給水廠污泥在污水處理中的應用現狀

邱 娜，任偉松

(平頂山市自來水有限公司，河南 平頂山 467000)

隨著社會發展，飲用水源地受到越來越嚴重的污染。徐曉丹等[1]采用綜合營養狀態指數法對海門市長江水廠飲用水源地水質狀況進行評價,結果表明,該水源地已呈現出富營養化的發展趨勢。趙新峰等[2]通過對海倫地區157口農村飲用水井取樣分析,探討了該地區地下水硝態氮污染的時空特征及其影響因素。結果表明,地下水中硝態氮平均含量14.01mg·L-1，超標率(≥10.00 mg·L-1)達到26.11%。分析污染物來源可以發現,污染程度較高的地區多處于氮肥施用量較高、戶均家禽牲畜量較多的地區。廖蕾[3]于2015年對蘇州市太湖東岸飲用水主要異味物質進行了調查。結果表明,主要異味物質為土臭素、2-甲基異莰醇、β-環檸檬醛、β-紫羅蘭酮等,檢出率分別50.0%,66.7%,70.8%和66.7%,其中2-甲基異莰醇年均值是其嗅覺閾值的2.31倍,其他異味物質年均值未超過其閾值,水體主要表現為土霉味。異味問題爆發時間為夏季(5-9月),土臭素、2-甲基異莰醇、β-環檸檬醛、β-紫羅蘭酮檢出最高值分別為13.8,170,170和29.6 ng/L。初步推斷太湖主要異味物質為水中藍藻的某些種類所致。秦宏兵[4]于2013年每月測定了蘇州太湖飲用水源地9種異味物質含量及TP、TN、水溫、藻密度等指標,結果表明,蘇州太湖飲用水源地主要檢出的異味物質有2-甲基異崁醇、土臭素、β-環檸檬醛和β-紫羅蘭酮等4種。2-甲基異崁醇年均值是其嗅覺閾值的2.9倍,水體主要表現為土霉味。水溫是影響異味物質含量的重要因素。微囊藻等藻類對β-環檸檬醛和β-紫羅蘭酮有明顯貢獻。

給水處理過程中，給水廠污泥是給水凈化過程中產生的副產物，給水廠的污泥主要由從原水中去除的有機物、無機物、重金屬元素等雜質及水處理過程中投加的混凝劑組成。混凝劑的種類和投加量對給水廠中污泥的數量和性質有很大影響，含有豐富的鋁鐵化合物。之前給水廠排泥水多數被就近排入市政管網或水體，極易造成下水道堵塞及受納水體淤積和污染。近年來給水廠污泥被壓縮和脫水后，大部分作為廢棄物被填埋，這不僅造成填埋場地附近水體中鋁離子含量升高，形成不可預見的危害。因此對給水廠污泥資源化利用成為研究熱點。給水廠污泥含大量鋁鐵元素，內部孔徑豐富，對污染物具有良好的吸附能力，在污水處理方面有明顯的優勢。近年來國內外對水廠污泥在污水處理方面的應用研究逐漸增多，并取得大量成果。本文對給水廠污泥在污水處理中的不同利用途徑進行了總結，為其在污水處理中的推廣應用提供新思路。

1 給水廠污泥在污水處理中應用現狀

1.1 制備填料

陳洋[5]以給水廠鋁鹽污泥作為主要原料,通過研究在給水廠污泥陶粒制備過程中的各種控制條件,分析不同因素對制備陶粒的影響,獲得最佳的給水廠污泥陶粒制備工藝。研究了陶粒投加量、水力停留時間、初始磷濃度、污水pH和溫度等因素對給水廠污泥陶粒吸磷性能的影響,設計了陶粒生物膜反應器,考察了水力停留時間、填料層高度對所制備陶粒生物膜脫氮除磷及有機物去除效果的影響。給水廠污泥陶粒的吸附容量隨著陶粒投加量的增大而逐漸減小,當投加量為20g/L時,吸附容量最高可達2.3mg/g;給水廠污泥陶粒的吸附容量和磷去除率隨著水力停留時間的增加而逐漸增大;當初始磷濃度為30 mg/L時,吸附容量最高可達2.2mg/g,去除率可達91.2%，在pH值=7時對溶液中磷的去除率可達92.8%。任新[6]以城市給水廠污泥為主要原料,輔以膨潤土制備污泥陶粒,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+初始濃度以及反應溫度對吸附過程的影響.結果表明,當溶液pH值為4.5時吸附去除效果最佳;吸附量隨初始濃度增加以及反應溫度的升高而增大。趙亞乾[7]愛爾蘭都柏林大學人工濕地研究小組首次提出了鋁污泥人工濕地的概念,將給水廠的脫水鋁污泥用作人工濕地填料,以強化其對污水的處理效果，尤其是對高濃度含磷污(廢)水的處理。鋁污泥被證明是一種優良的濕地填料;而且鋁污泥高效的磷吸附能力可以回收污水中的磷資源,使用后(飽和后)的鋁污泥可進行磷回收或用作肥料。這一“以廢治廢”的概念符合可持續發展思路,具有良好的經濟和環境效益。趙曉紅[8]將給水廠脫水鋁污泥泥餅用作人工濕地的填料,通過單級系統和多級系統試驗,采用“潮汐流”運行方式探索將其應用于高濃度含磷污水處理的可行性和有效性,并以此研發鋁污泥人工濕地污水處理系統。結果表明:鋁污泥可作為生物膜附著生長的載體,并適宜濕地植物生長,對污染物質COD、BOD5、SS、活性磷、溶解性活性磷、NH3-N等均可有效去除,對磷的去除率可達到90%以上。

