給水污泥處置現狀及資源化利用研究

牛亞芬 帖靖璽

摘 要：文章對給水污泥常規處置方法及其對環境的影響進行了總結和分析，認為資源化利用是給水污泥處置的最佳方法。在此基礎上，對目前的給水污泥資源化利用的方法進行了總結。文章為給水污泥的資源化處置利用提供參考。

關鍵詞：給水污泥；處置；資源化利用

中圖分類號：X703 文獻標志碼：A 文章編號：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，大部分的市政自來水廠以地表水為原水進行處理，主要工藝為“混凝+沉淀+過濾+消毒”。其中，混凝劑能通過電性中和、吸附架橋和網捕卷掃等作用，使水中的微小懸浮物及膠體顆粒脫穩，相互聚集成較大絮體，進而在重力作用下沉淀去除。少量沉淀性能較差的絮體則在濾池被濾料層截留去除。沉淀池排泥水和濾池反沖洗水經收集處理后產生的污泥即為自來水廠的給水污泥[1]。

原水中的雜質主要包括無機顆粒物、植物殘體、腐殖質以及被吸附的溶解性金屬鹽和氣體等[2]。目前，我國自來水廠日常生產主要采用以鋁、鐵鹽為主的無機混凝劑。因此，給水污泥主要由混凝劑的殘渣、無機礦物顆粒和少量的有機質組成。

由于原水水質的差異，自來水處理所使用的藥劑種類和用量不盡相同，給水污泥的組成和產量也有所差別。我國部分自來水廠污泥產量統計結果如表1所示[3]。

由表1可以看出，自來水廠每天產生大量給水污泥，隨著用水量的增加，給水污泥產量會越來越大，如何處置數量龐大的給水污泥成為亟待解決的問題。

目前給水污泥的常規處置方法有如下幾種：（1）將排泥水直接排入自然水體。這種方法對環境的影響較大，排泥水中含有的大量鋁鹽以及污泥沉積會對水生態造成一定影響[4]，大量污泥排入水體還會造成河道阻塞、河床抬高，進而影響航運、降低防洪排澇能力。（2）排入城市污水管網。這種污泥處置方式需要嚴格限制污泥排放時間、排放量、固體懸浮物的含量等；同時，這種方法容易導致污水管道堵塞、腐蝕等問題，而且管道清淤與維護也需要大筆費用。（3）填埋。給水廠脫水污泥可單獨填埋，也可以與生活垃圾混合填埋。但是，污泥中的重金屬可能會污染地下水，應格外注意污泥中毒物和滲濾液問題。調查發現，很多給水廠已經遇到垃圾填埋場拒收給水污泥的問題。

綜上所述，我國基本上把給水污泥作為廢棄物進行處置，現有的處置方法對于環境存在一定的危害。因此，尋找新的給水污泥處置方法就顯得非常重要。

劉永康[5]等人對給水廠污泥的物質組成進行了分析，發現給水廠污泥的含水率為15.25%，有機物含量為25.85%，無機物含量為58.9%，無機物中有大量的SiO2、Al2O3和Fe2O3，且重金屬含量較低。賀君[6]等人對給水污泥的無機成分測定結果顯示SiO2占41%，Al2O3占15.1%，Fe2O3占8.5%，CaO占5.2%，MgO占1.8%，燒失量占16%。可以看出，給水污泥物質組成與粘土相似，同時其中存在混凝劑的殘渣，因此給水污泥存在資源化利用的價值。

2 給水污泥的資源化利用

2.1 園林綠化

謝敏[7]等人用給水廠污泥與土壤按不同的配比混合，種植高羊茅和萬壽菊兩種盆栽植物，考察了不同性質土壤對植物生長的影響。結果表明，給水廠污泥與試驗土壤的配比為3：1時能顯著促進盆栽植物的生長；施用給水廠污泥能明顯提高植物葉綠素含量，提高植物的觀賞價值；給水污泥中的重金屬不會對植物造成危害。我國園林綠化、花卉生產等行業對種植土需求量巨大，給水污泥的成分與土壤接近，將其作為種植土使用，是給水污泥處置的一條出路，具有廣闊的應用前景。

2.2 建材原料

2.2.1 作為水泥生產原料

給水廠污泥的成分接近普通的粘土，并且所有對水泥生產有害的成分含量均在控制指標以下[8]，所以可以代替部分粘土作為水泥廠生產配料。葉輝[9]等人分析發現，以黃浦江上游原水為水源的給水廠脫水污泥化學成分與上海水泥廠使用的水泥粘土原料（黃浦江底泥）成分很接近，在此基礎上研究了給水廠脫水污泥替代部分水泥粘土（硅

