郭麗君，李松棟，李 超

(1.太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西太原 030008；2.山西省生態(tài)環(huán)境研究中心， 山西 太原 030009)

絮凝劑對(duì)市政污泥脫水性能的影響研究

郭麗君1，李松棟1，李 超2

(1.太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西太原 030008；2.山西省生態(tài)環(huán)境研究中心， 山西 太原 030009)

現(xiàn)在大多數(shù)城市污水處理廠一般是采用濃度極低的聚丙烯酰胺和濃度比較高的聚合氯化鋁來脫水。這樣做不一定是最佳用量，也不一定是最佳脫水性能。本研究針對(duì)城市污水處理廠的原始污泥進(jìn)行研究，測(cè)定了基本性質(zhì)，選用污泥比阻來表征污泥脫水性能，選用多種單一絮凝劑及復(fù)合絮凝劑對(duì)原始污泥進(jìn)行脫水研究，最終確定絮凝劑種類及其最佳投加量。

污泥脫水；污泥比阻；聚丙烯酰胺；聚合氯化鋁

污泥又名污水污泥，是指從污水處理廠排放的在凈化污水時(shí)的副產(chǎn)物，是由有機(jī)殘片、無機(jī)顆粒、細(xì)菌菌體、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體[1]，市政污水處理廠處理生活污水產(chǎn)生的污泥，是污泥中數(shù)量最大的一類[2]。

研究表明向污泥里加入絮凝劑會(huì)使其脫水效果更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)論及各種規(guī)律，如PAM、氯化鋁、三氯化鐵等絮凝劑主要通過壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理作用，使水中細(xì)微懸浮粒子和膠體離子脫穩(wěn)，聚集、絮凝、混凝、沉淀，達(dá)到凈化處理效果。但是污泥會(huì)因地域、溫度、前處理方式等因素的不同而不同[3-11]。所以，不同的污泥需要區(qū)別研究。

本研究以太原市第二污水廠的剩余污泥作為研究對(duì)象，通過改變絮凝劑的種類、投加量等影響因素來找出最佳的絮凝劑配比量和影響因素的最佳值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9055A；酸度計(jì)，TU-1901；箱形高溫爐，XL-1；氣流烘干器，星火；離心機(jī)，HC-3018。

1.2 污泥的基本性質(zhì)

對(duì)取自太原市某污水廠的剩余污泥進(jìn)行了研究，污泥取自二沉池，取樣后在冰柜中保存，溫度設(shè)定為4℃。檢測(cè)結(jié)果如表3所示，主要檢測(cè)項(xiàng)目有含固率、pH值、比阻值和干污泥有機(jī)質(zhì)含量。

表1 剩余污泥基本性質(zhì)

1.3 污泥脫水性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)的脫水性將污泥比阻作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，污泥比阻越大，脫水速率越慢。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：

圖1 污泥比阻實(shí)驗(yàn)裝置

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 PAM單獨(dú)作用于污泥

本實(shí)驗(yàn)依次取0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.8g的PAM分別配成100mL的溶液，取10mL溶液加到200mL污泥里。

從圖2可以看出，隨著PAM投加量的增加，污泥比阻先下降，后增加。當(dāng)PAM投加量為21.9mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻值最小，為1.3×1011cm/g。隨著PAM的繼續(xù)投加污泥比阻呈增大趨勢(shì)，這是因?yàn)樘嗟拈L分子鏈在相對(duì)狹小的空間內(nèi)相互制約，無法充分發(fā)揮架橋作用，形不成大的絮凝體，所以脫水效果會(huì)下降，表現(xiàn)為污泥比阻增大。

圖2 不同投加量的PAM對(duì)污泥比阻的影響

2.1.2 PAC單獨(dú)作用于污泥

本實(shí)驗(yàn)依次取1.6g、2.5g、3.4g、4.1g、4.3g的PAC分別配成100mL的溶液，取10mL溶液加到200mL污泥里。

圖3 不同投加量的PAC對(duì)污泥比阻的影響

從圖3可以看出，隨著PAC投加量的增加，污泥比阻先下降，后增加。當(dāng)PAC投加量為160.7mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻值最小，為4.25×1011cm/g。此時(shí)，Al3+水解后的產(chǎn)物已經(jīng)全部中和了污泥膠體顆粒表面的電荷，脫水效果達(dá)到了最好。隨著PAM的繼續(xù)投加污泥比阻呈增大趨勢(shì)，這是因?yàn)锳l3+水解后的產(chǎn)物粒徑和濾紙孔徑大小相當(dāng)，阻塞了濾液的通過，導(dǎo)致脫水速率變慢，比阻變大。但是這種變化不太明顯，所以變化趨勢(shì)較為平緩。

