城市污水廠生化污泥調理脫水研究*

王磊，夏菲菲，陳依，李葉，陳昆柏

（浙江工商大學環境科學與工程學院，浙江杭州310035）

城市污水廠生化污泥調理脫水研究*

王磊，夏菲菲，陳依，李葉，陳昆柏

（浙江工商大學環境科學與工程學院，浙江杭州310035）

通過對調理后生化污泥含水率的測定試驗，考察了生石灰、三氯化鐵、粉煤灰和煤粉等4種調理劑對污水處理廠生化污泥脫水性能的影響。結果表明：生石灰和三氯化鐵對污水的脫水效果較好，且最經濟投加量分別為4、2 g/100 mL，在該條件下，相對于原污泥，抽濾后調理污泥含水率分別降低7.07%和15.22%。

污泥脫水；生石灰；三氯化鐵；粉煤灰；煤粉；資源化

目前大部分城市污水處理廠采用生化工藝處理污水，與此同時，在污水處理過程中產生大量的生化污泥。生化污泥含水率高，水的存在形式可以分為毛細水、間隙水、表面吸附水、內部水等結合水和游離水（自由水）2大類。通過過濾、重力濃縮等手段，污泥中部分自由水和間隙水可以去除，但由于生化污泥是以有機微粒為主體的懸浮液，顆粒細且具有膠體特性，與水有很大的親和力，在微粒的布朗運動、膠體顆粒間的靜電斥力和膠體顆粒表面的水化膜作用下，大部分的污泥顆粒不易聚結而分散懸浮于水中難以沉降且脫水困難［1］，因此濃縮后的生化污泥含水率仍為90%～97%［2］。

城市污水處理廠生化污泥由于其含水率高，體積龐大，給運輸、貯存、使用帶來不便，并可能對環境造成二次污染。目前我國污泥處理費用已占污水處理廠總運行費用的20%～50%，甚至高達70%［3］。污泥調理是污泥處理處置的關鍵，其通過克服電性排斥作用和水合作用，改善污泥的理化性質，減少與水的親和力，增強凝聚力，增大顆粒尺寸，改善污泥的脫水性能，從而提高污泥脫水效果，使其減容，減少運輸費用和后續處置費用，降低管理成本。因此，污泥的調理脫水技術有著重要的應用價值。

本試驗用生石灰、三氯化鐵、粉煤灰和煤粉4種調理劑對城市污水處理廠生化污泥進行處理，考察不同的調理劑、不同投配量對污泥脫水效果的影響，確定最理想的污泥調理措施，為污水處理廠污泥脫水處理提供參考。

1 試驗方法

1.1 材料和設備

污泥取自杭州市四堡污水處理廠曝氣池生化污泥，其含水率99.1%，pH 6.0左右。

加熱烘干設備是GZX-9076MBE數顯鼓風干燥箱和SX2-25-10高溫箱型電爐；抽濾設備是真空抽濾箱。

1.2 分析方法

污泥樣品經真空抽濾至不滴水后測其含固率，各種調理劑的各不同投藥量做3個平行實驗，取平均值，SS測定參見文獻［4］。

2 結果與討論

2.1 生石灰脫水效果

從圖1可見，在以CaO為調理劑所進行的一系列試驗中，CaO的投加量不同，最終抽濾后的調理污泥的含水率也發生相應變化。在100 mL剩余污泥中，當CaO的投加量從0 g/100 mL增至4 g/100 mL，抽濾后污泥的含水率從76.14%下降到70.76%；而當CaO的投加量從4 g/100 mL繼續增至10 g/100 mL，抽濾后污泥含水率卻從70.76%上升至74.92%。因此，相對于原污泥抽濾后的含水率，CaO投加量為4 g/100 mL時，調理污泥抽濾后的含水率降低7.07%，脫水效果最為明顯。