石）原料的可行性，結果表明，給水廠脫水污泥中SiO2含量較高，用它代替部分水泥硅質原料生產525#普通硅酸鹽水泥，產品符合國家質量控制標準，在試驗的基礎上，上海水泥廠2007年消納給水污泥6900t（干基），用于水泥生

產。采用該工藝生產水泥，每噸成本約增加0.178元。由此可以看出，將給水污泥用于水泥生產，是一種技術經濟可行的給水污泥處置方式。

2.2.2 制備陶粒

陶粒是目前廣泛應用的一種建筑用輕質骨料，當前我國陶粒主要以黏土陶粒為主。黏土絕大部分取自于耕地，破壞農田生態，將給水污泥作為焙燒陶粒的原料，既解決了黏土來源問題，也為給水污泥找到新的出路。吳雨欣[10]以水廠沉淀池污泥為主要原料，對制備燒脹陶粒技術進行了研究。將閔行水廠給水污泥與污水廠污泥和污水污泥焚燒灰按一定配比混合燒制陶粒，在120℃條件下干燥120min，在300℃溫度下預熱20min，最后以1150℃焙燒10min，燒制得到的陶粒具有良好的燒脹特性，同時工藝能耗最低。陳洋[11]以給水污泥為原料制備陶粒，摻加少量粘土，確定給水廠污泥含量為75%-80%，成球條件為105℃干燥2小時，300-400℃預熱20-30分鐘，1150℃燒結8-10分鐘。對制得的陶粒進行物理表征測試，結果顯示陶粒的平均粒徑為6-8mm，孔隙率為48%-52%，比表面積可達4.75-4.95m2/g，筒壓強度達到4.2MPa以上，磨損率小于1.3%，這種陶粒吸附性強、機械強度高、耐壓不易碎，滲透性能和持水性能較好，適于用作水處理填料。陶粒可以代替石子制成混凝土，廣泛應用到建筑行業，賀君[6]等人利用給水廠脫水污泥制得陶粒，按照水泥：砂：陶粒：水=675：1140：1200：300的比例制成混凝土砌塊，28天后對陶粒混凝土砌塊進行抗壓強度試驗并計算其表觀密度，結果表明，污泥混凝土塊抗壓強度為40.5MPa，表觀密度為2200kg/m3，達到了CL40標號混凝土的要求。

2.2.3 制磚

給水污泥可以作為原料與粘土或其它材料混合制磚。程雪莉[12]利用給水廠污泥與其他原料混合生產燒結磚、輕質骨料等建筑材料，研究結果表明，給水廠污泥、市政工程渣土、爐渣在原料配合比為3：4：3的條件下，坯體臨界含水率、干燥收縮率、燒成收縮率等各項質量指標符合工藝生產要求。高丹[13]開展了以給水污泥為主要原料，以普通砂作為粗骨料，制備透水磚的研究。分析結果表明，給水污泥疏松多孔，添加給水污泥有利于提高透水磚的孔隙率；隨著給水污泥用量增加，透水磚抗壓強度降低，而透水系數升高。制備透水磚的最佳工藝條件為：40%給水污泥，33%普通砂，10%粉煤灰，12%長石粉，3%水玻璃，在30Mpa的成型壓力，1150℃條件下燒結，保溫1h。在最佳工藝條件下制備的透水磚，外觀質量較好，抗凍性和耐腐蝕性均較好，能滿足相關要求。

2.2.4 制作陶瓷產品

給水廠污泥的物質組與粘土相似，適于制作陶瓷產品。劉永康等[5]將粘土與給水污泥按質量比為3：7-5：5混合后，燒制成筆筒、茶杯等日用品，產品感觀效果良好。經檢測，原料中給水污泥含量占60%制得的筆洗，外部產生水珠，抗滲漏性能較差，原料中給水污泥含量占50%制得的茶杯基本沒有滲漏，熱穩定性好，重金屬的溶出量滿足GB12651-2003《與食物接觸的陶瓷制品鉛、鎬溶出量允許極限》標準。張曉嵐等[14]利用給水廠污泥制備陶瓷膜，得出陶瓷膜的最佳制備條件為：硅藻土與給水污泥的配比在1：1-1：2之間，1100℃燒結，保溫3h。制得的陶瓷膜耐腐蝕性能強，過濾性好，純水通量達到515.72L/（h·m2·kPa）。應用于給水處理工藝中，對水質物理指標的去除效果較好，對沉淀出水和回流水的濁度去除率分別達到96%和77%，CODMn的去除率為13%-19%，氨氮去除率達到33%。因此，陶瓷膜可以代替砂濾工藝，改善水質。

