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自来水厂污泥:是废物还是有用的资源?

北极星水处理网  来源:中国给水排水  作者:赵亚乾  2019/10/11 11:01:06  我要投稿  

北极星水处理网讯:2019年9月19日-20日在内蒙古呼和浩特市举办了“2019年污泥处理与资源利用国际高峰论坛暨国际标准化组织(ISO)污泥处理和利用标准工作组会议”,会议邀请西安理工大学的赵亚乾教授发表演讲,题目:自来水厂污泥:是废物还是有用的资源(WaterworksSludge:WasteorUsefulResource),以下为演讲实录,并已经过作者整理确认。

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赵亚乾,西安理工大学/爱尔兰都柏林大学教授,国际水协会会士(FIWA),陕西省”百人计划”特聘教授,甘肃省“飞天学者”讲座教授,WaterScience&Technology副主编。

赵亚乾:早上好,非常高兴来到内蒙古,我是第一次来到内蒙古呼和浩特。这一次污泥会议主要讲污水厂污泥,我可能是唯一一个讲自来水厂污泥处理和回用问题的。我今年1月1号正式加盟西安理工大学,曾经在英国留学,爱尔兰都柏林大学工作共22年。我是陕西人,没有在陕西的土地上工作过,我想把我最后的学术生涯贡献给陕西。这是我在爱尔兰都柏林大学最后一张照片。

我在国外这么多年,实际上做了两件事情。就是自来水厂污泥处理与回用和人工湿地污水处理。我在苏格兰留学时就是研究自来水厂污泥脱水,如何将自来水厂污泥进行调节,利于脱水,最终形成含水率更低的泥饼,以便于最终处置和回用。今天借这个机会我跟大家分享一下我及我的团队在自来水厂污泥处理和回用方面的工作,有哪些回用途径,我们探索了哪些途径可以回用。首先介绍自来水厂污泥是什么。自来水厂污泥是在水处理的混凝沉淀过程中必然产生的副产品。其处理包括污泥调节和脱水,最大限度降低污泥体积,再考虑利用。

自来水厂的污泥,每天都在产生,因为我们每天都需要自来水。污泥经脱水以后变成泥饼。我们调查下来世界上92%自来水厂的混凝剂投加都是铝盐,所形成的污泥我们叫铝污泥(Alumsludge)。铝污泥经浓缩,化学调节后机械脱水。这么多年我在苏格兰和爱尔兰见到的都是板框压滤,没有别的。我们国家还有离心脱水。板框压滤脱水出来的泥饼含水率一般在78%~82%,就是跟巧克力一样的黑色泥饼(爱尔兰是泥炭地)。目前来讲全世界范围内,污泥/泥饼回用率不大,大部分都在填埋。这是典型例子。

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但是,我们知道我们加了铝盐作为混凝剂,监测泥饼成分,里面24%~46%都是铝成分(以Al2O3计)。所以我们正是看中这个特点。铝污泥里面的铝成分和污水里面磷有很好吸附耦合性能。污水厂要除氮脱磷,都是在工艺里加铝盐,花费很大,而铝污泥中铝的成分却在浪费/填埋。基于此,铝污泥应该是一种很好的资源,而不是”Waste”, 我们因此探索了铝污泥不同的回用途径。

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回用方略有哪些?当然可以以液体形式和以脱水后的泥饼形式回用。我们实验室都做过,发表了大量文章,大家可以搜索到。第一个回用方略可以是液体回用。就是将自来水厂污泥和污水厂污泥混合一起进行调节和脱水。污水厂污泥经厌氧消化后把自来水厂液体铝污泥引入,混合在一起进行污泥调节和脱水。

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这样做有哪些好处?自来水厂铝污泥相当于一个调节剂,而且里面的铝离子对厌氧消化污泥里面释放出来的磷有很好的吸附作用,使污泥脱水液中的磷浓度大大降低。实验证明污水污泥与铝污泥的混合比为2:1和1:1较简单,经济。

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这个方略很好,但是实现起来很难。为什么?因为自来水厂和污水处理厂相距甚远,现实中往往两个不是建在一起,而且很远。两种污泥混合一起处理运输费用,管道等也是一个问题,但是技术来讲是可以的。我们在法国发现一个自来水厂和污水处理厂只有三公里,极力说服他们用这个方略,小型实验已经做完。

