污泥回流强化混凝工艺探讨

摘要：随着人类生活质量的提高，饮用水水质问题受到高度的关注。污泥回流是在此基础上发展起来的强化混凝技术。首先，本文从单独污泥回流、投加混凝剂和与其他工艺联合的污泥回流三方面介绍对污染物的强化去除；其次，阐述了污泥回流的絮体特性及对污染物的去除机理；最后，评估了污泥回流的安全性风险并提出了相应的解决方法，展望了污泥回流技术的发展方向。

关键词：单独污泥回流；投加混凝剂的污泥回流；污泥回流和与其他工艺联合；强化混凝：

1、前言

随着人类社会的日益发展，每天有大量的生活污水和工业废水产生，部分污废水排入河流，导致我国河流水环境的污染严重。有研究表明水资源问题成为我国21世纪国民经济发展中第二大困扰难题 [1]。因此，强化去除水体中的污染物已刻不容缓。强化混凝技术是指通过在水源水中投加过量的混凝剂并控制PH范围，从而使常规工艺的污染物去除率提高。

污泥回流就是将经混凝沉淀后的絮体回流到混合或絮凝阶段，提高原水中颗粒杂质浓度，增大絮体颗粒的有效碰撞几率，为絮凝反应提供大量的絮凝核心，减少絮体形成时间，改善絮凝效果，从而达到强化混凝的目的。回流污泥中含有大量的不溶性金属氢氧化物[2]，可以充当部分混凝剂，充分发挥金属盐混凝能力，减少混凝剂用量，减少污泥产量，大大降低污泥处置费用。有研究表明污泥回流是可行的并且有很好的成本效益[3-5]。另外，还能使用回流污泥强化生活污水一级处理，可以减少二沉池的浮渣和污泥膨胀问题，增加污泥消化过程的产气量，提高污泥脱水性能[6-7]。

2、污泥回流的处理效果

污泥有多种回流方式：单独污泥回流、加混凝剂的污泥回流、粉末活性炭（PAC）+污泥回流、混凝剂+PAC+污泥回流、污泥回流和与其他工艺联合等。

2.1 单独污泥回流

单独污泥回流：一是污泥直接回流；二是污泥经处理后回流。污泥经处理后回流是指将沉淀池污泥经过酸化、碱化和置换等方法来重复利用污泥中的铁盐或铝盐。

ChuW[8]采用直接污泥回流来处理含铅废水，研究表明网捕卷扫机理对重金属的去除起重大作用。Xiao-Hong Guan等[9]采用污泥回流强化污水初级处理，当污泥回流量为18–20 mg Al/L时，对SS和COD去除率分别提高了20%和15%。G.R.Xu等[10]采用污泥回流强化污水一级处理，研究表明将混凝污泥酸化后回流对浊度、UV254和COD的去除率分别为96%、46%和53%。

单独污泥回流能最大程度的节约药剂投量，减少污泥产量，降低处理成本。由于沉淀池污泥吸附包裹了大量的污染物，经破碎后大量的污染物释放到水中，当污染物的释放量超过回流污泥对污染物的去除量时，效果反而会变差。WEI CHU[11]采用污泥回流处理印染废水，表明污染物水溶性较强时，回流污泥会导致原水的二次污染。对于污泥回流的污染物反馈现象，可以通过在回流过程中投加少量的混凝剂来解决。

2.2 混凝剂+污泥回流

在污泥回流过程中投加混凝剂能控制回流污泥的污染物反馈现象，使得污泥回流技术的应用范围更广。刘继平利用污泥回流法处理低温低浊水，研究表明低温低浊水难处理是因为浊度低，污泥回流提高了原水浊度，提高了沉淀效果。

微污染水因含有较高的有机物，在水处理过程中具有处理难度大、药剂消耗量大、污泥含量高、出水安全性差等缺点。大量的研究表明混凝剂+污泥回流对有机物有强化去除效果：Shaojiejiang等[12]采用污泥回流工艺去除长江低温低浊水，在污泥回流量为8%，PAC投量为3-6mg/L时，CODMn的去除率为32.5%-38.6%；饶明等[13]的研究表明，污泥回流对CODMn去除率提高了3%。

可见，混凝剂+污泥回流工艺对低温低浊水强化效果较好，对有机物虽然有强化去除效果，但对有机物总去除率依然较低。

2.3 污泥回流与粉末活性炭的组合工艺对污染物的去除

污泥回流与PAC的组合工艺有两种方法：一、混合污泥回流（PAC+污泥回流）；二、高锰酸钾预氧化与混合污泥回流（PAC+污泥回流）组合工艺。

在常规混凝工艺中PAC的有效停留时间只有10～20min[13]。粉末碳与污泥回流混凝工艺不但延长了PAC在水中的停留时间，还提高了污泥和PAC的利用率，可以进一步强化去除水中污染物。李晓等[14]采用PAC与聚合氯化铝污泥回流工艺去除微污染东江原水，在混合污泥回流比为7%～8%时，对氨氮、UV254的最高去除率比常规工艺高56.6%和20%。周志伟等[20]采用混合污泥回流强化混凝低温地浊水，表明混合污泥回流对污染物的强化去除效果是由于回流污泥中剩余金属氢氧化物沉淀的吸附和卷扫作用与PAC最大限度吸附作用的协同效果。

