污水處理廠污泥脫水性能指標測試分析

周章華 曹艷峰 袁 莉

(上海友聯竹園第一污水處理投資發展有限公司，上海 200137)

脫水性能系指污泥脫水的難易程度。不同種類的污泥，其脫水性能不同;即使同一種類的污泥，其脫水性能也因來源而異。衡量污泥脫水性能的指標主要有兩個，一個是污泥的比阻(R)，另一個是污泥的毛細吸水時間(CST)。為了探尋R和CST之間的關系對它們進行了研究。

1 比阻簡介

1.1 比阻的定義及原理

污泥比阻是表示污泥過濾特性的綜合性指標，它的物理意義是:單位質量的污泥在一定壓力下過濾時，在單位過濾面積上的阻力。污泥比阻愈大，污泥脫水性能愈差。實驗中采用真空過濾法(抽真空造成介質兩面壓力差)，實驗裝置如圖1所示。

1.2 比阻的測定步驟

1)測定污泥的含水率，求出其固體濃度C0;2)配制混凝劑，將混凝劑按計算好的比例投入污泥中進行攪拌，對污泥進行調理;3)在布氏漏斗上放置濾紙，用水潤濕，并使其緊貼漏斗底部，將100 mL污泥樣均勻倒入漏斗內的濾紙上，靜置一段時間，直至漏斗底部不再有濾液流出。該段時間一般約為2 min;4)開啟真空泵至額定真空度(一般為380 mm Hg)時，開始記錄濾液體積，每隔10 s記錄一次，直至真空破壞為止。如果真空長時間不破壞，則過濾20 min后即可停止。該過程中應不斷調節控制閥，使真空度保持恒定;5)關閉閥門，取下濾餅，并從其中取出部分泥樣，測定其含固率C;6)將記錄的過濾時間t除以對應的濾液體積V，以t/V為縱坐標，V為橫坐標，所得曲線斜率為b;7)計算比阻。計算公式如下:

其中，R為比阻，s2/g;P為壓力，g/cm2;A為濾紙面積，cm2;μ為水的粘度，取1.005 g/(cm·s);w為過濾單位體積的濾液在過濾介質上截留的固體質量，g/cm3，計算公式:

2 CST簡介

2.1 CST的定義及原理

毛細吸水時間(Capillary Sunction Time，簡稱CST)是這樣定義的:污泥在吸水濾紙上滲透一定距離所需要的時間?！耙欢ň嚯x”根據使用不同的毛細吸水測定儀(CSA)而有所差異。CST越小，污泥脫水性能越好。

毛細吸水儀的構成主要由上下兩塊透明的聚乙烯或聚丙烯塑板，一個圓形(圓槽式CSA)或矩形(矩形槽式CSA)套管，一張濾紙，三個安裝在上面一塊塑料板上的電觸頭和一個電算自動計時器組成(基本構造如圖2所示)。當污泥進入套管后，污泥中的水分就通過濾紙向四周散開，形成一個濕圈，當濕圈擴展到第一個電觸頭時，電訊號產生，計時開始，直到濕圈繼續擴大并至少接觸到另兩個電觸頭(這兩個電觸頭與圓中心等距當中的一個)時，電訊號中斷，計時結束。這時，計時器所顯示的時間即為CST。

2.2 CST的測定步驟

1)取100 mL待測污泥按計算好的投配比投加藥劑，攪拌至污泥發生絮凝，并混合均勻;2)將儀器連接好，把濾紙從一側貼底插入，然后將有電極的蓋板蓋在濾紙上，使電極和濾紙接觸，輕壓。過大的壓力可能導致濾紙磨損;3)根據污泥性質選擇過濾漏斗直徑。容易過濾的污泥選擇1 cm的漏斗，增加滲透的時間;比較難過濾的污泥選擇1.8 cm的漏斗。本研究采用直徑1.8 cm的漏斗;4)將漏斗插入電極塞，旋轉漏斗，緩緩輕壓，讓濾紙受力均勻;5)按下重啟按鈕，檢查計數器讀數為0;6)把污泥注入漏斗，污泥量以與漏斗口齊平為宜。如果CST測試結束，而漏斗中沒有污泥或者只有污泥小塊，則測試需要重新進行;7)記錄CST。當重啟系統后，CST數值將消失;8)拿起電極塞，取下漏斗，拿走濾紙，用棉紙清潔各部件，水分完全擦拭干凈。重復上述步驟測試下一樣品。

