污泥回流強化混凝工藝探討1、前言隨著人類社會的日益發(fā)展，每天有大量的生活污水和工業(yè)廢水產(chǎn)生，部分污廢水排入河流，導(dǎo)致我國河流水環(huán)境的污染嚴重。有研究表明水資源問題成為我國21世紀國民經(jīng)濟發(fā)展中第二大困擾難題[1]。因此，強化去除水體中的污染物已刻不容緩。強化混凝技術(shù)是指通過在水源水中投加過量的混凝劑并控制PH范圍，從而使常規(guī)工藝的污染物去除率提高。污泥回流就是將經(jīng)混凝沉淀后的絮體回流到混合或絮凝階段，提高原水中顆粒雜質(zhì)濃度，增大絮體顆粒的有效碰撞幾率，為絮凝反應(yīng)提供大量的絮凝核心，減少絮體形成時間，改善絮凝效果，從而達到強化混凝的目的?；亓魑勰嘀泻写罅康牟蝗苄越饘贇溲趸颷2]，可以充當部分混凝劑，充分發(fā)揮金屬鹽混凝能力，減少混凝劑用量，減少污泥產(chǎn)量，大大降低污泥處置費用。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，還能使用回流污泥強化生活污水一級處理，可以減少二沉池的浮渣和污泥膨脹問題，增加污泥消化過程的產(chǎn)氣量，提高污泥脫水性能[6-7]。2、污泥回流的處理效果污泥有多種回流方式：單獨污泥回流、加混凝劑的污泥回流、粉末活性炭（PAC）+污泥回流、混凝劑+PAC+污泥回流、污泥回流和與其他工藝聯(lián)合等。2.1 單獨污泥回流單獨污泥回流：一是污泥直接回流；二是污泥經(jīng)處理后回流。污泥經(jīng)處理后回流是指將沉淀池污泥經(jīng)過酸化、堿化和置換等方法來重復(fù)利用污泥中的鐵鹽或鋁鹽。ChuW[8]采用直接污泥回流來處理含鉛廢水，研究表明網(wǎng)捕卷掃機理對重金屬的去除起重大作用。Xiao-HongGuan等[9]采用污泥回流強化污水初級處理，當污泥回流量為18–20mgAl/L時，對SS和COD去除率分別提高了20%和15%。G.R.Xu等[10]采用污泥回流強化污水一級處理，研究表明將混凝污泥酸化后回流對濁度、UV254和COD的去除率分別為96%、46%和53%。單獨污泥回流能最大程度的節(jié)約藥劑投量，減少污泥產(chǎn)量，降低處理成本。由于沉淀池污泥吸附包裹了大量的污染物，經(jīng)破碎后大量的污染物釋放到水中，當污染物的釋放量超過回流污泥對污染物的去除量時，效果反而會變差。WEICHU[11]采用污泥回流處理印染廢水，表明污染物水溶性較強時，回流污泥會導(dǎo)致原水的二次污染。對于污泥回流的污染物反饋現(xiàn)象，可以通過在回流過程中投加少量的混凝劑來解決。2.2 混凝劑+污泥回流在污泥回流過程中投加混凝劑能控制回流污泥的污染物反饋現(xiàn)象，使得污泥回流技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣。劉繼平利用污泥回流法處理低溫低濁水，研究表明低溫低濁水難處理是因為濁度低，污泥回流提高了原水濁度，提高了沉淀效果。微污染水因含有較高的有機物，在水處理過程中具有處理難度大、藥劑消耗量大、污泥含量高、出水安全性差等缺點。大量的研究表明混凝劑+污泥回流對有機物有強化去除效果：Shaojiejiang等[12]采用污泥回流工藝去除長江低溫低濁水，在污泥回流量為8%，PAC投量為3-6mg/L時，CODMn的去除率為32.5%-38.6%；饒明等[13]的研究表明，污泥回流對CODMn去除率提高了3%?？梢?，混凝劑+污泥回流工藝對低溫低濁水強化效果較好，對有機物雖然有強化去除效果，但對有機物總?cè)コ室廊惠^低。2.3 污泥回流與粉末活性炭的組合工藝對污染物的去除污泥回流與PAC的組合工藝有兩種方法：一、混合污泥回流（PAC+污泥回流）；二、高錳酸鉀預(yù)氧化與混合污泥回流（PAC+污泥回流）組合工藝。在常規(guī)混凝工藝中PAC的有效停留時間只有10～20min[13]。粉末碳與污泥回流混凝工藝不但延長PAC在水中的停留時間，還提高了污泥和PAC的利用率，可以進一步強化去除水中污染物。