自來(lái)水廠污泥：是廢物還是有用的資源

來(lái)源：趙亞乾中國(guó)給水排水

2019年9月19日-20日在內(nèi)蒙古呼和浩特市舉辦了“2019年污泥處理與資源利用國(guó)際高峰論壇暨國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）污泥處理和利用標(biāo)準(zhǔn)工作組會(huì)議”，會(huì)議邀請(qǐng)西安理工大學(xué)的趙亞乾教授發(fā)表演講，題目：自來(lái)水廠污泥：是廢物還是有用的資源（Waterworks Sludge: Waste or Useful Resource），以下為演講實(shí)錄，并已經(jīng)過(guò)作者整理確認(rèn)。

趙亞乾，西安理工大學(xué)/愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)教授, 國(guó)際水協(xié)會(huì)會(huì)士(FIWA), 陜西省”百人計(jì)劃”特聘教授, 甘肅省“飛天學(xué)者”講座教授, Water Science & Technology 副主編。

趙亞乾：早上好，非常高興來(lái)到內(nèi)蒙古，我是第一次來(lái)到內(nèi)蒙古呼和浩特。這一次污泥會(huì)議主要講污水廠污泥，我可能是唯一一個(gè)講自來(lái)水廠污泥處理和回用問(wèn)題的。我今年1月1號(hào)正式加盟西安理工大學(xué)，曾經(jīng)在英國(guó)留學(xué)，愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)工作共22年。我是陜西人，沒(méi)有在陜西的土地上工作過(guò)，我想把我最后的學(xué)術(shù)生涯貢獻(xiàn)給陜西。這是我在愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)最后一張照片。

我在國(guó)外這么多年，實(shí)際上做了兩件事情。就是自來(lái)水廠污泥處理與回用和人工濕地污水處理。我在蘇格蘭留學(xué)時(shí)就是研究自來(lái)水廠污泥脫水，如何將自來(lái)水廠污泥進(jìn)行調(diào)節(jié)，利于脫水，最終形成含水率更低的泥餅，以便于最終處置和回用。今天借這個(gè)機(jī)會(huì)我跟大家分享一下我及我的團(tuán)隊(duì)在自來(lái)水廠污泥處理和回用方面的工作，有哪些回用途徑，我們探索了哪些途徑可以回用。首先介紹自來(lái)水廠污泥是什么。自來(lái)水廠污泥是在水處理的混凝沉淀過(guò)程中必然產(chǎn)生的副產(chǎn)品。其處理包括污泥調(diào)節(jié)和脫水，最大限度降低污泥體積，再考慮利用。

自來(lái)水廠的污泥，每天都在產(chǎn)生，因?yàn)槲覀兠刻於夹枰�自�?lái)水。污泥經(jīng)脫水以后變成泥餅。我們調(diào)查下來(lái)世界上92%自來(lái)水廠的混凝劑投加都是鋁鹽，所形成的污泥我們叫鋁污泥(Alum sludge)。鋁污泥經(jīng)濃縮，化學(xué)調(diào)節(jié)后機(jī)械脫水。這么多年我在蘇格蘭和愛(ài)爾蘭見(jiàn)到的都是板框壓濾，沒(méi)有別的。我們國(guó)家還有離心脫水。板框壓濾脫水出來(lái)的泥餅含水率一般在78%～82%，就是跟巧克力一樣的黑色泥餅（愛(ài)爾蘭是泥炭地）。目前來(lái)講全世界范圍內(nèi)，污泥/泥餅回用率不大，大部分都在填埋。這是典型例子。

但是，我們知道我們加了鋁鹽作為混凝劑，監(jiān)測(cè)泥餅成分，里面24%～46%都是鋁成分（以Al2O3計(jì)）。所以我們正是看中這個(gè)特點(diǎn)。鋁污泥里面的鋁成分和污水里面磷有很好吸附耦合性能。污水廠要除氮脫磷，都是在工藝?yán)锛愉X鹽，花費(fèi)很大，而鋁污泥中鋁的成分卻在浪費(fèi)/填埋�；�于此，鋁污泥應(yīng)該是一種很好的資源，而不是”Waste”, 我們因此探索了鋁污泥不同的回用途徑。

