给水厂污泥在污水处理中的应用

赵 铖,于博文

(1.合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009；2.水发规划设计有限公司，山东 济南 250010)

铝、铁盐是现代水厂使用的主要使混凝剂，给水污泥中的成分除了污泥水中的污染物外，另外占据较大比重的是金属盐混凝剂。给水污泥处置的主要方式为排入自然水体或脱水填埋，但这样会造成收纳水体污染，从而引发环境问题。随着研究的深入，有学者发现给水污泥可变废为宝用作其他行业，比如用作污水的吸附剂、混凝剂及制备填料等，这为给水污泥的多元化应用提供了一些的思路。

1 给水厂污泥性质及处理工艺

1.1 给水厂污泥物理化学性质

表1 给水污泥中的营养成分[3]

给水厂每日处理的污水量较大，从而导致通过沉淀池排泥水和滤池反冲洗水所产生的排泥水的数量触目惊心，查阅文献可知，排泥水产量大约占总水量的5%左右，且排泥水中悬浮固体的含量不超过2%[1]。给水污泥的形态多为为黑灰色粘稠物、有臭味。给水厂的污泥的组成成分较为复杂，但其主要成分为水处理残留的混凝剂及原水中去除的杂质(有机物、无机物、重金属元素等)[2]。常规给水污泥中营养成分如表1。

Zhao 等[4]检测了爱尔兰自来水厂经过干燥处理后的铝污泥，结果表明铝占污泥干重的 16.4%～43%，其存在形式多为无定型的结构。非晶状铝离子相对于晶体状铝离子具有更大的孔隙率和比表面积。赵亚乾等[5]检测爱尔兰给水厂污泥后得出：该水厂铝污泥的比表面积约为34.7±6.7 m2/g，pH值约为6.0，电导率约为0.122±0.018 mS/cm。

1.2 常规污泥处理工艺

给水厂常规污泥处理工艺如图1。

实际工艺中，经排水池沉淀后的滤池冲洗废水同排泥池的污泥一同进入浓缩池，在浓缩池依靠重力浓缩来降低污泥的含水量。为了使污泥更易脱水，须在脱水前进行污泥预处理，降低污泥的比阻[6]。

2 给水厂在污水处理中的应用

2.1 污水处理的吸附剂

以无定型的非晶体形式存在的给水污泥，相对于晶体状铝离子具有更大的孔隙率和比表面积，给水污泥基于此优势所形成的吸附材料具有潜在的市场。

仇付国等[7]对众多给水厂中的铝污泥进行分析，挑选出最具代表性的给水厂铝污泥并对其元素组成及含量、比表面积和孔径结构等特性进行分析。利用给水厂污泥作为吸附剂，探究给水厂污泥对氮、磷的吸附性能，同时探究了给水厂污泥作为吸附剂的吸附热力学和动力学性能，结果表明，Langmuir 和 Freundlich等温线模型均可以很好地描述铝污泥对磷的吸附，而给水厂污泥对氮的吸附数据与Freundlich等温线模型拟合效果更好，污泥对氮、磷的吸附动力学符合拟二级动力学模型。

图1 常规污泥处理工艺流程

卫婷[8]研究铝污泥对苯酚的静态吸附性能，结果表明，最佳吸附条件是保持苯酚溶液的pH值为8，初始浓度为100mg/L，投加1.8g 粒径< 0.075mm 的污泥，此时苯酚的去除率达到 99%以上。此外将吸附数据与Freundlich、D-R、Langmuir及Temkin四种等温线模型进行拟合，结果表明污泥对苯酚的吸附与Langmuir等温线模型拟合程度最好。

王信等[9]以负载铁合物给水污泥为吸附材料，研究了对磷的去除效果及机理。结果表明，对磷的去除率与磷溶液初始浓度成反比，且由于吸附剂吸附位点的饱和，磷吸附量曲线逐渐趋于稳定; 试验结果表明溶液中磷完全去除的条件为磷浓度≤10mg/L，投加量为2.5g/L。

韩云婷等[10]采用静态吸附法对改性给水污泥的吸附磷酸盐性能进行研究，分析了Al(OH)3投加量、磷酸盐初始浓度、初始pH值、停留时间等对污泥吸附性能的影响。发现当Al(OH)3与污泥的添加比为0.2∶1、反应时间为24 h、pH值为4时吸附效果最佳，对磷酸盐的吸附量达到20.8 mg/g，且吸附量随着磷酸盐的初始浓度的增加而增加，初始浓度为20000 mg/L时最大吸附量为42.3mg/g。

