給水廠污泥回用安全性評估

郭麗莉

【摘要】隨著我國經濟快速發展，社會不斷進步，作為自來水廠無法避免產生的副產物-給水廠污泥，其回用于環境修復已成為研究熱點，亟需評價其環境安全性。本文通過給水廠污泥對大型蚤的急性和慢性毒性實驗，調查了給水廠污泥對大型蚤的生長、繁殖和抗氧化酶活性的影響，結果發現給水廠污泥對大型蚤沒有產生毒性效應。本研究對于推進給水廠污泥資源化應用具有現實意義，促進“以廢治廢”。

【關鍵詞】給水廠污泥;大型蚤;毒性

城市給水廠在生產飲用水的同時，也產生了大量的污水。這部分污水約占總凈水量的4%-7%，其中包括濃縮后的懸浮物和有機物，以及殘存在泥中的混凝劑。水廠的污水主要來自沉淀池的排泥水和濾池的反沖洗廢水。如果污水不經處理直接排入水體，不但嚴重污染水體，而且浪費了大量的水資源和能源。在當前水資源嚴重緊缺，水環境污染日益嚴重的情況下，針對我國當前約有95%以上的給水廠排泥水未經處理的現狀，排泥水處理和污泥處置的重要意義越來越受到人們的重視。

1、給水廠污泥的種類和性質

給水廠污泥主要有石灰軟化污泥和化學絮凝污泥兩種。軟化污泥主要產生于地下水的處理，其污泥量約占原水量的0.3%～5%，主要成分是CaCO3、Mg（OH）2、淤泥、過剩石灰和有機物，這類污泥中有機物含量少，含水率低，易于沉降;化學絮凝污泥產生于對地表水的處理，大約占原水量的0.5%～3%，它是由原水中的懸浮物、溶解狀膠質、有機物、微生物及加入的混凝劑組成，是給水廠污泥處理的主要對象。給水廠污泥的BOD與COD比值很小，無機物占污泥組分的絕大部分，混凝劑的品種和投加量對給水廠中污泥的數量和性質有很大的影響。

2、給水廠污泥回用安全性評估

2.1給水廠污泥對大型蚤的生長影響實驗

采用的是給水廠污泥的泥水共存體系，實驗濃度為0、5、50、100、500和5000mg.L-1。實驗選取出生6-24h的幼蚤。向每個裝有100mL實驗溶液的燒杯中加入3只幼蚤，每個不同濃度的處理組和對照組均設置3個平行。實驗開始前向所有燒杯中加入濃度為5mg.L-1的柵藻作為大型蚤的食物。燒杯置于恒溫培養箱中，培養箱溫度設置為20℃，無光照，實驗進行5d，實驗期間不再喂食。在實驗開始前，取15只幼蚤，用雙目立體顯微鏡測量體長。以3只幼蚤為一組，共5組幼蚤，將每組幼蚤轉移至提前稱重的鋁箔紙上，于105°C干燥24h后稱重。經過5d培養之后，收集實驗蚤，用人工稀釋水沖洗后按照上述方法稱量實驗蚤的體長和體重，計算從實驗開始至第5天的生長率，生長率分別以體重和體長的增長來表現，計算公式為：

其中，W0和W5分別指實驗開始前和實驗第5天大型蚤的體重，L0和L5分別指實驗開始前和實驗第5天大型蚤的體長。

2.2給水廠污泥對大型蚤的繁殖毒性實驗

采用給水廠污泥的泥水共存體系，實驗濃度為0、500和5000mg.L-1。實驗選取出生6-24h的幼蚤。向每個裝有20mL實驗溶液的50mL燒杯中加入1只幼蚤。每個濃度設置10個平行，一組實驗液設置一個空白對照，即相同體積的人工稀釋水。將所有蚤置于培養箱中，實驗時的環境條件與培養時的環境條件保持一致。每隔一天全部更換一次溶液。每天喂食一次斜生柵藻藻液，最終藻密度約為1×105cells.mL-1。每天觀察大型蚤蛻皮、懷卵和產卵情況，記錄母蚤初次懷卵時間、初次產卵時間、初次產卵數、產卵總次數以及總的產卵數量，統計母蚤的死亡數。實驗周期為21d，21d后在體視顯微鏡下測定記錄大型蚤的體長。

2.3給水廠污泥對大型蚤的抗氧化酶活性影響

暴露于不同濃度的給水廠污泥中的大型蚤體內的CAT、SOD、GPX和GST四種抗氧化酶的活性見表1。由表可見，與對照組相比，暴露于不同濃度下的給水廠污泥的大型蚤，體內的四種抗氧化酶的活性都沒有顯著性差異。生物體在外界壓力之下體內會產生大量的ROS，高濃度的ROS可能會引起氧化壓力，并通過攻擊生物體內蛋白質、膜脂和其他細胞成分而對細胞產生損傷。當外界壓力導致大型蚤體內產生大量的ROS時，機體會上調抗氧化酶及抗氧化物質的防御，包括提高酶活性，以此來幫助大型蚤抵御ROS引起的毒性，與ROS相抗爭的抗氧化酶和抗氧化物質主要包括SOD、CAT、GPX和GST等。有研究者探討了大型蚤的死亡率與氧化壓力之間的關系，生化標記物被認為是種群水平上遭受亞致死劑量暴露造成影響的一種早期預警指標。本研究中給水廠污泥，無論是在500mg.L-1還是在5000mg.L-1的濃度條件下對大型蚤均未產生氧化壓力，因此給水廠污泥在生化水平上未對大型蚤造成任何不利影響。