李曉等[14]采用PAC與聚合氯化鋁污泥回流工藝去除微污染東江原水，在混合污泥回流比為7%～8%時，對氨氮、UV254的最高去除率比常規(guī)工藝高56.6%和20%。周志偉等[20]采用混合污泥回流強化混凝低溫地濁水，表明混合污泥回流對污染物的強化去除效果是由于回流污泥中剩余金屬氫氧化物沉淀的吸附和卷掃作用與PAC最大限度吸附作用的協(xié)同效果。氧化劑預(yù)氧化與混合污泥回流組合工藝可以充分利用氧化劑的氧化、助凝、吸附等能力和活性炭的吸附能力。饒明等[15]采用預(yù)氧化聯(lián)合污泥回流處理低濁微污染水，發(fā)現(xiàn)組合工藝對CODMn的去除比常規(guī)工藝提高了5%。因此，污泥回流與PAC組合工藝充分利用了污泥中金屬氫氧化物沉淀和粉末活性炭的吸附作用，能顯著提高氨氮和有機物的去除效果。3、污泥回流絮體特性及對污染物的去除機理表征絮凝體特性的參數(shù)有：絮凝體的密度、強度、孔隙度、沉降性和粒徑分布等。污泥回流增加了絮凝反應(yīng)的顆粒濃度，提高了絮體有效碰撞幾率，形成的絮體強度大、顆粒大、密實性高、沉降性能好且絮體表面更光滑。張焱等[16]通過污泥回流實驗觀察發(fā)現(xiàn)泥渣回流形成的礬花顆粒碩大，結(jié)構(gòu)緊密。污泥回流后絮體再絮凝性能受多種因素的影響：混凝劑種類及投量，陽離子助凝劑的投加，PH，水溫、快速攪拌速度及時間等。其中主要的影響因素是混凝劑種類及投量、PH和快速攪拌速度。WeiyingXu等[17]研究表明Al13的聚合物形成的絮體強度較PAC弱，而Al13的聚合物比PAC更好的恢復(fù)性；在酸性條件下形成的絮體比在堿性條件下形成的絮體強度更大。快速攪拌速度在較大范圍內(nèi)時，回流污泥破碎后的粒徑越小，釋放的污泥顆粒越多，污泥顆粒的比表面積越大，生成的絮凝核心越多，形成的絮體越多，吸附去除污染物的能力越強，且大量絮體沉淀能夠產(chǎn)生網(wǎng)捕卷掃現(xiàn)象。綜上所述，污泥回流增強了了絮體強度、密實度，增加了絮凝核心，依靠物理吸附和網(wǎng)捕卷掃機理去除水中的污染物質(zhì)。4、污泥回流的安全風險金屬鹽污泥中吸附和網(wǎng)捕卷掃了大量的污染物質(zhì)，在污泥回流過程伴隨著污染物的釋放，會造成水體的再度污染現(xiàn)象，特別是在飲用水處理產(chǎn)生的污泥中可能會含有病菌，像隱孢子蟲、甲第蟲等，存在一定的生物安全性的風險。Chu的研究發(fā)現(xiàn)當污泥回流濃度超過一定的范圍時截留在污泥中的污染物質(zhì)釋放的現(xiàn)象[8]，但是只要加入少量的混凝劑就可以克服這種現(xiàn)象。美國自1984年以來爆發(fā)的12次與飲用水有關(guān)的隱孢子蟲病，其中3次就與濾池反沖洗水回用有關(guān)[18]。針對污泥回流對飲用水處理過程的生物安全性隱患，吳燦東[19]通過微生物安全性及致畸致突變性的試驗研究，表明強化混凝和優(yōu)化過濾，生產(chǎn)廢水直接回用不會造成賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲等原生動物的累積。雖然回流污泥中的污染物質(zhì)會范擴散進入水體，但是污泥中含有的大量不溶性金屬氫氧化物對污染物的去除量大大超過其釋放量，能強化去除水中的污染物，不會造成水質(zhì)安全性風險。5、總結(jié)和展望污泥回流就是將經(jīng)混凝沉淀后的污泥回流到混合或絮凝階段，提高原水中顆粒雜質(zhì)濃度，增加更多的凝聚吸附位點，增大絮體顆粒的有效碰撞幾率，從而達到強化混凝的目的。污泥回流能與我國現(xiàn)行的常規(guī)工藝相結(jié)合，適用于現(xiàn)有水廠的改造，不增加基建費用和運行費用，便于在我國現(xiàn)有中小型水廠的技術(shù)改造推廣應(yīng)用。將污泥回流應(yīng)用于實際污水一級處理系統(tǒng)，可以減少二沉池的浮渣和污泥膨脹問題，增加污泥消化過程的產(chǎn)氣量，提高污泥脫水性能，具有很好的經(jīng)濟、環(huán)境效益。綜合目前的研究成果，今后污泥回流的研