2.3 無機鹽的回收

從污泥中回收鋁鹽，可以使其更容易濃縮和脫水，從而減少污泥的總固體量，降低后續污泥脫水設備的規模，同時，回收的鋁鹽還能用作水處理的混凝劑，具有一定的經濟效益。回收鋁鹽的方式有：酸化法、堿化法[15]、離子交換萃取法[16]、組合膜法[17]以及活化調節法等[18]。卜潔瑩等[19]采用酸化法回收給水污泥中的鋁鹽，在pH值為2.5、攪拌時間為30min時，回收率可達78.28%。第1次回收率達到84.51%，第4次循環回收率為77.93%，僅降低了6.58%。利用回收的鋁鹽處理生活污水，投加量為10mg/L時，濁度和COD的去除率為94.62%和61.13%。根據資料報道，污泥再生鐵鹽也用酸化法，但這種方法耗酸量大，處理成本高，酸處理后剩余污泥的化學調節費用也高，此外還存在一些技術上的問題有待進一步研究。

2.4 污水處理

2.4.1 作為污水處理的混凝劑

Basibuyuk等[20]用給水廠含鐵污泥作為混凝劑處理植物油廢水，發現污泥與明礬和氯化鐵的處理效果相似，對油脂、COD和總懸浮物的去除效果顯著。用12.5mg/l的氯化鐵和1000mg/l的污泥組合，油脂和總懸浮物的去除率都高達99%，COD去除效率達到83%。Siriprapha等[21]用給水廠污泥作為混凝劑處理表面活性劑廢水，結果表明，給水廠污泥與明礬聯合使用，廢水中的表面活性劑去除率高達80%，遠超過單獨使用明礬處理的效果。

2.4.2 作為污水處理的吸附劑

給水污泥中含有大量的鋁鹽、鐵鹽，作為吸附材料具有良好的除磷潛能。徐穎[22]等人分別進行了原給水污泥與烘干給水污泥對水中磷的吸附實驗，研究發現，給水污泥以化學吸附作用除磷，與干污泥相比，濕污泥能夠更快地達到吸附平衡，并且吸附效率更高，原給水污泥對磷的實際飽和吸附量為3.065mg/g。直接使用給水污泥用于濕地填料，在保證除磷效果的前提下可以有效節省成本。帖靖璽[23]等人對給水廠鐵鹽污泥進行了熱活化處理，分別用100℃、300℃、500℃和900℃活化的污泥進行磷吸附試驗，結果表明上述不同活化溫度的污泥吸附等溫線都符合Langmuir方程，磷吸附容量分別為6.3、12.2、8.2和3.4g/kg，說明熱活化能夠改變污泥對磷的吸附性能，300℃為最佳活化溫度。進一步考察了300℃活化污泥對溶液中磷的吸附特性，發現其對磷的吸附容量隨溫度的升高而增大；吸附反應為自發的吸熱過程；對磷的吸附能力隨溶液初始pH的升高而降低；雙常數方程和Elovich方程都能夠比較好地描述其吸附動力學過程。

2.4.3 作為水處理填料

谷鵬飛[24]采用給水污泥燒制的陶粒構建了潮汐流人工濕地、曝氣生物濾池和潛流式人工濕地，對農村污水和微污染河水進行處理。處理結果如表2。

由表2中數據可知，潮汐流人工濕地、曝氣生物濾池和潛流式人工濕地對污水中的主要污染物COD、氨氮、TN和TP均有較好的處理效果。污泥陶粒可以用作填料，為給水廠污泥的綜合利用和豐富人工濕地填料選擇提供技術借鑒。

2.5 污水廠活性污泥調理

給水廠污泥和污水廠剩余污泥可以進行聯合排放能有效改善污水處理廠污泥的脫水性能。劉流[25]對自來水廠污泥進行表征，發現給水污泥粒徑大多在3.5-63.1μm之間，可以作為剩余污泥的“骨架”，給水污泥中的混凝劑能提高剩余污泥的Al和Si含量。將鋁鹽污泥與剩余污泥混合，混合率為1kg/kg，污泥比阻從4.0×1013m/kg下降到1.6×1013m/kg，經板框壓濾機壓濾之后混合污泥含水率降低到64%。