2.1.3 FeCl3單獨(dú)作用于污泥

本實(shí)驗(yàn)依次取4g、5g、6g、7g、8g的FeCl3分別配成100mL的溶液，取10mL溶液加到200mL污泥里。

圖4 不同投加量的FeCl3對(duì)污泥比阻的影響

從圖4可以看出，隨著FeCl3投加量的增加，污泥比阻整體最后趨于平穩(wěn)，考慮經(jīng)濟(jì)原因，選擇低投加量為宜。所以當(dāng)FeCl3投加量為263.2mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻值最小，為3.7×1011cm/g。

2.2 復(fù)合絮凝劑脫水實(shí)驗(yàn)

2.2.1 PAM和FeCl3共同作用于污泥

本實(shí)驗(yàn)依次取PAM的最佳投加量、PAM最佳投加量的75%、PAM最佳投加量的一半分別與FeCl3的最佳投加量、FeCl3最佳投加量的75%、FeCl3最佳投加量的一半組合，組成復(fù)合絮凝劑按照確定的投加方式投加到污泥里，污泥比阻分別為8.5×1011、1.6×1011、2.6×1011cm/g。

隨著PAM和FeCl3投加量的同步減少，污泥比阻先下降，后增加。當(dāng)PAM取15.8 mg/g干污泥、FeCl3取196.2 mg/g干污泥組合時(shí)，污泥比阻最小。在這個(gè)投加量附近取值，其比阻如下圖5所示：

圖5 小范圍選擇的絮凝劑投加量及對(duì)應(yīng)比阻

由圖5可知，在PAM和FeCl3組成的復(fù)合絮凝劑中，當(dāng)PAM的投加量為15.8 mg/g干污泥、FeCl3的投加量為196.2 mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻最小，比阻值為1.6×1011cm/g。PAM單獨(dú)作用于污泥時(shí)的最小比阻為1.35×1011cm/g。說明減少PAM的投加量，再加入適量的FeCl3，脫水效果降低了。這是因?yàn)镻AM對(duì)污泥膠體顆粒既能破壞電荷平衡，又有架橋卷掃顆粒作用，而FeCl3只有破壞污泥膠體電荷平衡的作用，所以，減少PAM的投加量而導(dǎo)致脫水效果降低，并不能用FeCl3彌補(bǔ)起來。

2.2.2 PAC和FeCl3共同作用于污泥

實(shí)驗(yàn)依次取PAC的最佳投加量、PAC最佳投加量的75%、PAC最佳投加量的一半分別與FeCl3的最佳投加量、FeCl3最佳投加量的75%、FeCl3最佳投加量的一半組合，污泥比阻分別為2.1×1011、1.4×1011、2.8×1011cm/g。

隨著PAC和FeCl3投加量的同步減少，污泥比阻先下降，后增加。當(dāng)PAC取119.2mg/g干污泥、FeCl3取196.1 mg/g干污泥組合時(shí)，污泥比阻最小。所以，在這個(gè)投加量附近取值，以求得最小污泥比阻。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，其比阻如下圖6所示：

圖6 小范圍選擇的絮凝劑投加量及對(duì)應(yīng)比阻

由圖6可得，在PAC和FeCl3組成的復(fù)合絮凝劑中，當(dāng)PAC的投加量為119.2mg/g干污泥、FeCl3的投加量為196.1mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻最小，PAC和FeCl3單獨(dú)作用于污泥的最小比阻分別為4.2×1011cm/g和3.7×1011cm/g，這樣看來，PAC和FeCl3組成的復(fù)合絮凝劑的脫水效果明顯要比其中任何一種絮凝劑都要強(qiáng)。

2.2.3 PAM和PAC共同作用于污泥

取PAM的最佳投加量、PAM最佳投加量的75%、PAM最佳投加量的48%分別與PAC的最佳投加量、PAC最佳投加量的75%、PAC最佳投加量的48%組合，污泥比阻分別為0.9×1011、1.1×1011、0.3×1011cm/g。