3 實驗內容

3.1 實驗儀器

比阻測定采用的是上海江科實驗設備有限公司生產的PJK02型污泥比阻測定裝置，真空壓力35.5 kPa～70.9 kPa，實驗過程中設定在 35.5 kPa。

CST測定采用的是英國Triton公司的CST污泥毛細吸水時間測試儀。該儀器有兩個漏斗，一個是直徑1.8 cm的漏斗，還有一個是直徑1 cm的漏斗。清水滲透過直徑1.8 cm的漏斗需要4 s，通過直徑1 cm的漏斗耗時10 s，測試中采用了直徑1.8 cm的漏斗，即污泥的CST要大于4 s才是有效數據。

3.2 實驗結果

實驗過程中選用了濃縮污泥和脫水污泥兩種污泥進行。對兩種污泥在不同的加藥量下的R和CST進行比較分析，考察R和CST的相關性及適應性。

3.2.1 濃縮污泥測試

圖3為濃縮段污泥的R和CST比較結果，可以看到隨著加藥比的提升R逐漸減小，表明污泥脫水性能逐漸變好;但是CST的值隨著加藥比提升逐漸增加，表明污泥脫水性能愈來愈差，結果與R正好相反。

3.2.2 脫水污泥測試

圖4為脫水段污泥的R和CST趨勢比較，可以看到隨著加藥比的提升，R和CST表現出一樣的變化趨勢。在加藥比低于2‰時，隨著加藥比提升，污泥脫水性能略有變差，之后隨著加藥比提升，污泥脫水性能愈來愈好。

圖5為R和CST的相關性曲線，可見R和CST顯著相關(R2=0.967 9)。對于脫水污泥，R和CST均可有效衡量污泥的脫水性能。

4 結果分析

4.1 定義上對比分析兩項指標

從定義上看，R和CST是衡量污泥脫水性能的兩個不同的指標。R是反映污泥過濾性能的綜合指標，表示污泥脫水的難易程度，R越大，脫水性能越差。CST反映了污泥中自由水的過濾性能，表示污泥脫水速度的快慢，CST越大，脫水性能越差。

4.2 測試過程上對比分析兩項指標

從測試過程上看，R的裝置較為復雜，測試步驟較多，測量的參數較多，計算較為復雜，測試時間長，裝置移動不方便，而且排放計量管中的過濾液時，要先將計量管上方的漏斗取下后，才能將計量管中的過濾液倒掉，實驗效率低，且零部件容易損壞。

相對而言CST測定簡便，測定速度快，測量參數單一，無需計算，結果直觀，攜帶方便。

此外，由于R的測定過程復雜，過程中受人為因素干擾較大，測定結果的重現性較差。對比之下，CST的測定結果要穩定得多。

4.3 應用條件上對比分析兩項指標

從實驗結果上看，CST在指示濃縮段污泥的脫水性能的結果與R正好相反，不適合用于濃縮段污泥的脫水性能指示。分析其原因，可能是因為濃縮污泥含水率高，自由水充足，加入PAM藥劑反而增加了水的粘稠度，阻礙了擴散。

但是在指示脫水污泥時，CST和R變化趨勢一致，并且極顯著相關。對于脫水污泥，R和CST均能有效衡量污泥的脫水性能。

因此在衡量污泥脫水性能時，對于濃縮段污泥建議還是采用R作為衡量指標。對于脫水污泥，雖然R和CST均能很好的指示污泥脫水性能的優劣，但是CST測定更加簡便快捷，可以作為優先選擇。

5 結語

1)R和CST在測定濃縮污泥時的變化趨勢差別較大，沒有很好的相關性。在考察濃縮污泥脫水性能時，建議采用R可作為參考依據。2)R和CST在測定脫水污泥時的變化趨勢一致，且結果極顯著相關，在考察脫水污泥脫水性能時，R和CST均可作為參考依據。3)相比較而言，CST的測定簡便，受人為因素影響較小，結果重現性較好，因此CST是較好的衡量脫水污泥脫水性能的指標。

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