 值為2.5、攪拌時間為 30 min 時，鋁鹽混凝劑的回收率最高。而循環(huán)回收次數(shù)較少時，回收的鋁鹽混凝劑具有較好的除污能力，但隨著循環(huán)回收次數(shù)的增加除污率逐漸降低。

2.3 人工濕地基質(zhì)

給水污泥作為人工濕地的基質(zhì)，不僅造價低廉，可以去除普通濾料所能去除的COD和SS，而且對常規(guī)濾料所不能去除的污水中氮、磷去除效果顯著。

愛爾蘭都柏林大學率先提出將脫水鋁污泥用作人工濕地填料的原料[15]，并依據(jù)這一設想進行試驗研究。操家順[16]等設置靜態(tài)吸附試驗和動態(tài)除磷試驗，將給水廠污泥和濾料砂子進行對比試驗，探究給水廠污泥對磷的吸附能力，結果表明給水廠污泥的磷飽和吸附質(zhì)量分數(shù)分別為1.273mg/g和0.054mg/g，可以看出，給水廠污泥的吸磷能力遠高于砂子；動態(tài)吸附試驗的結果表明，吸附柱(含有給水廠污泥)對磷的平均去除率最高可達93.1%，這也證明給水廠污泥在除磷方面具有較大的應用前景。

趙曉紅[17]等將給水廠脫水鋁污泥泥餅用作人工濕地的填料，采用“潮汐流”運行方式處理高濃度含磷污水。結果表明，鋁污泥對 COD、BOD5、SS、NH3-N等污染物質(zhì)均具有較為顯著的去除效果，且研究表明多級系統(tǒng)的運行效果優(yōu)于單級系統(tǒng)，兩種系統(tǒng)對磷的去除率分別為93.4%和86.4%。

3 應用存在的問題及展望

隨著技術的發(fā)展，給水污泥所具有的特殊物化性質(zhì)逐漸被人們所重視，由于其數(shù)量巨大、處理困難及性質(zhì)多變，真正應用還需要不斷的試驗研究。在大規(guī)模推廣前需對所有可能存在的風險及隱患進行慎重評估，避免因盲目應用或方法不當引起的二次污染[18]。

在實際應用中，因為給水廠處理工藝、添加混凝劑甚至水源水質(zhì)不同，產(chǎn)生的給水污泥性質(zhì)也不盡相同。此外，不同的給水污泥所具有的吸附能力等也需試驗探究[19]。污泥根據(jù)其形態(tài)分為新鮮污泥、泥餅等，而不同的形態(tài)所具有的能量及吸附效果也不同，因此，不同形態(tài)污泥在污水處理的效果也是以后的研究方向。另外，在實際應用中，周圍環(huán)境條件的改變是否會影響污泥的處理效果乃至污泥性質(zhì)，這也需要不斷的進行試驗研究。

另一方面是污泥在運用的工程中是否存在微量的有毒物質(zhì)，污泥中由于添加劑所導致的鋁、鐵元素是否會釋放到處理的污水中，進而引起二次污染，上述情況污泥實際運用中所需考慮的，也是其實際運行所必須進行的研究[5]。