武亞軍 唐 欣 崔春義 王光坤 胡 挺

(1上海大學(xué)土木工程系, 上海 200444)(2大連海事大學(xué)土木工程系, 大連 116026)

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程的深化,對生活污水處理的要求大幅度提高,污水中的固體顆粒——污泥的出產(chǎn)量也日益增多.污泥中含有大量的細(xì)菌、病毒和微生物,若不能妥善處理將會對環(huán)境造成二次污染.在我國80%的市政污泥采用填埋處置方式,由于污水處理廠出來的污泥含水率仍高達(dá)80%左右,所需要的填埋場容積就很大,目前許多地區(qū)的填埋場都已“泥滿為患”,而由于用地形勢日趨緊張,后續(xù)污泥面臨“無場可用”的困境,因此,對現(xiàn)有填埋場中的污泥進(jìn)行減量化已成為目前許多地區(qū)解決燃眉之急的唯一出路.

填埋場中的污泥減量化其實(shí)就是對污泥進(jìn)行深度脫水[1],減小污泥的體積,騰出更多的空間以便容納更多的污泥.為了對污泥進(jìn)行深度脫水,常采用“化學(xué)調(diào)質(zhì)+板框壓濾”方法,該方法是先對污泥進(jìn)行化學(xué)調(diào)質(zhì),然后再進(jìn)入板框壓濾設(shè)備進(jìn)行機(jī)械脫水[1-3].但如果采用該方法處理填埋場中的污泥,則意味著要先將污泥挖出,經(jīng)過調(diào)質(zhì)、壓濾處理后,再回填到污泥坑才能達(dá)到減量化的目的,這一過程不僅工序繁瑣復(fù)雜,而且容易導(dǎo)致污染物擴(kuò)散,成本也高,因此尋求一種高效、環(huán)保的原位處理方法勢在必行.

真空預(yù)壓技術(shù)具有施工工藝簡單、單次處理體量大、成本低等諸多特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于軟土地基處理工程中[4-5].近年來,一些學(xué)者將其推廣應(yīng)用于高含水率的廢棄泥處理中[6-8],由于市政污泥具有與普通軟土不同的特性[9],含有大量的有機(jī)質(zhì),其中水的存在狀態(tài)以結(jié)合水為主,直接進(jìn)行真空預(yù)壓難以脫水,必須添加相應(yīng)的調(diào)質(zhì)藥劑對其進(jìn)行改性處理[10-11],將污泥中的部分結(jié)合水變?yōu)樽杂伤?再進(jìn)行真空預(yù)壓.占鑫杰等[12]將真空預(yù)壓技術(shù)應(yīng)用到填埋庫污泥的減容中,通過中試試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)研究了FeCl3調(diào)質(zhì)污泥的處理效果,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)污泥減量40%以上.詹良通等[13]針對中國成都長安填埋場的市政污泥,研究了FeCl3，CaO和粉煤灰調(diào)質(zhì)藥劑對真空預(yù)壓處理過程中排水板周圍易形成低滲透層的改善作用.Lin等[14]通過對采用FeCl3調(diào)質(zhì)的污泥進(jìn)行過濾試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn),表明調(diào)質(zhì)污泥的固結(jié)系數(shù)得到大幅提高,含水率從89.6%降低至58.3%,效果十分明顯.Lin等[15]采用3種無機(jī)添加劑,研究添加了水泥的污泥固化穩(wěn)定效果,結(jié)果表明鈣基膨潤土是提高水泥固化穩(wěn)定污泥效果的良好添加劑.Bourgès-Gastaud等[16]將高嶺石和淤泥混合配制成8種不同粒度分布過濾高黏土含量污泥,結(jié)果表明污泥組成是影響最終脫水狀態(tài)的最重要因素.Zemmouri等[17]研究了殼聚糖作為生態(tài)友好型絮凝劑在城市污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)中的應(yīng)用潛力.Lin等[18]研究了無機(jī)混凝劑與殼聚糖協(xié)同作用對污泥脫水效果的影響,結(jié)果表明,二者協(xié)同調(diào)理污泥脫水效果明顯優(yōu)于單一混凝劑.

