王蘇女，何嘉莉，張曉娜

(東莞市東江水務(wù)有限公司，廣東東莞523112)

自來(lái)水廠的生產(chǎn)廢水主要包括排泥水和濾池反沖洗水，約占水廠產(chǎn)水量的3%～10%，其中排泥水約占總生產(chǎn)廢水量的20%～50%[1]。目前我國(guó)擁有排泥水處理與回收再利用設(shè)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(jīng)處理直接排放，造成較嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題。排泥水富集了較多懸浮物、有機(jī)污染物、微生物和重金屬，直接回用存在更高的水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)水廠生產(chǎn)造成沖擊[2]。為保障排泥水回用水的水質(zhì)安全性，日本、歐美等國(guó)家和地區(qū)在排泥水回用前采取預(yù)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(duì)象，通過(guò)開(kāi)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(yàn)，探究排泥水性質(zhì)和排泥水上清液回用對(duì)水質(zhì)的影響，以期為水廠排泥水安全回用提供參考。

1 試驗(yàn)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(qū)某個(gè)采用常規(guī)制水工藝的水廠。在水廠沉淀池排泥期間，用污泥潛水泵進(jìn)行抽樣，將排泥水水樣混合均勻后進(jìn)行自然靜沉實(shí)驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)期間的東江原水、排泥水和靜沉實(shí)驗(yàn)收集的排泥水上清液進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)。

1.2 回用混凝沉淀試驗(yàn)

取排泥水上清液，分別按0、3%、6%和10%的回流比例與當(dāng)日原水混合后進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)。采用ZR4-6型六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)，混凝劑聚氯化鋁的投加量分別為1.5和2.5 mg/L(以Al2O3計(jì))。混凝沉淀程序?yàn)椋?00 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(cè)分析。

1.3 檢測(cè)方法

濁度：采用HACH 2100N濁度儀測(cè)定；DOC：水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后采用Shimadzu TOC-V CPH總有機(jī)碳分析儀檢測(cè)；CODMn：采用酸性高錳酸鉀滴定法測(cè)定；UV254：水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后，采用CARY50型分光光度計(jì)測(cè)定；關(guān)鍵性重金屬：采用Thermo Scientific Xseries Ⅱ ICP-MS測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 排泥水沉淀性能

試驗(yàn)裝置采用直徑為60 mm、高度為400 mm的有機(jī)玻璃沉降柱，柱體上標(biāo)有刻度，共設(shè)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(wěn)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(jīng)30 min自然沉降能較好地實(shí)現(xiàn)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(zhì)

試驗(yàn)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(zhì)見(jiàn)表1。排泥水的濁度、CODMn和UV254以及錳、鋁、鎳、鉈關(guān)鍵性重金屬的含量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原水，和很多研究結(jié)果一致[2-4]。直接回用排泥水可能會(huì)對(duì)水處理工藝造成較大沖擊，存在水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)30 min自然沉降后，排泥水上清液的濁度遠(yuǎn)低于原水，表明自然沉降過(guò)程可以去除大量懸浮物。上清液的DOC和UV254溶解性有機(jī)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?yàn)槌恋沓嘏拍嗨懈患艘欢康膽腋B(tài)有機(jī)物，同時(shí)在混凝沉淀過(guò)程中富集了化學(xué)藥劑和鋁、錳等重金屬[4]。因此，排泥水上清液回用需重點(diǎn)關(guān)注有機(jī)物指標(biāo)和關(guān)鍵性重金屬帶來(lái)的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

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

2.3 排泥水上清液回用對(duì)水質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)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(jìn)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(shí)，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(huì)對(duì)沉后水的濁度產(chǎn)生影響。

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

2.3.2 對(duì)有機(jī)物的影響

回用排泥水上清液時(shí)，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(shí)，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(shì)。回流比為10%時(shí)，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(duì)沉后水中溶解性UV254小分子有機(jī)物基本無(wú)影響。

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

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

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

試驗(yàn)表明，排泥水上清液回用不會(huì)造成沉后水的有機(jī)物風(fēng)險(xiǎn)，反而能提高混凝、沉淀對(duì)有機(jī)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(wěn)膠體顆粒，回用過(guò)程中能被再次利用，降低了混凝后有機(jī)物表面的Zeta電位絕對(duì)值，發(fā)揮了靜電吸附與電性中和的作用，發(fā)揮了一定的強(qiáng)化混凝作用[5]。

2.3.3 對(duì)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(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)。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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，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(dāng)回流比為10%時(shí)，沉后水中錳含量達(dá)0.080 mg/L。排泥水上清液回流比過(guò)大可能存在一定的錳超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)[6]，這可能是由于排泥水上清液中錳含量過(guò)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(guò)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(tài)多樣，在混凝、沉淀過(guò)程中通過(guò)水解等形成膠體態(tài)鋁從而易被去除，所以鋁超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較小。因此，在排泥水上清液回用過(guò)程中需注意控制好回流比，重點(diǎn)警惕錳超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

① 排泥水沉降性能良好，經(jīng)過(guò)30 min自然沉降基本實(shí)現(xiàn)泥水分離。自然沉淀后的上清液，其濁度、CODMn、DOC和UV254以及關(guān)鍵性重金屬含量與排泥水相比明顯降低，水質(zhì)得到改善。

② 不同比例排泥水上清液回用對(duì)沉后水濁度和溶解性UV254小分子有機(jī)物含量基本無(wú)影響，且有利于混凝、沉淀過(guò)程對(duì)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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但需警惕排泥水上清液大回流比回用時(shí)的錳超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。