回用方略有哪些？當(dāng)然可以以液體形式和以脫水后的泥餅形式回用。我們實(shí)驗(yàn)室都做過(guò)，發(fā)表了大量文章，大家可以搜索到。第一個(gè)回用方略可以是液體回用。就是將自來(lái)水廠污泥和污水廠污泥混合一起進(jìn)行調(diào)節(jié)和脫水。污水廠污泥經(jīng)厭氧消化后把自來(lái)水廠液體鋁污泥引入，混合在一起進(jìn)行污泥調(diào)節(jié)和脫水。

這樣做有哪些好處？自來(lái)水廠鋁污泥相當(dāng)于一個(gè)調(diào)節(jié)劑，而且里面的鋁離子對(duì)厭氧消化污泥里面釋放出來(lái)的磷有很好的吸附作用，使污泥脫水液中的磷濃度大大降低。實(shí)驗(yàn)證明污水污泥與鋁污泥的混合比為2:1和1:1較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。

這個(gè)方略很好，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)很難。為什么？因?yàn)樽詠?lái)水廠和污水處理廠相距甚遠(yuǎn)，現(xiàn)實(shí)中往往兩個(gè)不是建在一起，而且很遠(yuǎn)。兩種污泥混合一起處理運(yùn)輸費(fèi)用，管道等也是一個(gè)問(wèn)題，但是技術(shù)來(lái)講是可以的。我們?cè)诜▏?guó)發(fā)現(xiàn)一個(gè)自來(lái)水廠和污水處理廠只有三公里，極力說(shuō)服他們用這個(gè)方略，小型實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做完。

第二個(gè)方略是強(qiáng)化鋁污泥脫水，使其體積大大減小，為回用創(chuàng)造條件，最大限度減少體積再回用。蘇格蘭，愛(ài)爾蘭的板框壓濾（當(dāng)然經(jīng)高分子有機(jī)Polymer調(diào)節(jié)后）脫出來(lái)的鋁污泥泥餅含水率大概80%左右，可以用麻袋裝。但不可能達(dá)到60%。我們國(guó)內(nèi)報(bào)導(dǎo)板框壓濾脫出來(lái)泥餅含水率為60%，我真想親眼看一下怎么脫出來(lái)的。含水率60%的泥餅絕對(duì)可以扔出去砸碎玻璃的，很干。

實(shí)驗(yàn)證明，污泥脫水機(jī)械壓縮形成泥餅，加大壓力和增加脫水時(shí)間，最終泥餅含水率差不多，6小時(shí)，8小時(shí)，10小時(shí)，最終泥餅幾乎一樣。是里面有一些水出不來(lái)，再加壓，加時(shí)間也出不來(lái)。怎么辦？能不能加一種東西，起名字骨架（skeleton builder），骷髏的意思。加一種東西讓它微觀上支撐，微觀上產(chǎn)生微孔道使一些水可以出來(lái)。我們最后尋找到石膏(gypsum (CaSO4∙2H2O))，石膏是一種土壤改良劑。我們把它加進(jìn)去，混合，再加一點(diǎn)Polymer形成污泥礬花(Floc)顆粒進(jìn)行機(jī)械脫水。試驗(yàn)證明加石膏有這個(gè)作用，有我們?cè)O(shè)想的從微觀上來(lái)說(shuō)起微觀骨架的作用，再加壓時(shí)有更多的水脫出，得到更干的泥餅。

我們一直跟愛(ài)爾蘭自來(lái)水廠宣講，鋁污泥可以脫得更干更好，他們采用了我們建議，改進(jìn)了工藝，增加了投資，在改進(jìn)后的機(jī)械脫水后面加一道，把脫水后泥餅放進(jìn)去，一邊抖動(dòng)一邊底下加熱烤，出來(lái)以后最終成鋁污泥固體顆粒。