小范圍選擇投加量見表3。

表2 小范圍選擇的絮凝劑投加量及對(duì)應(yīng)比阻(cm/g)

在PAM和PAC組成的復(fù)合絮凝劑中，當(dāng)PAM的投加量為9.8mg/g干污泥、PAC的投加量為60.7mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻最小，比阻值為1.2×1010cm/g。

3 結(jié)論

本研究以太原市某污水廠的剩余污泥作為研究對(duì)象，通過改變絮凝劑的種類、投加量等影響因素來找出最佳的絮凝劑配比量和影響因素的最佳值。得出結(jié)論如下：

(1)將三種絮凝劑單獨(dú)作用于污泥時(shí)，在各絮凝劑最佳投加量情況下，PAM的脫水效果最好。三種絮凝劑中，PAM用量最少，脫水效果最好。

(2)與單一絮凝劑和復(fù)合絮凝劑相比，PAM和PAC組成的復(fù)合絮凝劑脫水效果最好。當(dāng)PAM的投加量為9.8mg/g干污泥、PAC的投加量為60.7mg/g干污泥時(shí)，污泥比阻最小，比阻值為1.2×1010cm/g。

[1] 麒 麟,李桂菊. 高分子絮凝劑復(fù)配進(jìn)行污泥脫水的研究[J].皮革化工, 2008, 24(4): 32-36.

[2] 谷金川,蔣文舉.城市污水廠污泥處理與資源化[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008: 91-92.

[3] 苗兆靜. 污泥調(diào)理中調(diào)質(zhì)條件對(duì)污泥脫水性能的影響[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)．2005．

[4] 莫衛(wèi)松,王學(xué)闖.污泥化學(xué)調(diào)理的研究進(jìn)展[J]. 廣州化工, 2008, 36(2): 66-67.

[5] Chu C P,Lee D J.Comparison of Dewaterability and flocculation structure of synthetic sludge with activated sludge[J].Environmental Technology, 2005, 26 (1): 1-10.

[6] 王彬全.化學(xué)調(diào)理下的污泥機(jī)械脫水性能及其機(jī)理研究[D].杭州: 浙江大學(xué), 2012.

[7] 邱松華.污泥化學(xué)調(diào)理中調(diào)理劑對(duì)污泥脫水性能的影響研究[D].南京: 東南大學(xué), 2012.

[8] 王 鑫. 調(diào)理劑對(duì)生活污泥脫水性能影響的研究[D].長沙: 中南大學(xué), 2012.

[9] 李海峰.污泥調(diào)理及深度脫水研究[D]. 上海: 華東理工大學(xué), 2012.

[10] 池勇志,遲季平,馬 顏,等.城鎮(zhèn)污水污泥性質(zhì)與處理處置概況[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2010, 33(S2): 169-172.

[11] 劉 歡,楊家寬,時(shí)亞飛,等.不同調(diào)理方案下污泥脫水性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性研究[J].環(huán)境科學(xué), 2011, 32(11): 3394-3399.

TheStudyofEffectofFlocculantstoMunicipalSludgeDewateringPerformance

GuoLijun1,LiSongdong1,LiChao2

(1.Chemistry and Chemical Engineering Department of Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China; 2.Research Center for Rco-Environmental Sciences in Shanxi,Taiyuan 030009, China)

Now, most municipal sewage treatment plants treat the sludge by PAM or PAC. Due to high price of them, the municipal sewage treatment plants generally use PAM of extremely low concentration or PAC of high concentration. It is not appropriate.In this study, the basic properties of the sludge of the municipal sewage treatment plant were determined. The sludge dewatering performance was characterized by sludge specific resistance. The dewatering of raw sludge was carried out by using a variety of flocculants，the final determination of type and dosage of flocculants were obtained.

sludge dewatering;sludge specific resistance;PAM;PAC

2017-09-21

市政污泥化學(xué)調(diào)理與生物瀝濾研究

郭麗君(1981—)，女，碩士，講師，研究方向：固體廢棄物的資源化利用及應(yīng)用研究。

X705

A

1008-021X(2017)22-0161-02

(本文文獻(xiàn)格式：郭麗君，李松棟，李超.絮凝劑對(duì)市政污泥脫水性能的影響研究[J].山東化工，2017，46(22)：161-162,165.)