给水厂污泥回用安全性评估

郭丽莉

【摘要】随着我国经济快速发展，社会不断进步，作为自来水厂无法避免产生的副产物-给水厂污泥，其回用于环境修复已成为研究热点，亟需评价其环境安全性。本文通过给水厂污泥对大型蚤的急性和慢性毒性实验，调查了给水厂污泥对大型蚤的生长、繁殖和抗氧化酶活性的影响，结果发现给水厂污泥对大型蚤没有产生毒性效应。本研究对于推进给水厂污泥资源化应用具有现实意义，促进“以废治废”。

【关键词】给水厂污泥;大型蚤;毒性

城市给水厂在生产饮用水的同时，也产生了大量的污水。这部分污水约占总净水量的4%-7%，其中包括浓缩后的悬浮物和有机物，以及残存在泥中的混凝剂。水厂的污水主要来自沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗废水。如果污水不经处理直接排入水体，不但严重污染水体，而且浪费了大量的水资源和能源。在当前水资源严重紧缺，水环境污染日益严重的情况下，针对我国当前约有95%以上的给水厂排泥水未经处理的现状，排泥水处理和污泥处置的重要意义越来越受到人们的重视。

1、给水厂污泥的种类和性质

给水厂污泥主要有石灰软化污泥和化学絮凝污泥两种。软化污泥主要产生于地下水的处理，其污泥量约占原水量的0.3%～5%，主要成分是CaCO3、Mg（OH）2、淤泥、过剩石灰和有机物，这类污泥中有机物含量少，含水率低，易于沉降;化学絮凝污泥产生于对地表水的处理，大约占原水量的0.5%～3%，它是由原水中的悬浮物、溶解状胶质、有机物、微生物及加入的混凝剂组成，是给水厂污泥处理的主要对象。给水厂污泥的BOD与COD比值很小，无机物占污泥组分的绝大部分，混凝剂的品种和投加量对给水厂中污泥的数量和性质有很大的影响。

2、给水厂污泥回用安全性评估

2.1给水厂污泥对大型蚤的生长影响实验

采用的是给水厂污泥的泥水共存体系，实验浓度为0、5、50、100、500和5000mg.L-1。实验选取出生6-24h的幼蚤。向每个装有100mL实验溶液的烧杯中加入3只幼蚤，每个不同浓度的处理组和对照组均设置3个平行。实验开始前向所有烧杯中加入浓度为5mg.L-1的栅藻作为大型蚤的食物。烧杯置于恒温培养箱中，培养箱温度设置为20℃，无光照，实验进行5d，实验期间不再喂食。在实验开始前，取15只幼蚤，用双目立体显微镜测量体长。以3只幼蚤为一组，共5组幼蚤，将每组幼蚤转移至提前称重的铝箔纸上，于105°C干燥24h后称重。经过5d培养之后，收集实验蚤，用人工稀释水冲洗后按照上述方法称量实验蚤的体长和体重，计算从实验开始至第5天的生长率，生长率分别以体重和体长的增长来表现，计算公式为：

其中，W0和W5分别指实验开始前和实验第5天大型蚤的体重，L0和L5分别指实验开始前和实验第5天大型蚤的体长。

2.2给水厂污泥对大型蚤的繁殖毒性实验

采用给水厂污泥的泥水共存体系，实验浓度为0、500和5000mg.L-1。实验选取出生6-24h的幼蚤。向每个装有20mL实验溶液的50mL烧杯中加入1只幼蚤。每个浓度设置10个平行，一组实验液设置一个空白对照，即相同体积的人工稀释水。将所有蚤置于培养箱中，实验时的环境条件与培养时的环境条件保持一致。每隔一天全部更换一次溶液。每天喂食一次斜生栅藻藻液，最终藻密度约为1×105cells.mL-1。每天观察大型蚤蜕皮、怀卵和产卵情况，记录母蚤初次怀卵时间、初次产卵时间、初次产卵数、产卵总次数以及总的产卵数量，统计母蚤的死亡数。实验周期为21d，21d后在体视显微镜下测定记录大型蚤的体长。

2.3给水厂污泥对大型蚤的抗氧化酶活性影响

暴露于不同浓度的给水厂污泥中的大型蚤体内的CAT、SOD、GPX和GST四种抗氧化酶的活性见表1。由表可见，与对照组相比，暴露于不同浓度下的给水厂污泥的大型蚤，体内的四种抗氧化酶的活性都没有显著性差异。生物体在外界压力之下体内会产生大量的ROS，高浓度的ROS可能会引起氧化压力，并通过攻击生物体内蛋白质、膜脂和其他细胞成分而对细胞产生损伤。当外界压力导致大型蚤体内产生大量的ROS时，机体会上调抗氧化酶及抗氧化物质的防御，包括提高酶活性，以此来帮助大型蚤抵御ROS引起的毒性，与ROS相抗争的抗氧化酶和抗氧化物质主要包括SOD、CAT、GPX和GST等。有研究者探讨了大型蚤的死亡率与氧化压力之间的关系，生化标记物被认为是种群水平上遭受亚致死剂量暴露造成影响的一种早期预警指标。本研究中给水厂污泥，无论是在500mg.L-1还是在5000mg.L-1的浓度条件下对大型蚤均未产生氧化压力，因此给水厂污泥在生化水平上未对大型蚤造成任何不利影响。

