水廠排泥水性質與上清液回用可行性研究

王蘇女，何嘉莉，張曉娜

(東莞市東江水務有限公司，廣東東莞523112)

自來水廠的生產廢水主要包括排泥水和濾池反沖洗水，約占水廠產水量的3%～10%，其中排泥水約占總生產廢水量的20%～50%[1]。目前我國擁有排泥水處理與回收再利用設施的以地表水為水源的水廠不足5%，大部分水廠的排泥水未經處理直接排放，造成較嚴重的水資源浪費和環境污染問題。排泥水富集了較多懸浮物、有機污染物、微生物和重金屬，直接回用存在更高的水質安全風險，可能對水廠生產造成沖擊[2]。為保障排泥水回用水的水質安全性，日本、歐美等國家和地區在排泥水回用前采取預處理措施，包括沉淀、氣浮、微濾、超濾以及膜濾等[3]，其中沉淀法最為常用。筆者以水廠排泥水為研究對象，通過開展自然沉淀和排泥水上清液與原水不同比例混合后的混凝沉淀試驗，探究排泥水性質和排泥水上清液回用對水質的影響，以期為水廠排泥水安全回用提供參考。

1 試驗部分

1.1 水樣與前處理

研究所用的排泥水采集于南方地區某個采用常規制水工藝的水廠。在水廠沉淀池排泥期間，用污泥潛水泵進行抽樣，將排泥水水樣混合均勻后進行自然靜沉實驗。對試驗期間的東江原水、排泥水和靜沉實驗收集的排泥水上清液進行水質檢測。

1.2 回用混凝沉淀試驗

取排泥水上清液，分別按0、3%、6%和10%的回流比例與當日原水混合后進行混凝沉淀試驗。采用ZR4-6型六聯混凝試驗攪拌機，混凝劑聚氯化鋁的投加量分別為1.5和2.5 mg/L(以Al2O3計)。混凝沉淀程序為：500 r/min下快速攪拌1 min，50 r/min條件下慢速攪拌15 min，靜置沉淀30 min。取混凝沉淀后的上清液檢測分析。

1.3 檢測方法

濁度：采用HACH 2100N濁度儀測定；DOC：水樣經0.45 μm濾膜過濾后采用Shimadzu TOC-V CPH總有機碳分析儀檢測；CODMn：采用酸性高錳酸鉀滴定法測定；UV254：水樣經0.45 μm濾膜過濾后，采用CARY50型分光光度計測定；關鍵性重金屬：采用Thermo Scientific Xseries Ⅱ ICP-MS測定。

2 試驗結果與分析

2.1 排泥水沉淀性能

試驗裝置采用直徑為60 mm、高度為400 mm的有機玻璃沉降柱，柱體上標有刻度，共設3組平行裝置。分別取1 L排泥水加入3組沉降柱中，觀察記錄泥水分離界面的高度，如圖1所示。沉淀排泥水泥水分離界面在自然沉降前10 min迅速下降，10～30 min其高度逐漸趨于穩定，30 min后基本不變。這表明沉淀池排泥水的沉降性能良好，經30 min自然沉降能較好地實現泥水分離，污泥沉降比SV為16.62%。

圖1 排泥水泥水分離界面高度的變化Fig.1 Change of interface height of sludge-water separation

2.2 排泥水水質

試驗期間，原水、排泥混合水樣和自然靜沉30 min后的上清液的水質見表1。排泥水的濁度、CODMn和UV254以及錳、鋁、鎳、鉈關鍵性重金屬的含量都遠遠高于原水，和很多研究結果一致[2-4]。直接回用排泥水可能會對水處理工藝造成較大沖擊，存在水質安全風險。經30 min自然沉降后，排泥水上清液的濁度遠低于原水，表明自然沉降過程可以去除大量懸浮物。上清液的DOC和UV254溶解性有機物含量與原水基本相同；CODMn和鋁、錳重金屬含量高于原水，但相比排泥水有大幅度降低。這主要是因為沉淀池排泥水中富集了一定量的懸浮態有機物，同時在混凝沉淀過程中富集了化學藥劑和鋁、錳等重金屬[4]。因此，排泥水上清液回用需重點關注有機物指標和關鍵性重金屬帶來的水質風險。