剩余污泥中投加一定量生石灰，其產生的Ca2+能中和污泥膠體顆粒所帶的負電使之脫穩，從而降低污泥顆粒間的排斥作用，壓縮原有污泥間的雙電層結構，顆粒凝聚度增大。除此，陽離子、無機顆粒和ECP（胞外聚合物）的相互作用，促進活性污泥中絮體的形成及沉降，從而提高污泥泥水的分離能力［5］。但當生石灰投加量過大，污泥中無機顆粒將增多，大量的無機微粒將堵塞濾紙微孔，從而影響泥水分離，因此，在實際工程運用時，應根據所選脫水設備確定最佳投藥量。

2.2 氯化鐵脫水效果

從圖2可見，在以FeCl3為調理劑所進行的一系列試驗中，FeCl3的投加量不同，最終抽濾后的調理污泥的含水率也發生相應變化。在100 mL剩余污泥中，當FeCl3的投加量從0 g/100 mL增至2 g/100 mL，抽濾后污泥的含水率從76.14%下降到64.56%；當FeCl3的投加量從2 g/100 mL繼續增至6 g/100 mL，抽濾后污泥含水率基本維持不變；而當FeCl3的投加量從6 g/100 mL增至8 g/100 mL，抽濾后污泥的含水率再次出現明顯下降，從66.28%降至62.23%；繼續加大FeCl3投加量至10 g/100 mL，抽濾后污泥的含水率反而急劇上升。因此，相對于原污泥抽濾后的含水率，FeCl3投加量分別為2、8 g/100 mL時，調理污泥抽濾后的含水率分別降低15.22%和28.27%，雖然FeCl3投加量為8 g/100 mL時污泥脫水效果最明顯，但由于其使用量太大，必將消耗大量藥劑，使得處理成本大幅上升，此外高Fe3+含量的污泥后處理也將成為一個棘手的問題。

FeCl3作為一種常用的無機調理劑，其主要作用是起電性中和使剩余污泥膠體失穩使之混凝沉淀，從而大大加速污泥濃縮作用，改善過濾脫水效果［6］。試驗過程中，調理污泥含水率經歷了幾個階段的變化，其原因可能是隨著FeCl3投加量的逐漸增加，起先少量的Fe3+首先對帶負電污泥膠體進行中和，使污泥膠體失穩，利于絮凝沉淀。繼續加大FeCl3的投藥量至8 g/100 mL時，Fe3+水解產生氫氧化鐵帶正電膠體，通過電性中合、吸附架橋作用使污泥含水率進一步降低。最后，當FeCl3的投加量大于8 g/100 mL時，由于混合液較為黏稠，水解程度過大，大量的絮體包含了相對量的水，抽濾時這部分水不易脫除，反而使調理后污泥含水率大幅上升。

2.3 粉煤灰脫水效果

從圖3可見，在以粉煤灰為調理劑所進行的一系列試驗中，粉煤灰的投加量不同，最終抽濾后的調理污泥的含水率也發生相應變化。在100 mL剩余污泥中，當粉煤灰的投加量從0 g/100 mL增至10 g/100 mL，抽濾后污泥的含水率大致呈上升趨勢，當粉煤灰的投加量為10 g/100 mL時，抽濾后污泥含水率達到87.22%。可見，在此次試驗中，粉煤灰對污泥調理脫水效果不理想。

粉煤灰的主要化學成分有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和未燃燒的碳，一些微量元素及稀有元素［7］。由于粉煤灰表面疏松多孔，比表面積大，含有SiO2、Al2O3、CaO等活性基團，具有物理和化學吸附能力。此外由于粉煤灰所特有的結構特征，在對污泥調理時可作為骨架，使污泥絮體形成持久堅固的結構，阻止絮體崩潰，從而有利于污泥的泥水分離。而此次試驗結果與預期偏差很大，其原因可能是粉煤灰中的重質無機微粒堵塞了濾紙濾孔，從而使調理污水混合液不易充分分離。分析試驗結果可知，在對污泥進行調理后，后續機械脫水設備的選擇也較為重要，通常使用無機調理劑對污泥進行調理，調理污泥應用板框壓濾脫水。