氧化剂预氧化与混合污泥回流组合工艺可以充分利用氧化剂的氧化、助凝、吸附等能力和活性炭的吸附能力。饶明等[15]采用预氧化联合污泥回流处理低浊微污染水，发现组合工艺对CODMn的去除比常规工艺提高了5%。

因此，污泥回流与PAC组合工艺充分利用了污泥中金属氢氧化物沉淀和粉末活性炭的吸附作用，能显著提高氨氮和有机物的去除效果。

3、污泥回流絮体特性及对污染物的去除机理

表征絮凝体特性的参数有：絮凝体的密度、强度、孔隙度、沉降性和粒径分布等。污泥回流增加了絮凝反应的颗粒浓度，提高了絮体有效碰撞几率，形成的絮体强度大、颗粒大、密实性高、沉降性能好且絮体表面更光滑。张焱等[16]通过污泥回流实验观察发现泥渣回流形成的矾花颗粒硕大，结构紧密。

污泥回流后絮体再絮凝性能受多种因素的影响：混凝剂种类及投量，阳离子助凝剂的投加，PH，水温、快速搅拌速度及时间等。其中主要的影响因素是混凝剂种类及投量、PH和快速搅拌速度。Weiying Xu等[17]研究表明Al13的聚合物形成的絮体强度较PAC弱，而Al13的聚合物比PAC更好的恢复性；在酸性条件下形成的絮体比在碱性条件下形成的絮体强度更大。快速搅拌速度在较大范围内时，回流污泥破碎后的粒径越小，释放的污泥颗粒越多，污泥颗粒的比表面积越大，生成的絮凝核心越多，形成的絮体越多，吸附去除污染物的能力越强，且大量絮体沉淀能够产生网捕卷扫现象。

综上所述，污泥回流增强了了絮体强度、密实度，增加了絮凝核心，依靠物理吸附和网捕卷扫机理去除水中的污染物质。

4、污泥回流的安全风险

金属盐污泥中吸附和网捕卷扫了大量的污染物质，在污泥回流过程伴随着污染物的释放，会造成水体的再度污染现象，特别是在饮用水处理产生的污泥中可能会含有病菌，像隐孢子虫、甲第虫等，存在一定的生物安全性的风险。Chu的研究发现当污泥回流浓度超过一定的范围时截留在污泥中的污染物质释放的现象[8]，但是只要加入少量的混凝剂就可以克服这种现象。美国自1984年以来爆发的12次与饮用水有关的隐孢子虫病，其中3次就与滤池反冲洗水回用有关[18]。针对污泥回流对饮用水处理过程的生物安全性隐患，吴灿东[19]通过微生物安全性及致畸致突变性的试验研究，表明强化混凝和优化过滤，生产废水直接回用不会造成贾第鞭毛虫和隐孢子虫等原生动物的累积。虽然回流污泥中的污染物质会范扩散进入水体，但是污泥中含有的大量不溶性金属氢氧化物对污染物的去除量大大超过其释放量，能强化去除水中的污染物，不会造成水质安全性风险。

5、总结和展望

污泥回流就是将经混凝沉淀后的污泥回流到混合或絮凝阶段，提高原水中颗粒杂质浓度，增加更多的凝聚吸附位点，增大絮体颗粒的有效碰撞几率，从而达到强化混凝的目的。污泥回流能与我国现行的常规工艺相结合，适用于现有水厂的改造，不增加基建费用和运行费用，便于在我国现有中小型水厂的技术改造推广应用。将污泥回流应用于实际污水一级处理系统，可以减少二沉池的浮渣和污泥膨胀问题，增加污泥消化过程的产气量，提高污泥脱水性能，具有很好的经济、环境效益。综合目前的研究成果，今后污泥回流的研究和发展应用将集中于以下方面：

（1）未来污泥回流工艺研究的方向是研究污泥回流工艺的絮凝体的密度、强度、孔隙度、沉降性和粒径分布等絮体特性和通过研究污泥回流工艺絮体的电镜扫描照片来观察絮体表面的不规则度。

（2）污泥回流虽然可以节约混凝剂的投量，减少了污泥产量，但也增加了提升设备等装置，是否经济，应视实际水厂运行情况来定。