鋁污泥泥餅回用的另一個(gè)方略就是用于污水廠污泥處理工藝中上清液，污泥脫水液(Reject water)的處理。我們說(shuō)生物除磷，這個(gè)磷伴隨生物生長(zhǎng)，轉(zhuǎn)移到污泥中去，污泥再經(jīng)厭氧消化分解使磷又釋放到上清液和污泥脫水液里。所以磷在打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，回流，循環(huán)。我們把鋁污泥泥餅?zāi)脕?lái)，能不能把它作為一個(gè)吸附劑搞一個(gè)吸附柱，把這個(gè)回流污泥水進(jìn)行吸附。把磷吸附固定在鋁污泥里面。我們選擇了都柏林的一個(gè)新建城市污水處理廠， 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)效果非常好，當(dāng)然有吸附飽和和鋁污泥吸附柱更換問(wèn)題。

我們研發(fā)了一種鋁污泥泥餅作為人工濕地填料的多級(jí)式人工濕地污水處理系統(tǒng)。這是我們最大的一個(gè)成果。鋁污泥人工濕地是從我們這里起源的，應(yīng)用名詞也是從我們這里出來(lái)的。人工濕地填料目前有土壤，砂子，小石子(Gravel)。各種小石子應(yīng)用越來(lái)越多，成為人工濕地主要填料。人工濕地的研發(fā)，要在填料上做文章而不是在植物上化力氣。很多人都在尋求和研發(fā)人工濕地的新填料， 我們用了脫水鋁污泥泥餅。有吸附功能，就把它當(dāng)成土壤。我們建立的第一個(gè)鋁污泥填料人工濕地是2006年在愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)�，F(xiàn)在13年過(guò)去，鋁污泥填料型多級(jí)式人工濕地已形成體系，方方面面都進(jìn)行了深入研究。有意識(shí)把活性污泥法研究的AO工藝，AAO工藝，內(nèi)循環(huán)外循環(huán)等等手法用在多級(jí)式人工濕地系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)了多種針對(duì)中高濃度的污水處理系統(tǒng)。還有爆氣人工濕地的迭加使之完全可以達(dá)到除氮脫磷的效果。

近年來(lái)，在此基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)把微生物燃料電池嵌入人工濕地中，從而形成微生物燃料電池型人工濕地(CW-MFC)，使其在污水處理的同時(shí)，可以產(chǎn)電。同時(shí)我們?cè)谂c江蘇河馬井公司開(kāi)發(fā)模塊化人工濕地，打破人工濕地建造大興土木的格局，打造人工濕地產(chǎn)品化，集約化的新格局。

第五個(gè)是利用污水處理廠尾氣進(jìn)行曝氣人工濕地研究。污水處理廠產(chǎn)生臭氣，把這些臭氣進(jìn)行收集，收集后用作鋁污泥型人工濕地的曝氣氣源。我們研究很多，把收集的污水處理廠臭氣從底部通入鋁污泥型人工濕地系統(tǒng)，鋁污泥可以吸附臭氣中的硫化氫，同時(shí)給濕地做一點(diǎn)鼓氣作用，促進(jìn)濕地效果，同時(shí)除臭，一舉兩得。

最后是用鋁污泥制磚，這個(gè)不新穎，早就有了，但在愛(ài)爾蘭沒(méi)有人做過(guò)，我們做了，是完全可行的。

總結(jié)我的演講，鋁污泥不是廢物，是資源，有各種利用途徑，途徑還可以繼續(xù)擴(kuò)展，研發(fā)更加廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。明年（2020年）我們?cè)诩幽么笥幸粋�(gè)第八屆WasteEng國(guó)際會(huì)議(http://www.wasteeng2020.org/)，希望大家有興趣的參加，可以進(jìn)行方方面面的交流，謝謝大家。歡迎大家到西安。

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