2.4 煤粉脫水效果

從圖4可見，在以煤粉為調理劑所進行的一系列試驗中，煤粉的投加量不同，最終抽濾后的調理污泥的含水率也發生相應變化。在100 mL剩余污泥中，當煤粉的投加量從0 g/100 mL增至10 g/100 mL，抽濾后污泥的含水率大致呈上升趨勢，當煤粉的投加量為10 g/100 mL時，抽濾后污泥含水率達到91.44%。可見，在此次試驗中，煤粉對污泥調理脫水效果并不好。

煤粉的主要成分是C元素，以煤粉作為調理劑對剩余污泥處理的研究尚未見報道，但由于其比表面積大，具一定物理和化學吸附能力，此外煤粉顆粒在對污泥調理時可作為骨架，利于污泥絮體的形成。本研究對煤粉的調理效果進行了相關試驗，但試驗并沒有取得預期效果，原因可能是煤粉的加入不能破壞污泥的膠體結構，減少泥水間的親和力，改善污泥的脫水性能。除此，煤粉微粒也可能堵塞了濾紙濾孔，從而使調理污泥泥水不易充分分離。但試驗中煤粉的加入勢必提高調理后污泥的熱值，為污泥的資源化處理提供一種新的思路。

3結論

1）以生石灰CaO作為調理劑對剩余污泥進行調理，生石灰的投加量在4 g/100 mL剩余污泥時，污泥的脫水效果最佳。

2）以FeCl3作為調理劑對剩余污泥處理時，FeCl3的投加量為2 g/100 mL剩余污泥時，污泥的脫水效果較好，除此，在該投藥量下，污泥的處理成本相對較低。

3）粉煤灰和煤粉對污泥的調理效果不理想，但通過粉煤灰和煤粉的試驗為調理污泥的后續機械脫水設備選擇提供了參考依據，為調理脫水后污泥的資源化利用提供了一種新思路。

［1］平岡正勝，吉野美彌.污泥處理工藝學［M］.宗永平，林哲，譯.上海：華東化工學院出版社，1995.

［2］王濤.污泥濃縮脫水及相關技術研究進展［J］.中國環保產業，2008（2）：32-35.

［3］楊琦，劉廣立.污泥處理與處置技術新進展［J］.上海環境科學，1999，18（3）：13-134.

［4］國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法［M］.4版.北京：中國環境科學出版社，2002.

［5］袁園，楊海真.污泥化學調理和機械脫水方面的研究進展［J］.上海環境科學，2003，22（7）：499-507.

［6］張辰.污泥處理處置技術與工程實例［M］.北京：化學工業出版社，2006.［7］潘鐘，羅津晶，薛姍姍，等.粉煤灰利用的回顧與展望［J］.環境衛生工程，2008，16（1）：19-22.

Biochemical Sludge Dewatering in Urban Sewage Treatment Plants

Wang Lei,Xia Feifei,Chen Yi,Li Ye,Chen Kunbai
（College of Environmental Science and Engineering,Zhejiang Gongshang University,HangzhouZhejiang310035）

Influences of four kinds of conditioner on biochemical sludge dewatering characteristics of sewage treatment plants were studied by moisture content determining experimentations of treated sludge,such as lime,iron trichloride,fly ash and coal powder.The results showed that the dewatering effect of lime and iron trichloride was better,and most economical dosages of lime and iron trichloride were 4 g/100 mL and 2 g/100 mL respectively.Under these conditions,the moisture content of the conditioned sludges were 7.07%and 15.22%lower than the original sludge.

sludge dewatering;lime；iron trichloride；fly ash；coal powder；reclamation

X705

A

1005－8206（2010）03－0004－03

王磊（1989—），大學本科，研究方向為污泥處理處置。E-mail：bestwa28@163.com。

（責任編輯：鄭雯）

浙江工商大學學生重點創新項目（1260XJ17 09173）

2009-12-14