Siriprapha等[11]将给水厂污泥作为混凝剂处理表面活性剂废水。结果表明，当初始pH值为10，明矾浓度为400 mg/L时，总悬浮固体(TSS)、总化学需氧量(TCOD)、总阴离子表面活性剂和浊度去除率分别为71.5%，76.4%，95.4%和98.2%。单独添加明矾污泥作为混凝剂，不添加任何新鲜的明矾，可显著去除浊度、TCOD和阴离子表面活性剂，效果比加入新鲜明矾要更显著。

2.2 污水处理的混凝剂

将污泥用作混凝剂用于处理各种废水，是近年来不少学者的研究热点。

丁煜等[12]将沉淀池污泥回流至 “曝气生物滤池+常规处理”工艺的前端对污水进行处理，结果表明，将部分污泥回流后，COD、氨氮、浊度的去除率相较于原工艺均有所提高，分别提高了19.8%、22.0%和10.5%；同时，PAC的投加量降低，由原来的80mg/L降至30mg/L。

李晓等[13]将粉末活性炭和PAC混合到污泥回流中，联合炭砂滤池工艺处理微污染东江原水，结果表明，与常规混凝沉淀相比，回流沉淀对氨氮和UV254的去除率分别提高了56.6%和20%；时，沉淀单元对氨氮的去除率在52%左右时所需的混合污泥回流比为(8.5±1.5)%，此时沉淀后出水氨氮浓度可以基本达标。

卜洁莹等[14]利用酸化法回收给水污泥中的混凝剂成分，并将其用于生活污水和工业废水的化学强化一级处理。结果表明，在较低 pH 值和较长搅拌时间下可获得更高的混凝剂回收率，pH 值为2.5、搅拌时间为 30 min 是铝盐混凝剂最佳回收条件。在较少的循环回收次数下，回收的铝盐混凝剂具有较好的除污能力，但随着循环回收次数的增加除污率逐渐降低。

等向给水污泥中添加硫酸溶液，搅拌后在4000 r/min下离心5 min来回收给水污泥中的铝盐混凝剂，并将其用于生活污水和工业废水的化学强化一级处理。结果表明，在较低 pH 值和较长搅拌时间下可获得更高的混凝剂回收率，在该试验条件下，pH 值为2.5、搅拌时间为 30 min 时，铝盐混凝剂的回收率最高。而循环回收次数较少时，回收的铝盐混凝剂具有较好的除污能力，但随着循环回收次数的增加除污率逐渐降低。

2.3 人工湿地基质

给水污泥作为人工湿地的基质，不仅造价低廉，可以去除普通滤料所能去除的COD和SS，而且对常规滤料所不能去除的污水中氮、磷去除效果显著。

爱尔兰都柏林大学率先提出将脱水铝污泥用作人工湿地填料的原料[15]，并依据这一设想进行试验研究。操家顺[16]等设置静态吸附试验和动态除磷试验，将给水厂污泥和滤料砂子进行对比试验，探究给水厂污泥对磷的吸附能力，结果表明给水厂污泥的磷饱和吸附质量分数分别为1.273mg/g和0.054mg/g，可以看出，给水厂污泥的吸磷能力远高于砂子；动态吸附试验的结果表明，吸附柱(含有给水厂污泥)对磷的平均去除率最高可达93.1%，这也证明给水厂污泥在除磷方面具有较大的应用前景。

赵晓红[17]等将给水厂脱水铝污泥泥饼用作人工湿地的填料，采用“潮汐流”运行方式处理高浓度含磷污水。结果表明，铝污泥对 COD、BOD5、SS、NH3-N等污染物质均具有较为显著的去除效果，且研究表明多级系统的运行效果优于单级系统，两种系统对磷的去除率分别为93.4%和86.4%。

3 应用存在的问题及展望

随着技术的发展，给水污泥所具有的特殊物化性质逐渐被人们所重视，由于其数量巨大、处理困难及性质多变，真正应用还需要不断的试验研究。在大规模推广前需对所有可能存在的风险及隐患进行慎重评估，避免因盲目应用或方法不当引起的二次污染[18]。

在实际应用中，因为给水厂处理工艺、添加混凝剂甚至水源水质不同，产生的给水污泥性质也不尽相同。此外，不同的给水污泥所具有的吸附能力等也需试验探究[19]。污泥根据其形态分为新鲜污泥、泥饼等，而不同的形态所具有的能量及吸附效果也不同，因此，不同形态污泥在污水处理的效果也是以后的研究方向。另外，在实际应用中，周围环境条件的改变是否会影响污泥的处理效果乃至污泥性质，这也需要不断的进行试验研究。

另一方面是污泥在运用的工程中是否存在微量的有毒物质，污泥中由于添加剂所导致的铝、铁元素是否会释放到处理的污水中，进而引起二次污染，上述情况污泥实际运用中所需考虑的，也是其实际运行所必须进行的研究[5]。