1.2 吸附劑

李一兵等[9]研究給水廠含鋁污泥對水中磷的吸附特性,考察了污泥投加量、pH、磷初始濃度、污泥粒徑、吸附時間以及溫度等因素對除磷效果的影響。結果表明,在污泥投加量為15 g/L，pH值為2～10,磷初始質量濃度為10 mg/L,污泥粒徑為0.15～0.3 mm,吸附100 min時,除磷效果最好,磷去除率為90.93%,吸附量為0.60 mg/g。溫度越高,吸附量越大。仇付國[10]對典型給水廠鋁污泥的元素組成及含量、比表面積和孔徑結構、結構基團等特性進行了系統分析。利用靜態試驗對其吸附水溶液中氨氮和磷酸鹽的性能進行考察,分析表明：鋁污泥中鋁、鐵、硅等元素含量較多,污泥本身以無定形的非晶體物質為主,具有較大的比表面積和發達的孔隙結構,孔徑處于介孔范圍,鋁污泥中含有大量的鋁羥基絡合物(Al-OH)和Si-O-Si鍵。王建軍[11]通過靜態吸附實驗研究了給水廠污泥對磷的吸附特性,采用生物滯留模擬柱,考察生物滯留技術對城市徑流中磷的去除效果,評價以給水廠污泥改良填料的可行性.結果表明,給水廠污泥對磷的吸附能力遠大于土壤.在進水磷濃度為1.0 mg·L-1條件下,傳統填料模擬柱出水總磷隨著進水量的增加濃度逐漸增大,而改良填料模擬柱表現出穩定的長期去除效果,經7個月的連續運行,改良填料模擬柱出水總磷的濃度仍小于0.050mg·L-1,滿足地表水Ⅲ類水質標準.根據靜態吸附實驗估算結果,相同的控制條件下,添加4%給水廠污泥的改良填料對磷的吸附能力約為傳統填料的4倍。無定型鐵鋁的沉淀、吸附作用是改良填料截留進水中磷的主要機制,工程應用中可在填料中添加4%～5%比例的給水廠污泥以提高生物滯留設施控制受納水體富營養化的效果。王文東[12]采用高溫焙燒法制備了一種以給水廠終端鋁鹽混凝污泥為原料的新型吸附劑.通過靜態吸附實驗探討其對氨氮的吸附性能,主要考察了不同初始pH、接觸時間和溫度等因素對氨氮吸附效果的影響。結果表明,在中性條件下吸附劑對氨氮有較好的去除效果;混凝污泥處理氨氮廢水具有良好的應用前景。

1.3 絮凝劑

梁金成[13]實驗考察了直接回用未脫水的給水廠污泥做絮凝劑進行畜禽養殖廢水預處理的可行性。單因素實驗結果表明,隨著投加量和pH的增加,出水懸浮物濃度、化學需氧量和總磷的去除率不斷增加;隨著快速攪拌速度的提高,UWTS的絮凝效果呈現先增強后減弱的趨勢;隨著沉淀時間的延長,出水中SS、COD和TP的去除率起初逐漸增大,但15 min后去除率變化不明顯。進一步實驗分析結果表明,用做絮凝劑的最佳反應條件為投加量2 800 mg/L,快速攪拌速度300 r/min,沉淀時間15 min,此時對應的SS、COD和TP的去除率分別為74.8%、54.6%和60.5%。利用其預處理畜禽養殖廢水具有成本優勢,具有較大應用潛力。操家順[14]探究了給水廠污泥對磷素的凈化性能。結果表明,給水廠污泥的吸磷能力遠高于砂子,其磷飽和吸附質量分數分別為1.273和0.054 mg/g;在動態吸附試驗中,含有給水廠污泥的吸附柱對磷的去除效果普遍較好,平均去除率最高可達93.1%,鐵鋁結合態磷是給水廠污泥中磷素的主要形態，另外由試驗結果可知,不管是單獨使用還是與其他濾料組合使用,給水廠污泥均能顯著提高濕地的除磷能力,延長濕地的使用壽命,是一種理想的除磷濾料。

2 結語

綜述了給水廠污泥在污水處理中的應用研究現狀，給水廠污泥的組成及特點使其在污水處理中具有明顯優勢，在污水處理中的應用前景，為其在污水處理中的推廣應用提供參考。