目前,作為中國最大城市的上海面臨異常艱巨的污泥原位處理任務(wù),為了尋求上海城市生活污泥原位處理方法,本文首先對經(jīng)FeCl3和CaO藥劑調(diào)質(zhì)的污泥進(jìn)行了比阻試驗(yàn)和單向固結(jié)試驗(yàn),特別是對FeCl3和CaO各自單獨(dú)作用及聯(lián)合作用的效果進(jìn)行了對比,表明FeCl3和CaO分別具有不同的調(diào)質(zhì)作用和機(jī)理.然后,對相應(yīng)藥劑調(diào)質(zhì)后的污泥進(jìn)行了室內(nèi)真空預(yù)壓試驗(yàn),探究了該方法在上海污泥原位處理中的可行性.

1 污泥試樣和藥劑

污泥試樣取自上海某個區(qū)的生活污水處理廠,為添加PAM并經(jīng)離心脫水后的污泥,以下將該污泥稱為原始污泥.由于污水處理廠污水的來源相對固定,故所產(chǎn)生的污泥性質(zhì)也相對穩(wěn)定,污泥的各項(xiàng)基本指標(biāo)見表1.為保證試驗(yàn)期間所有試驗(yàn)中污泥的性質(zhì)一致,將污泥試樣存放于4 ℃的恒溫冷藏環(huán)境中.

表1 原始污泥各項(xiàng)基本指標(biāo)

注:含水率為水的質(zhì)量與污泥總質(zhì)量之比.

試驗(yàn)中采用的調(diào)質(zhì)藥劑為FeCl3和生石灰,FeCl3由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn),為分析純級別的無水FeCl3；生石灰是細(xì)度為200目的粉末,純度在96%以上.

2 比阻試驗(yàn)

污泥比阻是指單位質(zhì)量的污泥在一定壓力下過濾時單位過濾面積上受到的阻力,它是表示污泥脫水性能的綜合性指標(biāo),比阻愈大,其脫水性能愈差,反之愈好[19].污泥比阻可通過真空抽濾試驗(yàn)測定,試驗(yàn)裝置如圖1所示.

2.1 試驗(yàn)方案

為了避免藥劑調(diào)質(zhì)過程中由于藥劑分布不均勻而影響調(diào)質(zhì)效果,先在污泥中加水,將其含水率調(diào)至88%,再分別加入添加量(FeCl3占污泥干基的質(zhì)量比)為0,10%,20%,30%,40%的FeCl3藥劑進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理.

圖1 試驗(yàn)裝置簡圖

FeCl3是以溶液形式加入,故需要先將無水FeCl3顆粒溶解在水中,配成不同濃度的溶液,然后取不同量的溶液加到污泥之中,分別靜置2 h,讓藥劑與污泥充分反應(yīng).之后,取調(diào)質(zhì)好的污泥100 mL放于布氏漏斗中抽濾,試驗(yàn)真空度設(shè)為80 kPa,抽濾15 min后停止,記下不同抽濾時間對應(yīng)的抽濾量,最后計(jì)算出污泥的比阻(SRF).

2.2 結(jié)果分析

圖2為FeCl3添加量與比阻的關(guān)系,從圖中可看出,在加入不同量的FeCl3時,未經(jīng)調(diào)質(zhì)(即添加量為零)的原始污泥的比阻最大,為158×1012m/kg,屬于難以脫水區(qū)間[20]；經(jīng)FeCl3調(diào)質(zhì)后,污泥的比阻較原始污泥減小8.2%～31.6%,脫水性能明顯改善.當(dāng) FeCl3的添加量低于20%時,隨著添加量的增加,污泥比阻快速減小,污泥脫水性能變好；當(dāng)添加量大于20%時,污泥比阻并未繼續(xù)減小,反而有所增大,說明污泥脫水性變差.經(jīng)分析,這可能是因?yàn)镕eCl3添加量少時,混凝作用不能將全部的污泥膠體顆粒去除,混凝效果較差；FeCl3添加量過多時,部分水解物不能以污泥膠粒為核發(fā)生卷掃網(wǎng)捕,最終懸浮于液體中影響其混凝效果[21].因此,FeCl3的調(diào)質(zhì)作用存在最優(yōu)添加量,本試驗(yàn)中FeCl3的最優(yōu)添加量為20%.

圖2 FeCl3添加量與污泥比阻的關(guān)系

3 固結(jié)試驗(yàn)

污泥真空預(yù)壓脫水過程實(shí)質(zhì)是排水固結(jié)過程,即在總應(yīng)力作用下孔隙水排出的過程.因此,通過一維固結(jié)試驗(yàn)研究污泥的固結(jié)特性,可為真空預(yù)壓處理污泥脫水提供一定的參考.

