水厂排泥水性质与上清液回用可行性研究

王苏女，何嘉莉，张晓娜

(东莞市东江水务有限公司，广东东莞523112)

自来水厂的生产废水主要包括排泥水和滤池反冲洗水，约占水厂产水量的3%～10%，其中排泥水约占总生产废水量的20%～50%[1]。目前我国拥有排泥水处理与回收再利用设施的以地表水为水源的水厂不足5%，大部分水厂的排泥水未经处理直接排放，造成较严重的水资源浪费和环境污染问题。排泥水富集了较多悬浮物、有机污染物、微生物和重金属，直接回用存在更高的水质安全风险，可能对水厂生产造成冲击[2]。为保障排泥水回用水的水质安全性，日本、欧美等国家和地区在排泥水回用前采取预处理措施，包括沉淀、气浮、微滤、超滤以及膜滤等[3]，其中沉淀法最为常用。笔者以水厂排泥水为研究对象，通过开展自然沉淀和排泥水上清液与原水不同比例混合后的混凝沉淀试验，探究排泥水性质和排泥水上清液回用对水质的影响，以期为水厂排泥水安全回用提供参考。

1 试验部分

1.1 水样与前处理

研究所用的排泥水采集于南方地区某个采用常规制水工艺的水厂。在水厂沉淀池排泥期间，用污泥潜水泵进行抽样，将排泥水水样混合均匀后进行自然静沉实验。对试验期间的东江原水、排泥水和静沉实验收集的排泥水上清液进行水质检测。

1.2 回用混凝沉淀试验

取排泥水上清液，分别按0、3%、6%和10%的回流比例与当日原水混合后进行混凝沉淀试验。采用ZR4-6型六联混凝试验搅拌机，混凝剂聚氯化铝的投加量分别为1.5和2.5 mg/L(以Al2O3计)。混凝沉淀程序为：500 r/min下快速搅拌1 min，50 r/min条件下慢速搅拌15 min，静置沉淀30 min。取混凝沉淀后的上清液检测分析。

1.3 检测方法

浊度：采用HACH 2100N浊度仪测定；DOC：水样经0.45 μm滤膜过滤后采用Shimadzu TOC-V CPH总有机碳分析仪检测；CODMn：采用酸性高锰酸钾滴定法测定；UV254：水样经0.45 μm滤膜过滤后，采用CARY50型分光光度计测定；关键性重金属：采用Thermo Scientific Xseries Ⅱ ICP-MS测定。

2 试验结果与分析

2.1 排泥水沉淀性能

试验装置采用直径为60 mm、高度为400 mm的有机玻璃沉降柱，柱体上标有刻度，共设3组平行装置。分别取1 L排泥水加入3组沉降柱中，观察记录泥水分离界面的高度，如图1所示。沉淀排泥水泥水分离界面在自然沉降前10 min迅速下降，10～30 min其高度逐渐趋于稳定，30 min后基本不变。这表明沉淀池排泥水的沉降性能良好，经30 min自然沉降能较好地实现泥水分离，污泥沉降比SV为16.62%。

图1 排泥水泥水分离界面高度的变化Fig.1 Change of interface height of sludge-water separation

2.2 排泥水水质

试验期间，原水、排泥混合水样和自然静沉30 min后的上清液的水质见表1。排泥水的浊度、CODMn和UV254以及锰、铝、镍、铊关键性重金属的含量都远远高于原水，和很多研究结果一致[2-4]。直接回用排泥水可能会对水处理工艺造成较大冲击，存在水质安全风险。经30 min自然沉降后，排泥水上清液的浊度远低于原水，表明自然沉降过程可以去除大量悬浮物。上清液的DOC和UV254溶解性有机物含量与原水基本相同；CODMn和铝、锰重金属含量高于原水，但相比排泥水有大幅度降低。这主要是因为沉淀池排泥水中富集了一定量的悬浮态有机物，同时在混凝沉淀过程中富集了化学药剂和铝、锰等重金属[4]。因此，排泥水上清液回用需重点关注有机物指标和关键性重金属带来的水质风险。