表1 排泥水水質Tab.1 The quality of sludge water

2.3 排泥水上清液回用對水質的影響

2.3.1 對濁度的影響

將排泥水上清液按0、3%、6%和10%回流比與原水混合后進行混凝、沉淀，沉后水濁度如圖2所示。在不同回流比下，提高PAC投加量均有利于濁度的去除。PAC投加量為1.5和2.5 mg/L時，東江原水混凝沉淀后的沉后水濁度分別為1.18和1.06 NTU，且排泥水上清液不同比例回用基本不會對沉后水的濁度產生影響。

圖2 上清液回用對濁度的影響Fig.2 Influence of supernatant reuse on turbidity

2.3.2 對有機物的影響

回用排泥水上清液時，在不同回流比下，提高 PAC投加量均有利于CODMn、DOC和UV254的去除，如圖3至圖5所示。PAC投加量為1.5和2.5 mg/L時，東江原水混凝、沉淀后的沉后水CODMn分別為2.80和2.22 mg/L，DOC分別為2.07和1.89 mg/L，UV254分別為0.037和0.034 cm-1。在相同的PAC投加量下，隨著排泥水上清液回流比的增大，沉后水CODMn和DOC呈下降趨勢。回流比為10%時，沉后水CODMn分別為2.15和1.83 mg/L，DOC分別為1.86和1.82 mg/L。排泥水上清液回用對沉后水中溶解性UV254小分子有機物基本無影響。

圖3 上清液回用對CODMn的影響Fig.3 Influence of supernatant reuse on CODMn

圖4 上清液回用對DOC的影響Fig.4 Influence of supernatant reuse on DOC

圖5 上清液回用對UV254的影響Fig.5 Influence of supernatant reuse on UV254

試驗表明，排泥水上清液回用不會造成沉后水的有機物風險，反而能提高混凝、沉淀對有機物的去除能力。這可能是由于排泥水上清液中存在較多的金屬氫氧化物脫穩膠體顆粒，回用過程中能被再次利用，降低了混凝后有機物表面的Zeta電位絕對值，發揮了靜電吸附與電性中和的作用，發揮了一定的強化混凝作用[5]。

2.3.3 對重金屬的影響

分別按照回流比0、3%、6%和10%將排泥水上清液與原水混合后，投加1.5 mg/L PAC進行混凝沉淀試驗。回用不同比例排泥水上清液后，沉后水中重金屬鋁、錳、鎳和鉈的含量均在標準范圍內，如表2所示。

表2 上清液回用的沉后水重金屬含量Tab.2 Content of heavy metal in the water after precipitation after supernatant reuse mg·L-1

但沉后水中錳含量隨著回流比的增大而升高，當回流比為10%時，沉后水中錳含量達0.080 mg/L。排泥水上清液回流比過大可能存在一定的錳超標風險[6]，這可能是由于排泥水上清液中錳含量過高(0.176 mg/L)，且上清液中的錳主要Mn2+形式存在，較難在混凝、沉淀過程被去除。雖然排泥水上清液中鋁含量也較高(0.110 mg/L)，但由于鋁的存在形態多樣，在混凝、沉淀過程中通過水解等形成膠體態鋁從而易被去除，所以鋁超標風險較小。因此，在排泥水上清液回用過程中需注意控制好回流比，重點警惕錳超標風險。

3 結論

① 排泥水沉降性能良好，經過30 min自然沉降基本實現泥水分離。自然沉淀后的上清液，其濁度、CODMn、DOC和UV254以及關鍵性重金屬含量與排泥水相比明顯降低，水質得到改善。

② 不同比例排泥水上清液回用對沉后水濁度和溶解性UV254小分子有機物含量基本無影響，且有利于混凝、沉淀過程對CODMn和DOC的去除。

③ 將排泥水上清液以不高于10%的回流比回用，沉后水中錳、鋁、鎳、鉈的含量均在標準范圍內，但需警惕排泥水上清液大回流比回用時的錳超標風險。