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際高峰論壇暨國際標準化組織（ISO）污泥處理和利用標準工作組會議”，會議邀請西安理工大學的趙亞乾教授發(fā)表演講，題目：自來水廠污泥：是廢物還是有用的資源（WaterworksSludge:WasteorUsefulResource），以下為演講實錄，并已經(jīng)過作者整理確認。
趙亞乾，西安理工大學/愛爾蘭都柏林大學教授,國際水協(xié)會會士(FIWA),陜西省”百人計劃”特聘教授,甘肅省“飛天學者”講座教授,WaterScience&Technology副主編。
趙亞乾：早上好，非常高興來到內(nèi)蒙古，我是第一次來到內(nèi)蒙古呼和浩特。這一次污泥會議主要講污水廠污泥，我可能是唯一一個講自來水廠污泥處理和回用問題的。我今年1月1號正式加盟西安理工大學，曾經(jīng)在英國留學，愛爾蘭都柏林大學工作共22年。我是陜西人，沒有在陜西的土地上工作過，我想把我最后的學術生涯貢獻給陜西。這是我在愛爾蘭都柏林大學最后一張照片。
我在國外這么多年，實際上做了兩件事情。就是自來水廠污泥處理與回用和人工濕地污水處理。我在蘇格蘭留學時就是研究自來水廠污泥脫水，如何將自來水廠污泥進行調(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。今天借這個機會我跟大家分享一下我及我的團隊在自來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。首先介紹自來水廠污泥是什么。自來水廠污泥是在水處理的混凝沉淀過程中必然產(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。
自來水廠的污泥，每天都在產(chǎn)生，因為我們每天都需要自來水。污泥經(jīng)脫水以后變成泥餅。我們調(diào)查下來世界上92%自來水廠的混凝劑投加都是鋁鹽，所形成的污泥我們叫鋁污泥(Alumsludge)。鋁污泥經(jīng)濃縮，化學調(diào)節(jié)后機械脫水。這么多年我在蘇格蘭和愛爾蘭見到的都是板框壓濾，沒有別的。我們國家還有離心脫水。板框壓濾脫水出來的泥餅含水率一般在78%～82%，就是跟巧克力一樣的黑色泥餅（愛爾蘭是泥炭地）。目前來講全世界范圍內(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)測泥餅成分，里面24%～46%都是鋁成分（以Al2O3計）。所以我們正是看中這個特點。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，都是在工藝里加鋁鹽，花費很大，而鋁污泥中鋁的成分卻在浪費/填埋。基于此，鋁污泥應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？當然可以以液體形式和以脫水后的泥餅形式回用。我們實驗室都做過，發(fā)表了大量文章，大家可以搜索到。第一個回用方略可以是液體回用。就是將自來水廠污泥和污水廠污泥混合一起進行調(diào)節(jié)和脫水。污水廠污泥經(jīng)厭氧消化后把自來水廠液體鋁污泥引入，混合在一起進行污泥調(diào)節(jié)和脫水。
這樣做有哪些好處？自來水廠鋁污泥相當于一個調(diào)節(jié)劑，而且里面的鋁離子對厭氧消化污泥里面釋放出來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。實驗證明污水污泥與鋁污泥的混合比為2:1和1:1較簡單，經(jīng)濟。
這個方略很好，但是實現(xiàn)起來很難。為什么？因為自來水廠和污水處理廠相距甚遠，現(xiàn)實中往往兩個不是建在一起，而且很遠。兩種污泥混合一起處理運輸費用，管道等也是一個問題，但是技術來講是可以的。我們在法國發(fā)現(xiàn)一個自來水廠和污水處理廠只有三公里，極力說服他們用這個方略，小型實驗已經(jīng)做完。
第二個方略是強化鋁污泥脫水，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，愛爾蘭的板框壓濾（當然經(jīng)高分子有機Polymer調(diào)節(jié)后）脫出來的鋁污泥泥餅含水率大概80%左右，可以用麻袋裝。但不可能達到60%。我們國內(nèi)報導板框壓濾脫出來泥餅含水率為60%，我真想親眼看一下怎么脫出來的。含水率60%的泥餅絕對可以扔出去砸碎玻璃的，很干。
實驗證明，污泥脫水機械壓縮形成泥餅，加大壓力和增加脫水時間，最終泥餅含水率差不多，6小時，8小時，10小時，最終泥餅幾乎一樣。是里面有一些水出不來，再加壓，加時間也出不來。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。我們最后尋找到石膏(gypsum (CaSO4?2H2O))，石膏是一種土壤改良劑。我們把它加進去，混合，再加一點Polymer形成污泥礬花(Floc)顆粒進行機械脫水。試驗證明加石膏有這個作用，有我們設想的從微觀上來說起微觀骨架的作用，再加壓時有更多的水脫出，得到更干的泥餅。
我們一直跟愛爾蘭自來水廠宣講，鋁污泥可以脫得更干更好，他們采用了我們建議，改進了工藝，增加了投資，在改進后的機械脫水后面加一道，把脫水后泥餅放進去，一邊抖動一邊底下加熱烤，出來以后最終成鋁污泥固體顆粒。
鋁污泥泥餅回用的另一個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。我們說生物除磷，這個磷伴隨生物生長，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)。我們把鋁污泥泥餅拿來，能不能把它作為一個吸附劑搞一個吸附柱，把這個回流污泥水進行吸附。把磷吸附固定在鋁污泥里面。我們選擇了都柏林的一個新建城市污水處理廠，現(xiàn)場實驗效果非常好，當然有吸附飽和和鋁污泥吸附柱更換問題。
我們研發(fā)了一種鋁污泥泥餅作為人工濕地填料的多級式人工濕地污水處理系統(tǒng)。這是我們最大的一個成果。鋁污泥人工濕地是從我們這里起源的，應用名詞也是從我們這里出來的。人工濕地填料目前有土壤，砂子，小石子(Gravel)。各種小石子應用越來越多，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，就把它當成土壤。我們建立的第一個鋁污泥填料人工濕地是2006年在愛爾蘭都柏林大學?，F(xiàn)在13年過去，鋁污泥填料型多級式人工濕地已形成體系，方方面面都進行了深入研究。有意識把活性污泥法研究的AO工藝，AAO工藝，內(nèi)循環(huán)外循環(huán)等等手法用在多級式人工濕地系統(tǒng)中，開發(fā)了多種針對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到除氮脫磷的效果。
近年來，在此基礎上研究開發(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，可以產(chǎn)電。同時我們在與江蘇河馬井公司開發(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。
第五個是利用污水處理廠尾氣進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，同時給濕地做一點鼓氣作用，促進濕地效果，同時除臭，一舉兩得。
最后是用鋁污泥制磚，這個不新穎，早就有了，但在愛爾蘭沒有人做過，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)擴展，研發(fā)更加廣闊的應用領域。
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