3.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)器材采用GJZ-2雙聯(lián)中壓固結(jié)儀,由于調(diào)質(zhì)污泥壓縮性好,采用高度為2 cm的環(huán)刀進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)得到的泥餅厚度太薄會對試驗(yàn)結(jié)果造成影響,故本試驗(yàn)中采用4 cm高的環(huán)刀.

根據(jù)比阻試驗(yàn)結(jié)果,單獨(dú)用FeCl3調(diào)質(zhì)污泥時,添加量為20%時脫水性能最好,因此在固結(jié)試驗(yàn)中FeCl3添加量為20%,生石灰摻量為30%(均為占污泥干基的質(zhì)量比).藥劑調(diào)質(zhì)方案如表2所示.2種藥劑混合添加時的添加順序?yàn)?先添加FeCl3,中間間隔2 h后再添加CaO,每次添加后均充分?jǐn)嚢杈鶆?其中FeCl3以溶液的形式加入(加水稀釋污泥前,將FeCl3溶解在這部分水中)、生石灰以粉末噴灑攪拌的方式加入,上下翻攪,保證生石灰分布均勻.調(diào)質(zhì)后污泥的狀態(tài)如圖3所示.

為使藥劑充分作用,4組試樣均靜置24 h后進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn),固結(jié)過程中采用雙面排水.由于污泥強(qiáng)度很低,為避免荷載過大污泥被擠出,在固結(jié)試驗(yàn)加載過程中,前幾級施加的荷載要比普通土體的荷載要小,各級荷載為3.125, 6.25, 12.5, 25, 50, 100 kPa,每級荷載下以沉降量小于5 μm/h為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn).

表2 藥劑調(diào)質(zhì)方案

注:藥劑摻量均為占污泥干基的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

(a) F0

(b) F1

(c) F2

(d) F3

圖3 調(diào)質(zhì)污泥狀態(tài)

3.2 結(jié)果分析與討論

圖4為調(diào)質(zhì)污泥的壓縮曲線.由圖可見,調(diào)質(zhì)污泥的初始孔隙比非常高,達(dá)到10左右,加載過程中污泥的孔隙比隨著固結(jié)應(yīng)力增加迅速減小,之后逐漸趨于平緩,在12.5 kPa荷載時孔隙比減小至3.5～4.4,占總孔隙比變化量的69%～77%,說明調(diào)質(zhì)污泥在低應(yīng)力下較為敏感,變形量大.

圖4 調(diào)質(zhì)污泥的壓縮曲線

不同藥劑調(diào)質(zhì)的污泥,壓縮特性有所差異.F0和F1的初始孔隙比最大,隨著試驗(yàn)的進(jìn)行,孔隙比逐漸減小,二者降低的幅度比較接近,且4組試驗(yàn)中這兩者的孔隙比最低；F3初始孔隙比最小,減幅也最小,而最終孔隙比最大；F2介于2種情況之間.這可能是因?yàn)?① 摻入的生石灰顆粒比較細(xì)小,能夠填充到污泥內(nèi)部的孔隙中,使得與未摻入生石灰的污泥相比,初始孔隙比低；② 摻入生石灰后,污泥中的無機(jī)固體顆粒增多,固體顆粒彼此接觸形成骨架[22-23],增強(qiáng)了抗壓縮性能；③ FeCl3具有解凝作用[24],使較大的污泥絮體分解成均勻的小絮體,釋放出更多的結(jié)合水,使調(diào)質(zhì)污泥更加密實(shí),壓縮性降低更加明顯.

污泥固結(jié)系數(shù)與應(yīng)力之間的關(guān)系如圖5所示,從圖中可看出,經(jīng)不同藥劑調(diào)質(zhì)后污泥的固結(jié)系數(shù)都達(dá)到了10-6～10-5cm2/s量級,比原始污泥的10-7～10-6cm2/s有很大程度的提高,說明藥劑調(diào)質(zhì)可加快污泥的固結(jié),從而縮短了固結(jié)時間.

