给水污泥处置现状及资源化利用研究

牛亚芬 帖靖玺

摘 要：文章对给水污泥常规处置方法及其对环境的影响进行了总结和分析，认为资源化利用是给水污泥处置的最佳方法。在此基础上，对目前的给水污泥资源化利用的方法进行了总结。文章为给水污泥的资源化处置利用提供参考。

关键词：给水污泥；处置；资源化利用

中图分类号：X703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）02-0076-04

Abstract： This paper summarizes and analyzes the conventional disposal methods of water-supplied sludge and its influence on the environment， and concludes that the utilization of resources is the best method for the disposal of water-supplied sludge. On this basis， the current methods of utilization of water sludge resources were summarized. This paper provides a reference for the disposal and utilization of water-supplied sludge.

Keywords： sewage sludge； disposal； utilization of resources

1 概述

在我國，大部分的市政自来水厂以地表水为原水进行处理，主要工艺为“混凝+沉淀+过滤+消毒”。其中，混凝剂能通过电性中和、吸附架桥和网捕卷扫等作用，使水中的微小悬浮物及胶体颗粒脱稳，相互聚集成较大絮体，进而在重力作用下沉淀去除。少量沉淀性能较差的絮体则在滤池被滤料层截留去除。沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经收集处理后产生的污泥即为自来水厂的给水污泥[1]。

原水中的杂质主要包括无机颗粒物、植物残体、腐殖质以及被吸附的溶解性金属盐和气体等[2]。目前，我国自来水厂日常生产主要采用以铝、铁盐为主的无机混凝剂。因此，给水污泥主要由混凝剂的残渣、无机矿物颗粒和少量的有机质组成。

由于原水水质的差异，自来水处理所使用的药剂种类和用量不尽相同，给水污泥的组成和产量也有所差别。我国部分自来水厂污泥产量统计结果如表1所示[3]。

由表1可以看出，自来水厂每天产生大量给水污泥，随着用水量的增加，给水污泥产量会越来越大，如何处置数量庞大的给水污泥成为亟待解决的问题。

目前给水污泥的常规处置方法有如下几种：（1）将排泥水直接排入自然水体。这种方法对环境的影响较大，排泥水中含有的大量铝盐以及污泥沉积会对水生态造成一定影响[4]，大量污泥排入水体还会造成河道阻塞、河床抬高，进而影响航运、降低防洪排涝能力。（2）排入城市污水管网。这种污泥处置方式需要严格限制污泥排放时间、排放量、固体悬浮物的含量等；同时，这种方法容易导致污水管道堵塞、腐蚀等问题，而且管道清淤与维护也需要大笔费用。（3）填埋。给水厂脱水污泥可单独填埋，也可以与生活垃圾混合填埋。但是，污泥中的重金属可能会污染地下水，应格外注意污泥中毒物和渗滤液问题。调查发现，很多给水厂已经遇到垃圾填埋场拒收给水污泥的问题。

综上所述，我国基本上把给水污泥作为废弃物进行处置，现有的处置方法对于环境存在一定的危害。因此，寻找新的给水污泥处置方法就显得非常重要。

刘永康[5]等人对给水厂污泥的物质组成进行了分析，发现给水厂污泥的含水率为15.25%，有机物含量为25.85%，无机物含量为58.9%，无机物中有大量的SiO2、Al2O3和Fe2O3，且重金属含量较低。贺君[6]等人对给水污泥的无机成分测定结果显示SiO2占41%，Al2O3占15.1%，Fe2O3占8.5%，CaO占5.2%，MgO占1.8%，烧失量占16%。可以看出，给水污泥物质组成与粘土相似，同时其中存在混凝剂的残渣，因此给水污泥存在资源化利用的价值。

2 给水污泥的资源化利用

2.1 园林绿化

谢敏[7]等人用给水厂污泥与土壤按不同的配比混合，种植高羊茅和万寿菊两种盆栽植物，考察了不同性质土壤对植物生长的影响。结果表明，给水厂污泥与试验土壤的配比为3：1时能显著促进盆栽植物的生长；施用给水厂污泥能明显提高植物叶绿素含量，提高植物的观赏价值；给水污泥中的重金属不会对植物造成危害。我国园林绿化、花卉生产等行业对种植土需求量巨大，给水污泥的成分与土壤接近，将其作为种植土使用，是给水污泥处置的一条出路，具有广阔的应用前景。

2.2 建材原料

2.2.1 作为水泥生产原料

给水厂污泥的成分接近普通的粘土，并且所有对水泥生产有害的成分含量均在控制指标以下[8]，所以可以代替部分粘土作为水泥厂生产配料。叶辉[9]等人分析发现，以黄浦江上游原水为水源的给水厂脱水污泥化学成分与上海水泥厂使用的水泥粘土原料（黄浦江底泥）成分很接近，在此基础上研究了给水厂脱水污泥替代部分水泥粘土（硅

