给水厂污泥在污水处理中的应用现状

邱 娜，任伟松

(平顶山市自来水有限公司，河南 平顶山 467000)

随着社会发展，饮用水源地受到越来越严重的污染。徐晓丹等[1]采用综合营养状态指数法对海门市长江水厂饮用水源地水质状况进行评价,结果表明,该水源地已呈现出富营养化的发展趋势。赵新峰等[2]通过对海伦地区157口农村饮用水井取样分析,探讨了该地区地下水硝态氮污染的时空特征及其影响因素。结果表明,地下水中硝态氮平均含量14.01mg·L-1，超标率(≥10.00 mg·L-1)达到26.11%。分析污染物来源可以发现,污染程度较高的地区多处于氮肥施用量较高、户均家禽牲畜量较多的地区。廖蕾[3]于2015年对苏州市太湖东岸饮用水主要异味物质进行了调查。结果表明,主要异味物质为土臭素、2-甲基异莰醇、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮等,检出率分别50.0%,66.7%,70.8%和66.7%,其中2-甲基异莰醇年均值是其嗅觉阈值的2.31倍,其他异味物质年均值未超过其阈值,水体主要表现为土霉味。异味问题爆发时间为夏季(5-9月),土臭素、2-甲基异莰醇、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮检出最高值分别为13.8,170,170和29.6 ng/L。初步推断太湖主要异味物质为水中蓝藻的某些种类所致。秦宏兵[4]于2013年每月测定了苏州太湖饮用水源地9种异味物质含量及TP、TN、水温、藻密度等指标,结果表明,苏州太湖饮用水源地主要检出的异味物质有2-甲基异崁醇、土臭素、β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮等4种。2-甲基异崁醇年均值是其嗅觉阈值的2.9倍,水体主要表现为土霉味。水温是影响异味物质含量的重要因素。微囊藻等藻类对β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮有明显贡献。

给水处理过程中，给水厂污泥是给水净化过程中产生的副产物，给水厂的污泥主要由从原水中去除的有机物、无机物、重金属元素等杂质及水处理过程中投加的混凝剂组成。混凝剂的种类和投加量对给水厂中污泥的数量和性质有很大影响，含有丰富的铝铁化合物。之前给水厂排泥水多数被就近排入市政管网或水体，极易造成下水道堵塞及受纳水体淤积和污染。近年来给水厂污泥被压缩和脱水后，大部分作为废弃物被填埋，这不仅造成填埋场地附近水体中铝离子含量升高，形成不可预见的危害。因此对给水厂污泥资源化利用成为研究热点。给水厂污泥含大量铝铁元素，内部孔径丰富，对污染物具有良好的吸附能力，在污水处理方面有明显的优势。近年来国内外对水厂污泥在污水处理方面的应用研究逐渐增多，并取得大量成果。本文对给水厂污泥在污水处理中的不同利用途径进行了总结，为其在污水处理中的推广应用提供新思路。

1 给水厂污泥在污水处理中应用现状

1.1 制备填料

陈洋[5]以给水厂铝盐污泥作为主要原料,通过研究在给水厂污泥陶粒制备过程中的各种控制条件,分析不同因素对制备陶粒的影响,获得最佳的给水厂污泥陶粒制备工艺。研究了陶粒投加量、水力停留时间、初始磷浓度、污水pH和温度等因素对给水厂污泥陶粒吸磷性能的影响,设计了陶粒生物膜反应器,考察了水力停留时间、填料层高度对所制备陶粒生物膜脱氮除磷及有机物去除效果的影响。给水厂污泥陶粒的吸附容量随着陶粒投加量的增大而逐渐减小,当投加量为20g/L时,吸附容量最高可达2.3mg/g;给水厂污泥陶粒的吸附容量和磷去除率随着水力停留时间的增加而逐渐增大;当初始磷浓度为30 mg/L时,吸附容量最高可达2.2mg/g,去除率可达91.2%，在pH值=7时对溶液中磷的去除率可达92.8%。任新[6]以城市给水厂污泥为主要原料,辅以膨润土制备污泥陶粒,利用污泥陶粒吸附去除水中的Cr6+,研究了溶液pH值、溶液中Cr6+初始浓度以及反应温度对吸附过程的影响.结果表明,当溶液pH值为4.5时吸附去除效果最佳;吸附量随初始浓度增加以及反应温度的升高而增大。赵亚乾[7]爱尔兰都柏林大学人工湿地研究小组首次提出了铝污泥人工湿地的概念,将给水厂的脱水铝污泥用作人工湿地填料,以强化其对污水的处理效果，尤其是对高浓度含磷污(废)水的处理。铝污泥被证明是一种优良的湿地填料;而且铝污泥高效的磷吸附能力可以回收污水中的磷资源,使用后(饱和后)的铝污泥可进行磷回收或用作肥料。这一“以废治废”的概念符合可持续发展思路,具有良好的经济和环境效益。赵晓红[8]将给水厂脱水铝污泥泥饼用作人工湿地的填料,通过单级系统和多级系统试验,采用“潮汐流”运行方式探索将其应用于高浓度含磷污水处理的可行性和有效性,并以此研发铝污泥人工湿地污水处理系统。结果表明:铝污泥可作为生物膜附着生长的载体,并适宜湿地植物生长,对污染物质COD、BOD5、SS、活性磷、溶解性活性磷、NH3-N等均可有效去除,对磷的去除率可达到90%以上。