隨著固結(jié)應(yīng)力的增加,4組污泥試樣的固結(jié)系數(shù)具有不同的變化規(guī)律.當(dāng)固結(jié)應(yīng)力小于12.5 kPa時,污泥的固結(jié)系數(shù)隨應(yīng)力的增加而減小,其中F3的固結(jié)系數(shù)減幅最大,從1.13×10-5cm2/s減少至4.27×10-6cm2/s；當(dāng)固結(jié)應(yīng)力大于12.5 kPa時,F0與F1的固結(jié)系數(shù)逐漸減小,但變化幅度不大,而F2和F3的固結(jié)系數(shù)都有增大的趨勢,這說明摻入生石灰后能夠降低污泥的壓縮性,當(dāng)污泥壓縮到一定程度后強(qiáng)度增加較快,在固結(jié)應(yīng)力作用下會比較快地達(dá)到穩(wěn)定.

圖5 調(diào)質(zhì)污泥固結(jié)系數(shù)與應(yīng)力的關(guān)系

為了考查調(diào)質(zhì)作用對污泥滲透性的影響,根據(jù)固結(jié)系數(shù)計(jì)算得出了在不同固結(jié)應(yīng)力下污泥的滲透系數(shù),如圖6(a)、(b)所示.當(dāng)固結(jié)應(yīng)力為3.125 kPa時,F0,F1,F2,F3的滲透系數(shù)分別為3.96×10-8, 1.08×10-7, 8.24×10-8, 1.60×10-7cm/s.

(a) 0～100 kPa段

(b) 12.5～100 kPa段

可看出,4組污泥試樣中F0和F2的滲透系數(shù)在10-9～10-8cm/s數(shù)量級范圍內(nèi),F3和F1(在3.125 kPa應(yīng)力下)的滲透系數(shù)達(dá)到10-7cm/s數(shù)量級,滲透系數(shù)分別是F0的4.0倍和2.7倍；隨著固結(jié)應(yīng)力增大,滲透系數(shù)大幅減小,降至10-9cm/s量級.這說明藥劑的調(diào)質(zhì)作用可改善污泥滲透性,在較低應(yīng)力下調(diào)質(zhì)污泥滲透性較好,隨著固結(jié)應(yīng)力增大,滲透性變差.

當(dāng)固結(jié)應(yīng)力小于50 kPa時,4組試樣的滲透系數(shù)大小順序?yàn)镕3>F1>F2>F0,即FeCl3和生石灰混合調(diào)質(zhì)污泥的滲透性最好,單獨(dú)FeCl3調(diào)質(zhì)污泥次之,單獨(dú)生石灰調(diào)質(zhì)效果較差,不加任何藥劑的污泥滲透性最差.當(dāng)固結(jié)應(yīng)力大于50 kPa后,4組試樣的滲透系數(shù)都有所減小,且F2的滲透系數(shù)大于F1,這是因?yàn)樵诠探Y(jié)應(yīng)力較大時,單獨(dú)FeCl3調(diào)質(zhì)的污泥變形較大,孔隙繼續(xù)被壓縮,滲透性繼續(xù)降低；而生石灰調(diào)質(zhì)的污泥骨架強(qiáng)度較高,孔隙變形小,使得滲透性好于F1.

4 真空預(yù)壓試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方案

真空預(yù)壓試驗(yàn)采用自制裝置進(jìn)行,該裝置主要由真空泵、抽濾瓶、模型箱和真空表等組成,如圖7所示.試驗(yàn)箱分為桶體和密封蓋2部分.桶體采用有機(jī)玻璃材料,高度為500 mm,上部開口,內(nèi)徑為180 mm；密封蓋采用20 mm厚的硬質(zhì)有機(jī)玻璃板(便于測量沉降).

(b) 裝置實(shí)物圖

為保證試驗(yàn)的可比性,真空預(yù)壓試驗(yàn)采用與前述比阻試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)中相同的污泥、藥劑和調(diào)質(zhì)方式,試驗(yàn)同樣包括4組,即原始污泥、單獨(dú)添加FeCl3、單獨(dú)添加生石灰、FeCl3和生石灰混合調(diào)質(zhì)污泥,序號也相對應(yīng),即F0,F1,F2,F3.只是污泥的量不同,脫水污泥的質(zhì)量為4 kg,先加水稀釋至含水率為88%再添加藥劑.添加藥劑之后將試樣裝入試驗(yàn)箱,靜置24 h使藥劑充分與污泥反應(yīng)之后進(jìn)行真空預(yù)壓試驗(yàn).抽真空前做好模型箱的密封,使真空度穩(wěn)定在80 kPa以上,采用上部和底部雙面排水方式,抽真空過程中連續(xù)記錄抽濾瓶真空度、污泥沉降量和排水量.當(dāng)模型箱抽濾過程中排水速率小于2 mL/h時停止抽濾.