石）原料的可行性，结果表明，给水厂脱水污泥中SiO2含量较高，用它代替部分水泥硅质原料生产525#普通硅酸盐水泥，产品符合国家质量控制标准，在试验的基础上，上海水泥厂2007年消纳给水污泥6900t（干基），用于水泥生

产。采用该工艺生产水泥，每吨成本约增加0.178元。由此可以看出，将给水污泥用于水泥生产，是一种技术经济可行的给水污泥处置方式。

2.2.2 制备陶粒

陶粒是目前广泛应用的一种建筑用轻质骨料，当前我国陶粒主要以黏土陶粒为主。黏土绝大部分取自于耕地，破坏农田生态，将给水污泥作为焙烧陶粒的原料，既解决了黏土来源问题，也为给水污泥找到新的出路。吴雨欣[10]以水厂沉淀池污泥为主要原料，对制备烧胀陶粒技术进行了研究。将闵行水厂给水污泥与污水厂污泥和污水污泥焚烧灰按一定配比混合烧制陶粒，在120℃条件下干燥120min，在300℃温度下预热20min，最后以1150℃焙烧10min，烧制得到的陶粒具有良好的烧胀特性，同时工艺能耗最低。陈洋[11]以给水污泥为原料制备陶粒，掺加少量粘土，确定给水厂污泥含量为75%-80%，成球条件为105℃干燥2小时，300-400℃预热20-30分钟，1150℃烧结8-10分钟。对制得的陶粒进行物理表征测试，结果显示陶粒的平均粒径为6-8mm，孔隙率为48%-52%，比表面积可达4.75-4.95m2/g，筒压强度达到4.2MPa以上，磨损率小于1.3%，这种陶粒吸附性强、机械强度高、耐压不易碎，渗透性能和持水性能较好，适于用作水处理填料。陶粒可以代替石子制成混凝土，广泛应用到建筑行业，贺君[6]等人利用给水厂脱水污泥制得陶粒，按照水泥：砂：陶粒：水=675：1140：1200：300的比例制成混凝土砌块，28天后对陶粒混凝土砌块进行抗压强度试验并计算其表观密度，结果表明，污泥混凝土块抗压强度为40.5MPa，表观密度为2200kg/m3，达到了CL40标号混凝土的要求。

2.2.3 制砖

给水污泥可以作为原料与粘土或其它材料混合制砖。程雪莉[12]利用给水厂污泥与其他原料混合生产烧结砖、轻质骨料等建筑材料，研究结果表明，给水厂污泥、市政工程渣土、炉渣在原料配合比为3：4：3的条件下，坯体临界含水率、干燥收缩率、烧成收缩率等各项质量指标符合工艺生产要求。高丹[13]开展了以给水污泥为主要原料，以普通砂作为粗骨料，制备透水砖的研究。分析结果表明，给水污泥疏松多孔，添加给水污泥有利于提高透水砖的孔隙率；随着给水污泥用量增加，透水砖抗压强度降低，而透水系数升高。制备透水砖的最佳工艺条件为：40%给水污泥，33%普通砂，10%粉煤灰，12%长石粉，3%水玻璃，在30Mpa的成型压力，1150℃条件下烧结，保温1h。在最佳工艺条件下制备的透水砖，外观质量较好，抗冻性和耐腐蚀性均较好，能满足相关要求。

2.2.4 制作陶瓷产品

给水厂污泥的物质组与粘土相似，适于制作陶瓷产品。刘永康等[5]将粘土与给水污泥按质量比为3：7-5：5混合后，烧制成笔筒、茶杯等日用品，产品感观效果良好。经检测，原料中给水污泥含量占60%制得的笔洗，外部产生水珠，抗渗漏性能较差，原料中给水污泥含量占50%制得的茶杯基本没有渗漏，热稳定性好，重金属的溶出量满足GB12651-2003《与食物接触的陶瓷制品铅、镐溶出量允许极限》标准。张晓岚等[14]利用给水厂污泥制备陶瓷膜，得出陶瓷膜的最佳制备条件为：硅藻土与给水污泥的配比在1：1-1：2之间，1100℃烧结，保温3h。制得的陶瓷膜耐腐蚀性能强，过滤性好，纯水通量达到515.72L/（h·m2·kPa）。应用于给水处理工艺中，对水质物理指标的去除效果较好，对沉淀出水和回流水的浊度去除率分别达到96%和77%，CODMn的去除率为13%-19%，氨氮去除率达到33%。因此，陶瓷膜可以代替砂滤工艺，改善水质。