3 結束語

隨著社會的進步和人們生活水平的提高，環境保護問題受到越來越多的關注，給水污泥資源化利用是時代發展的必然要求。給水污泥在土地利用、建材原料、混凝劑再生、污廢水處理等領域展現出了良好的應用前景，應根據給水污泥的特點，結合具體條件，綜合考慮資源化利用的方式。然而，關于給水污泥資源化利用的工程項目不多，有關部門還需要進一步制定和完善對給水污泥資源化利用的法規和標準，真正想要實現給水污泥資源化利用還需要更多深入的研究。

參考文獻：

[1]謝敏，施周，李淑展.給水廠排泥水處理處置技術及應用進展[J].凈水技術，2006，25（5）：28-30.

[2]楊蘭.超聲輔助處理凈水污泥用于去除廢水中磷和氨氮研究[D].浙江工業大學，2015.

[3]王勤華，賀俊蘭.凈水廠產泥的確定和相關參數的選擇[J].中國給水排水，2002，18（8）：64-66.

[4]戚海雁，何品晶，等.給水廠排泥水及污泥的處置[J].上海環境科學，2002，21（7）：442-443.

[5]劉永康，姚磊，唐卿生，等.自來水廠污泥物質組成及燒制紫砂陶的研究[A].全國排水委員會2012年年會論文集[C].2012：630-636.

[6]賀君，王啟山，任愛玲.給水廠污泥制高強陶粒技術研究[J].工業安全與環保，2010，36（11）：51-52.

[7]謝敏，李芳，等.凈水廠污泥對盆栽植物高羊茅和萬壽菊的生長影響研究[J].給水排水，2013.

[8]朱亞琴，徐樂中，李大鵬.給水廠污泥處置與資源化利用[J].廣東化工，2011，12：92-93.

[9]葉輝，陸在洪，康蘭英.凈水廠污泥替代部分原料煅燒水泥熟料研究[J].給水排水，2010，36（6）：34-37.

[10]吳雨欣.城市自來水廠污泥制備燒脹陶粒的實驗研究[J].上海第二工業大學學報，2016，33（2）：99-106.

[11]陳洋.給水廠污泥陶粒的制備及其在廢水除磷中應用的研究[D].山東大學，2017.

[12]程雪莉.給水廠污泥資源化利用研究[D].西安建筑科技大學，2014.

[13]高丹.利用給水污泥制備環保透水磚的試驗研究[D].長沙理工大學，2012.

[14]張曉嵐，李玉仙，王敏，等.水廠脫水污泥的兩種資源化利用方案[J].凈水技術，2017，36（10）：85-90，97.

[15]MASSCHEl EIN W J.The Feasibility of Coagulant Recycling by Alkline Reation of Aluminium Hydroxide Sludges[M].BRUSSELS IN ERCOMMUNAL WATER-BOARD，1985.

[16]徐美燕，馬燕，孫賢波，等.萃取法回收水廠污泥中鋁的技術研究Ⅰ.清液萃取法[J].華東理工大學學報：自然科學版，2007，33（3）：369-374.

[17]Arup. K. Sengupta. Slective Alum Recovery from Clarifier Sludge[J].AWWA， January， 1992：96-103.

[18]韋瑋.我國小城鎮給水系統建設技術及給水污泥資源化研究[D].重慶大學，2006，4.

[19]卜潔瑩，王在剛，王志軍.從給水污泥回收鋁鹽混凝劑與資源化利用研究[J].中國給水排水，2015，31（7）：104-108.

[20]Basibuyuk M，Kalat D G.The use of water works sludge for the treatment of vegetable oil refinery industry wastewater[J].Environ Technol，2004，25（3）：373-380.

[21]Siriprapha J，Sinchai K，Suwapee T，et al.Evaluation of reusing alum sludge for the coagulation of industrial wastewater containing mixed anionic surfactants[J].J Environ Sci，2011，23（4）：587-594.

[22]徐穎，葉志隆，葉欣，等.給水污泥對水中磷的吸附性能[J].環境工程學報，2018，12（3）：712-719.

[23]帖靖璽，郭紅操，趙磊.熱活化自來水廠鐵鹽污泥的磷吸附特性[J].環境化學，2011，30（7）：1316-1321.

[24]谷鵬飛.新型給水污泥基質填料在污水處理中的應用研究[D].蘭州理工大學，2017.

[25]劉流.自來水廠污泥和污水處理廠污泥摻混的脫水性能研究[D].浙江工業大學，2015.