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.2.1 真空度

抽濾過程中真空度變化如圖8所示,抽真空開始,真空度(瓶內(nèi)真空度)在很短時間內(nèi)上升到80 kPa,之后在整個抽真空過程中穩(wěn)定在85 kPa左右,說明密封效果很好,為試驗(yàn)創(chuàng)造了良好的條件.

圖8 抽濾過程中真空度變化

4.2.2 排水量

真空預(yù)壓排水總量與排水速率分別如圖9和圖10所示.從圖9可看出,未經(jīng)藥劑調(diào)質(zhì)的原始污泥 (F0) 處理效果最差,在2 h后幾乎不再排水,總計(jì)排水200 mL.經(jīng)藥劑調(diào)質(zhì)的污泥脫水性能得到明顯改善,F1,F2,F3三組試樣排水量都有不同程度的增加,抽濾10 h后排水量分別達(dá)到了740, 218和2 320 mL,分別是原始污泥排水量的6.2, 1.8和19.3倍.排水量試驗(yàn)結(jié)果表明,添加藥劑提高了污泥的滲透系數(shù),能夠促進(jìn)污泥的排水固結(jié).

從圖10(a)、(b)可看出,F3的排水速率最快,其次是F1,F2較慢,F0最慢.F3調(diào)質(zhì)后的污泥固液分離性能最好,排水速率在前10 h內(nèi)一直最大,1 h的排水速率達(dá)到了1 030 mL/h,完成了總排水量的38.6%,排水速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于F1和F2.在10 h后,F3中調(diào)質(zhì)后的污泥排水速率不斷減小,在31 h低于F1和F2,最終抽濾40 h停止,總計(jì)排水2 665 mL.F1和F2排水一直較穩(wěn)定,但排水速率小,使排水時間較長,最終排水量少.F2的排水速率大于F1,達(dá)到停止抽濾的時間也較長,說明F2調(diào)質(zhì)效果要好于F1,最終排水量是F1的3倍.

圖9 抽濾排水量

(a) 0～80 h時間段內(nèi)

(b) 10～80 h時間段內(nèi)

4.2.3 含水率

根據(jù)排水量可得到泥餅在抽濾過程中含水率的變化,這里是指整個泥餅的平均含水率,稱為計(jì)算含水率,如圖11所示.可看出,調(diào)質(zhì)后的污泥初始含水率是不一致的,F0最大,其次是F1和F2,F3最小,這是因?yàn)檎{(diào)質(zhì)過程中加入藥劑增加了污泥的含固率,藥劑添加量越多,初始含水率越小.隨著抽濾時間變長,F0和F2含水率幾乎沒有降低,呈水平線.F1含水率雖在降低,但幅度較小,抽濾75 h后含水率從85.9%降至81.1%.F3含水率在前10 h幾乎呈直線下降,從83.0%迅速降至73.0%,之后趨于平緩,最終含水率將降低至70.4%.含水率的變化趨勢受到排水速率的影響,排水越快,含水率降低越快.

圖11 計(jì)算含水率變化

對真空預(yù)壓處理后的泥餅,分別取泥餅的上表面以下1 cm處、中心處、下表面以上1 cm處測量含水率,結(jié)果如圖12所示.抽真空前,F0含水率為88.0%,隨著藥劑摻入量的增加,調(diào)質(zhì)污泥的含水率逐漸降低.真空預(yù)壓處理后,F0含水率與真空處理前十分接近,也在87.5%左右,且含水率沿高度變化不大,泥餅的上下表面出現(xiàn)了薄薄的硬層,含水率較低,上下表面與中心處含水率僅相差20%左右,這也驗(yàn)證了比阻試驗(yàn)中原始污泥的難脫水性.

圖12 含水率沿泥餅高度分布

F1和F2同樣只是在上下表層出現(xiàn)硬層,中心含水率仍然高達(dá)83.3%,F2上下表面處含水率低于F1,這是因?yàn)镕2中添加了生石灰,含固率高；F1中心處含水率低于F2,這說明F1的調(diào)質(zhì)效果和滲透性要好于F2,泥餅中心處的部分水分能夠排出,含水率降低.F3經(jīng)真空預(yù)壓處理后固液分離效果最好,含水率降至70.6%左右,且整個泥餅含水率接近一致.這是因?yàn)镕eCl3的加入能夠破壞污泥顆粒的細(xì)胞結(jié)構(gòu),降低了污泥的親水性,釋放出部分自由水,而生石灰的摻入在污泥中形成了骨架,提高了污泥的滲透性[9].