2.3 无机盐的回收

从污泥中回收铝盐，可以使其更容易浓缩和脱水，从而减少污泥的总固体量，降低后续污泥脱水设备的规模，同时，回收的铝盐还能用作水处理的混凝剂，具有一定的经济效益。回收铝盐的方式有：酸化法、碱化法[15]、离子交换萃取法[16]、组合膜法[17]以及活化调节法等[18]。卜洁莹等[19]采用酸化法回收给水污泥中的铝盐，在pH值为2.5、搅拌时间为30min时，回收率可达78.28%。第1次回收率达到84.51%，第4次循环回收率为77.93%，仅降低了6.58%。利用回收的铝盐处理生活污水，投加量为10mg/L时，浊度和COD的去除率为94.62%和61.13%。根据资料报道，污泥再生铁鹽也用酸化法，但这种方法耗酸量大，处理成本高，酸处理后剩余污泥的化学调节费用也高，此外还存在一些技术上的问题有待进一步研究。

2.4 污水处理

2.4.1 作为污水处理的混凝剂

Basibuyuk等[20]用给水厂含铁污泥作为混凝剂处理植物油废水，发现污泥与明矾和氯化铁的处理效果相似，对油脂、COD和总悬浮物的去除效果显著。用12.5mg/l的氯化铁和1000mg/l的污泥组合，油脂和总悬浮物的去除率都高达99%，COD去除效率达到83%。Siriprapha等[21]用给水厂污泥作为混凝剂处理表面活性剂废水，结果表明，给水厂污泥与明矾联合使用，废水中的表面活性剂去除率高达80%，远超过单独使用明矾处理的效果。

2.4.2 作为污水处理的吸附剂

给水污泥中含有大量的铝盐、铁盐，作为吸附材料具有良好的除磷潜能。徐颖[22]等人分别进行了原给水污泥与烘干给水污泥对水中磷的吸附实验，研究发现，给水污泥以化学吸附作用除磷，与干污泥相比，湿污泥能够更快地达到吸附平衡，并且吸附效率更高，原给水污泥对磷的实际饱和吸附量为3.065mg/g。直接使用给水污泥用于湿地填料，在保证除磷效果的前提下可以有效节省成本。帖靖玺[23]等人对给水厂铁盐污泥进行了热活化处理，分别用100℃、300℃、500℃和900℃活化的污泥进行磷吸附试验，结果表明上述不同活化温度的污泥吸附等温线都符合Langmuir方程，磷吸附容量分别为6.3、12.2、8.2和3.4g/kg，说明热活化能够改变污泥对磷的吸附性能，300℃为最佳活化温度。进一步考察了300℃活化污泥对溶液中磷的吸附特性，发现其对磷的吸附容量随温度的升高而增大；吸附反应为自发的吸热过程；对磷的吸附能力随溶液初始pH的升高而降低；双常数方程和Elovich方程都能够比较好地描述其吸附动力学过程。

2.4.3 作为水处理填料

谷鹏飞[24]采用给水污泥烧制的陶粒构建了潮汐流人工湿地、曝气生物滤池和潜流式人工湿地，对农村污水和微污染河水进行处理。处理结果如表2。

由表2中数据可知，潮汐流人工湿地、曝气生物滤池和潜流式人工湿地对污水中的主要污染物COD、氨氮、TN和TP均有较好的处理效果。污泥陶粒可以用作填料，为给水厂污泥的综合利用和丰富人工湿地填料选择提供技术借鉴。

2.5 污水厂活性污泥调理

给水厂污泥和污水厂剩余污泥可以进行联合排放能有效改善污水处理厂污泥的脱水性能。刘流[25]对自来水厂污泥进行表征，发现给水污泥粒径大多在3.5-63.1μm之间，可以作为剩余污泥的“骨架”，给水污泥中的混凝剂能提高剩余污泥的Al和Si含量。将铝盐污泥与剩余污泥混合，混合率为1kg/kg，污泥比阻从4.0×1013m/kg下降到1.6×1013m/kg，经板框压滤机压滤之后混合污泥含水率降低到64%。

3 结束语

随着社会的进步和人们生活水平的提高，环境保护问题受到越来越多的关注，给水污泥资源化利用是时代发展的必然要求。给水污泥在土地利用、建材原料、混凝剂再生、污废水处理等领域展现出了良好的应用前景，应根据给水污泥的特点，结合具体条件，综合考虑资源化利用的方式。然而，关于给水污泥资源化利用的工程项目不多，有关部门还需要进一步制定和完善对给水污泥资源化利用的法规和标准，真正想要实现给水污泥资源化利用还需要更多深入的研究。

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