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

2.3 排泥水上清液回用对水质的影响

2.3.1 对浊度的影响

将排泥水上清液按0、3%、6%和10%回流比与原水混合后进行混凝、沉淀，沉后水浊度如图2所示。在不同回流比下，提高PAC投加量均有利于浊度的去除。PAC投加量为1.5和2.5 mg/L时，东江原水混凝沉淀后的沉后水浊度分别为1.18和1.06 NTU，且排泥水上清液不同比例回用基本不会对沉后水的浊度产生影响。

图2 上清液回用对浊度的影响Fig.2 Influence of supernatant reuse on turbidity

2.3.2 对有机物的影响

回用排泥水上清液时，在不同回流比下，提高 PAC投加量均有利于CODMn、DOC和UV254的去除，如图3至图5所示。PAC投加量为1.5和2.5 mg/L时，东江原水混凝、沉淀后的沉后水CODMn分别为2.80和2.22 mg/L，DOC分别为2.07和1.89 mg/L，UV254分别为0.037和0.034 cm-1。在相同的PAC投加量下，随着排泥水上清液回流比的增大，沉后水CODMn和DOC呈下降趋势。回流比为10%时，沉后水CODMn分别为2.15和1.83 mg/L，DOC分别为1.86和1.82 mg/L。排泥水上清液回用对沉后水中溶解性UV254小分子有机物基本无影响。

图3 上清液回用对CODMn的影响Fig.3 Influence of supernatant reuse on CODMn

图4 上清液回用对DOC的影响Fig.4 Influence of supernatant reuse on DOC

图5 上清液回用对UV254的影响Fig.5 Influence of supernatant reuse on UV254

试验表明，排泥水上清液回用不会造成沉后水的有机物风险，反而能提高混凝、沉淀对有机物的去除能力。这可能是由于排泥水上清液中存在较多的金属氢氧化物脱稳胶体颗粒，回用过程中能被再次利用，降低了混凝后有机物表面的Zeta电位绝对值，发挥了静电吸附与电性中和的作用，发挥了一定的强化混凝作用[5]。

2.3.3 对重金属的影响

分别按照回流比0、3%、6%和10%将排泥水上清液与原水混合后，投加1.5 mg/L PAC进行混凝沉淀试验。回用不同比例排泥水上清液后，沉后水中重金属铝、锰、镍和铊的含量均在标准范围内，如表2所示。

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

但沉后水中锰含量随着回流比的增大而升高，当回流比为10%时，沉后水中锰含量达0.080 mg/L。排泥水上清液回流比过大可能存在一定的锰超标风险[6]，这可能是由于排泥水上清液中锰含量过高(0.176 mg/L)，且上清液中的锰主要Mn2+形式存在，较难在混凝、沉淀过程被去除。虽然排泥水上清液中铝含量也较高(0.110 mg/L)，但由于铝的存在形态多样，在混凝、沉淀过程中通过水解等形成胶体态铝从而易被去除，所以铝超标风险较小。因此，在排泥水上清液回用过程中需注意控制好回流比，重点警惕锰超标风险。

3 结论

① 排泥水沉降性能良好，经过30 min自然沉降基本实现泥水分离。自然沉淀后的上清液，其浊度、CODMn、DOC和UV254以及关键性重金属含量与排泥水相比明显降低，水质得到改善。

② 不同比例排泥水上清液回用对沉后水浊度和溶解性UV254小分子有机物含量基本无影响，且有利于混凝、沉淀过程对CODMn和DOC的去除。

③ 将排泥水上清液以不高于10%的回流比回用，沉后水中锰、铝、镍、铊的含量均在标准范围内，但需警惕排泥水上清液大回流比回用时的锰超标风险。