1.2 吸附剂

李一兵等[9]研究给水厂含铝污泥对水中磷的吸附特性,考察了污泥投加量、pH、磷初始浓度、污泥粒径、吸附时间以及温度等因素对除磷效果的影响。结果表明,在污泥投加量为15 g/L，pH值为2～10,磷初始质量浓度为10 mg/L,污泥粒径为0.15～0.3 mm,吸附100 min时,除磷效果最好,磷去除率为90.93%,吸附量为0.60 mg/g。温度越高,吸附量越大。仇付国[10]对典型给水厂铝污泥的元素组成及含量、比表面积和孔径结构、结构基团等特性进行了系统分析。利用静态试验对其吸附水溶液中氨氮和磷酸盐的性能进行考察,分析表明：铝污泥中铝、铁、硅等元素含量较多,污泥本身以无定形的非晶体物质为主,具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,孔径处于介孔范围,铝污泥中含有大量的铝羟基络合物(Al-OH)和Si-O-Si键。王建军[11]通过静态吸附实验研究了给水厂污泥对磷的吸附特性,采用生物滞留模拟柱,考察生物滞留技术对城市径流中磷的去除效果,评价以给水厂污泥改良填料的可行性.结果表明,给水厂污泥对磷的吸附能力远大于土壤.在进水磷浓度为1.0 mg·L-1条件下,传统填料模拟柱出水总磷随着进水量的增加浓度逐渐增大,而改良填料模拟柱表现出稳定的长期去除效果,经7个月的连续运行,改良填料模拟柱出水总磷的浓度仍小于0.050mg·L-1,满足地表水Ⅲ类水质标准.根据静态吸附实验估算结果,相同的控制条件下,添加4%给水厂污泥的改良填料对磷的吸附能力约为传统填料的4倍。无定型铁铝的沉淀、吸附作用是改良填料截留进水中磷的主要机制,工程应用中可在填料中添加4%～5%比例的给水厂污泥以提高生物滞留设施控制受纳水体富营养化的效果。王文东[12]采用高温焙烧法制备了一种以给水厂终端铝盐混凝污泥为原料的新型吸附剂.通过静态吸附实验探讨其对氨氮的吸附性能,主要考察了不同初始pH、接触时间和温度等因素对氨氮吸附效果的影响。结果表明,在中性条件下吸附剂对氨氮有较好的去除效果;混凝污泥处理氨氮废水具有良好的应用前景。

1.3 絮凝剂

梁金成[13]实验考察了直接回用未脱水的给水厂污泥做絮凝剂进行畜禽养殖废水预处理的可行性。单因素实验结果表明,随着投加量和pH的增加,出水悬浮物浓度、化学需氧量和总磷的去除率不断增加;随着快速搅拌速度的提高,UWTS的絮凝效果呈现先增强后减弱的趋势;随着沉淀时间的延长,出水中SS、COD和TP的去除率起初逐渐增大,但15 min后去除率变化不明显。进一步实验分析结果表明,用做絮凝剂的最佳反应条件为投加量2 800 mg/L,快速搅拌速度300 r/min,沉淀时间15 min,此时对应的SS、COD和TP的去除率分别为74.8%、54.6%和60.5%。利用其预处理畜禽养殖废水具有成本优势,具有较大应用潜力。操家顺[14]探究了给水厂污泥对磷素的净化性能。结果表明,给水厂污泥的吸磷能力远高于砂子,其磷饱和吸附质量分数分别为1.273和0.054 mg/g;在动态吸附试验中,含有给水厂污泥的吸附柱对磷的去除效果普遍较好,平均去除率最高可达93.1%,铁铝结合态磷是给水厂污泥中磷素的主要形态，另外由试验结果可知,不管是单独使用还是与其他滤料组合使用,给水厂污泥均能显著提高湿地的除磷能力,延长湿地的使用寿命,是一种理想的除磷滤料。

2 结语

综述了给水厂污泥在污水处理中的应用研究现状，给水厂污泥的组成及特点使其在污水处理中具有明显优势，在污水处理中的应用前景，为其在污水处理中的推广应用提供参考。