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第二个方略是强化铝污泥脱水,使其体积大大减小,为回用创造条件,最大限度减少体积再回用。苏格兰,爱尔兰的板框压滤(当然经高分子有机Polymer调节后)脱出来的铝污泥泥饼含水率大概80%左右,可以用麻袋装。但不可能达到60%。我们国内报导板框压滤脱出来泥饼含水率为60%,我真想亲眼看一下怎么脱出来的。含水率60%的泥饼绝对可以扔出去砸碎玻璃的,很干。

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实验证明,污泥脱水机械压缩形成泥饼,加大压力和增加脱水时间,最终泥饼含水率差不多,6小时,8小时,10小时,最终泥饼几乎一样。是里面有一些水出不来,再加压,加时间也出不来。怎么办?能不能加一种东西,起名字骨架(skeleton builder),骷髅的意思。加一种东西让它微观上支撑,微观上产生微孔道使一些水可以出来。我们最后寻找到石膏(gypsum (CaSO4∙2H2O)),石膏是一种土壤改良剂。我们把它加进去,混合,再加一点Polymer形成污泥矾花(Floc)颗粒进行机械脱水。试验证明加石膏有这个作用,有我们设想的从微观上来说起微观骨架的作用,再加压时有更多的水脱出,得到更干的泥饼。

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我们一直跟爱尔兰自来水厂宣讲,铝污泥可以脱得更干更好,他们采用了我们建议,改进了工艺,增加了投资,在改进后的机械脱水后面加一道,把脱水后泥饼放进去,一边抖动一边底下加热烤,出来以后最终成铝污泥固体颗粒。

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铝污泥泥饼回用的另一个方略就是用于污水厂污泥处理工艺中上清液,污泥脱水液(Reject water)的处理。我们说生物除磷,这个磷伴随生物生长,转移到污泥中去,污泥再经厌氧消化分解使磷又释放到上清液和污泥脱水液里。所以磷在打转转,回流,循环。我们把铝污泥泥饼拿来,能不能把它作为一个吸附剂搞一个吸附柱,把这个回流污泥水进行吸附。把磷吸附固定在铝污泥里面。我们选择了都柏林的一个新建城市污水处理厂,现场实验效果非常好,当然有吸附饱和和铝污泥吸附柱更换问题。

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我们研发了一种铝污泥泥饼作为人工湿地填料的多级式人工湿地污水处理系统。这是我们最大的一个成果。铝污泥人工湿地是从我们这里起源的,应用名词也是从我们这里出来的。人工湿地填料目前有土壤,砂子,小石子(Gravel)。各种小石子应用越来越多,成为人工湿地主要填料。人工湿地的研发,要在填料上做文章而不是在植物上化力气。很多人都在寻求和研发人工湿地的新填料,我们用了脱水铝污泥泥饼。有吸附功能,就把它当成土壤。我们建立的第一个铝污泥填料人工湿地是2006年在爱尔兰都柏林大学。现在13年过去,铝污泥填料型多级式人工湿地已形成体系,方方面面都进行了深入研究。有意识把活性污泥法研究的AO工艺,AAO工艺,内循环外循环等等手法用在多级式人工湿地系统中,开发了多种针对中高浓度的污水处理系统。还有爆气人工湿地的迭加使之完全可以达到除氮脱磷的效果。

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近年来,在此基础上研究开发把微生物燃料电池嵌入人工湿地中,从而形成微生物燃料电池型人工湿地(CW-MFC),使其在污水处理的同时,可以产电。同时我们在与江苏河马井公司开发模块化人工湿地,打破人工湿地建造大兴土木的格局,打造人工湿地产品化,集约化的新格局。

第五个是利用污水处理厂尾气进行曝气人工湿地研究。污水处理厂产生臭气,把这些臭气进行收集,收集后用作铝污泥型人工湿地的曝气气源。我们研究很多,把收集的污水处理厂臭气从底部通入铝污泥型人工湿地系统,铝污泥可以吸附臭气中的硫化氢,同时给湿地做一点鼓气作用,促进湿地效果,同时除臭,一举两得。

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最后是用铝污泥制砖,这个不新颖,早就有了,但在爱尔兰没有人做过,我们做了,是完全可行的。

总结我的演讲,铝污泥不是废物,是资源,有各种利用途径,途径还可以继续扩展,研发更加广阔的应用领域。

原标题:自来水厂污泥:是废物还是有用的资源

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