4.2.4 沉降量與泥餅強(qiáng)度

由圖13可知,F0壓縮性差,2 h沉降就趨于穩(wěn)定,沉降量僅0.8 cm.F2沉降呈線性變化,但是沉降十分緩慢,后期可能還會有微小的變形,但排水速率已經(jīng)達(dá)到停止標(biāo)準(zhǔn).變形最大的是F3,其次是F1.F3在前10 h內(nèi)完成了總沉降量的85%,之后沉降變緩；F1以較低的速率沉降,抽真空時間長達(dá)75 h,沉降量僅為F3總沉降量的65%.

圖13 沉降量隨時間變化

為了更加直觀地展現(xiàn)真空預(yù)壓處理污泥的固結(jié)效果,將污泥減容比和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度整理于表3.從表中可看出,以調(diào)質(zhì)污泥初始體積為基準(zhǔn)時,4組試樣都有一定程度的變形,其中F3污泥變形量最大,減容比達(dá)到56.8%,其次是F1,減容比為36%,F0和F2減容不明顯,僅為5%和16%,說明真空預(yù)壓處理效果較差.以原污泥初始體積為基準(zhǔn)時,污泥經(jīng)真空預(yù)壓處理后只有F1和F3達(dá)到減容目的,且F3的減容比為48.6%,是F1的1.9倍；F0和F2經(jīng)真空預(yù)壓處理后體積壓縮較小,泥餅的最終體積甚至大于原污泥的體積,減容比為負(fù)值.污泥經(jīng)真空預(yù)壓處理后減容程度相差較大,是因?yàn)槲勰嘧冃闻c孔隙的壓縮和孔隙水的排出有關(guān),排水量越多,沉降變形越大,污泥減容效果越好.

表3 試樣的泥餅減容比和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

注:① “—”表示污泥強(qiáng)度太低,無法測定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度;② 減容比中的負(fù)數(shù)表示增容.

抽真空結(jié)束后,泥餅的狀態(tài)如圖14所示,F0和F2泥餅呈流塑狀態(tài),F1泥餅外硬內(nèi)軟,因此均不能取樣測試無側(cè)限抗壓強(qiáng)度.處理過后的F3無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為47 kPa,低于填埋要求標(biāo)準(zhǔn)的50 kPa,隨養(yǎng)護(hù)齡期增長,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度繼續(xù)增大,3 d和7 d的強(qiáng)度達(dá)到53.6 kPa和93 kPa.

(a) F0

(b) F1

(c) F2

(d) F3

圖14 真空預(yù)壓處理后的泥餅

4.2.5 處理效果分析

由圖14可看出,抽真空處理后的F0泥餅出現(xiàn)大量的蜂窩狀結(jié)構(gòu),由于大量有機(jī)質(zhì)的存在,使得污泥親水性強(qiáng),水分難以排出.F1和F2泥餅表面出現(xiàn)硬塑層,而泥餅中心均為流塑狀,這說明在上下排水面處的污泥先固結(jié),在排水面處形成了低滲透性泥層,影響到內(nèi)部水分的排出,使得泥餅中心處含水率很高.造成排水面出現(xiàn)硬層的原因可能是,在真空負(fù)壓作用下污泥顆粒在過濾介質(zhì)附近聚集使固體含量較高,顆粒間因聚集作用形成致密低滲透性泥層,阻礙了污泥的沉降與壓縮[25].F3試樣為FeCl3和生石灰混合調(diào)質(zhì)污泥,泥餅整體性好,強(qiáng)度高,含水率沿高度分布均勻,處理效果好.

5 結(jié)論

1) 單獨(dú)FeCl3調(diào)質(zhì)污泥存在最優(yōu)添加量,本試驗(yàn)中最優(yōu)添加量為20%,添加量過少或過多,污泥的比阻都會增加,滲透性變差.

2) FeCl3和生石灰混合調(diào)質(zhì)污泥的真空預(yù)壓處理效果最好,處理后的泥餅整體性好、強(qiáng)度高,含水率沿泥餅厚度方向變化不大,含水率可降低至70.6%,與處理前相比體積大幅度減少.

3) 在固結(jié)初期階段,污泥的固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)都較大,有利于排水固結(jié)；在真空預(yù)壓的初期階段,即污泥中的真空度緩慢上升過程中,滲透性好,排水量較大.