3、給水廠污泥的綜合利用

3.1再生鋁鹽

由于給水廠中廣泛應用硫酸鋁、聚合氯化鋁等鋁鹽作為水處理的混凝劑 ，因此污泥中鋁的含量較高，污泥固體中含鋁率為15%～40%。不少學者在污泥的回用或鋁鹽的回收應用等方面開展了一系列的研究，其方法主要有酸化法、堿化法、離子交換法和膜法等。酸化法是用強酸將鋁鹽從絮凝體溶析出來的方法。酸化法要求污泥濃度在20%以下。研究表明，當pH值較低時，酸化溶解污泥中溶膠鋁的能力較強，鋁的回收率較高，在pH=1時，鋁的回收率可達90%，而當pH=3時，回收率僅有10%，一般可通過試驗尋求最佳pH值。該方法的不足之處是選擇性差，回用的金屬除了鋁以外，還有其他一些可溶性或膠體性物質。堿化法是利用鋁的兩性性質，與過量的堿反應生成溶解性的鋁酸鹽。常用的堿有氫氧化鈉或石灰乳。研究發現，用氫氧化鈉回收鋁鹽，最優pH=11.4～11.8，回收率一般可達80%，有時甚至高達98%;而用石灰乳回收鋁鹽時，最優pH=11.2～11.6，回收率只有25%。離子交換法需要選擇性強的萃取劑，回收沉淀污泥中90%以上的鋁鹽，且再生硫酸鋁的濃度和純度都很高。但其萃取過程復雜，如果通過進一步研究能夠降低成本，簡化工藝流程，會有很大的發展前途。膜法是采用復合膜，吸附污泥中的鉛鹽。復合膜是由厚約0.5mm的多孔聚四氟乙烯膜及嵌入其中的直徑約100μm的多孔細球粒組成。細球粒起到交換劑的作用，它對鋁離子有很強的親和力。試驗結果表明，復合膜對溶解鋁的吸附具有選擇性和排他性，可大大降低回用鋁鹽中的雜質濃度;但吸附于膜上的部分鋁鹽有可能會重新回到水中，使得經膜吸附后的污泥中仍含有一定量的鋁鹽。

3.2作為生物滯留系統填料改良劑處理雨水

生物滯留系統作為海綿城市建設的一項重要技術措施，具有效削減徑流總量、洪峰流量和控制雨水徑流污染的良好效果，在國內外應用廣泛。但傳統生物滯留系統具有除磷效果不穩定的缺點，作為生物滯留系統最重要部分，填料承擔吸附污染物、為污染物降解提供電子供體，為微生物繁衍提供依附載體的作用，可見填料改良是生物滯留系統改進的重要措施。將10%鋁污泥用于雨水生物滯留系統的基質，試驗顯示當進水磷濃度為120μg/L時，該系統可在20a內保持較高的磷去除率，填料的磷飽和吸附容量為81.9mg/kg，在添加硬木樹皮等基質后，系統除磷能力反而下降。長期柱實驗同樣表明：在添加了5%鋁污泥和3%硬木樹皮覆蓋物的壤質沙土為基質的生物滯留系統中，控制進水中初始總磷濃度為68～146μg/L，出水總磷平均濃度小于25μg/L，整個試驗過程中進水總量為796L，進入系統中的磷的總量為112mg，出水中磷的總量為12.8mg，去除率達88.5%。而未添加水廠污泥的對比組試驗中，由于填料基質釋放磷，出水總磷含量反而增加了71.2%。

結語：

本研究主要考察了給水廠污泥對大型蚤生長、繁殖以及抗氧化酶活性的影響。結果表明與對照組相比，暴露于不同濃度給水廠污泥的大型蚤的體重和體長增長率、初次懷卵年齡、初次產卵年齡、幼蚤產量、21d后母蚤體長都沒有顯著性差異，說明給水廠污泥并未對大型蚤的生長和繁殖表現出抑制作用。進一步研究表明暴露于給水廠污泥后，大型蚤體內CAT、SOD、GPX和GST這四種抗氧化酶活性無明顯變化，說明給水廠污泥未引起大型蚤體內氧化損傷。綜上所述，給水廠污泥對大型蚤沒有產生毒性效應。本研究對于推進給水廠污泥資源化應用具有現實意義，促進“以廢治廢”

參考文獻：

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