3、给水厂污泥的综合利用

3.1再生铝盐

由于给水厂中广泛应用硫酸铝、聚合氯化铝等铝盐作为水处理的混凝剂 ，因此污泥中铝的含量较高，污泥固体中含铝率为15%～40%。不少学者在污泥的回用或铝盐的回收应用等方面开展了一系列的研究，其方法主要有酸化法、碱化法、离子交换法和膜法等。酸化法是用强酸将铝盐从絮凝体溶析出来的方法。酸化法要求污泥浓度在20%以下。研究表明，当pH值较低时，酸化溶解污泥中溶胶铝的能力较强，铝的回收率较高，在pH=1时，铝的回收率可达90%，而当pH=3时，回收率仅有10%，一般可通过试验寻求最佳pH值。该方法的不足之处是选择性差，回用的金属除了铝以外，还有其他一些可溶性或胶体性物质。碱化法是利用铝的两性性质，与过量的碱反应生成溶解性的铝酸盐。常用的碱有氢氧化钠或石灰乳。研究发现，用氢氧化钠回收铝盐，最优pH=11.4～11.8，回收率一般可达80%，有时甚至高达98%;而用石灰乳回收铝盐时，最优pH=11.2～11.6，回收率只有25%。离子交换法需要选择性强的萃取剂，回收沉淀污泥中90%以上的铝盐，且再生硫酸铝的浓度和纯度都很高。但其萃取过程复杂，如果通过进一步研究能够降低成本，简化工艺流程，会有很大的发展前途。膜法是采用复合膜，吸附污泥中的铅盐。复合膜是由厚约0.5mm的多孔聚四氟乙烯膜及嵌入其中的直径约100μm的多孔细球粒组成。细球粒起到交换剂的作用，它对铝离子有很强的亲和力。试验结果表明，复合膜对溶解铝的吸附具有选择性和排他性，可大大降低回用铝盐中的杂质浓度;但吸附于膜上的部分铝盐有可能会重新回到水中，使得经膜吸附后的污泥中仍含有一定量的铝盐。

3.2作为生物滞留系统填料改良剂处理雨水

生物滞留系统作为海绵城市建设的一项重要技术措施，具有效削减径流总量、洪峰流量和控制雨水径流污染的良好效果，在国内外应用广泛。但传统生物滞留系统具有除磷效果不稳定的缺点，作为生物滞留系统最重要部分，填料承担吸附污染物、为污染物降解提供电子供体，为微生物繁衍提供依附载体的作用，可见填料改良是生物滞留系统改进的重要措施。将10%铝污泥用于雨水生物滞留系统的基质，试验显示当进水磷浓度为120μg/L时，该系统可在20a内保持较高的磷去除率，填料的磷饱和吸附容量为81.9mg/kg，在添加硬木树皮等基质后，系统除磷能力反而下降。长期柱实验同样表明：在添加了5%铝污泥和3%硬木树皮覆盖物的壤质沙土为基质的生物滞留系统中，控制进水中初始总磷浓度为68～146μg/L，出水总磷平均浓度小于25μg/L，整个试验过程中进水总量为796L，进入系统中的磷的总量为112mg，出水中磷的总量为12.8mg，去除率达88.5%。而未添加水厂污泥的对比组试验中，由于填料基质释放磷，出水总磷含量反而增加了71.2%。

结语：

本研究主要考察了给水厂污泥对大型蚤生长、繁殖以及抗氧化酶活性的影响。结果表明與对照组相比，暴露于不同浓度给水厂污泥的大型蚤的体重和体长增长率、初次怀卵年龄、初次产卵年龄、幼蚤产量、21d后母蚤体长都没有显著性差异，说明给水厂污泥并未对大型蚤的生长和繁殖表现出抑制作用。进一步研究表明暴露于给水厂污泥后，大型蚤体内CAT、SOD、GPX和GST这四种抗氧化酶活性无明显变化，说明给水厂污泥未引起大型蚤体内氧化损伤。综上所述，给水厂污泥对大型蚤没有产生毒性效应。本研究对于推进给水厂污泥资源化应用具有现实意义，促进“以废治废”

参考文献：

[1]中华人民共和国环境保护部.2015年中国环境状况公报[R].2016（6）.

[2]陈毅忠，王利平，杜尔登，等.自来水厂脱水铝污泥对水中磷的吸附去除研究[J].中国给水排水，2011，27（23）：88-91.