使用無機(jī)調(diào)理劑改善污泥脫水性能的試驗(yàn)研究

王馨悅 胡紅旗 朱文芳

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071001；2.安吉縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，浙江 湖州 313300；3.浙江科技學(xué)院，浙江 杭州 310023)

使用無機(jī)調(diào)理劑改善污泥脫水性能的試驗(yàn)研究

王馨悅1胡紅旗2朱文芳3

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071001；2.安吉縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，浙江 湖州 313300；3.浙江科技學(xué)院，浙江 杭州 310023)

污泥脫水是剩余污泥處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。試驗(yàn)對(duì)無機(jī)調(diào)理劑——聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)分別進(jìn)行了單獨(dú)投加時(shí)對(duì)污泥脫水性能影響的試驗(yàn)研究。結(jié)果顯示，當(dāng)PAC投加量為20mg/gDS，F(xiàn)eCl3投加量為50mg/gDS(DS為污泥干固體含量)時(shí)，污泥脫水性能改善最明顯。從經(jīng)濟(jì)成本角度考慮，使用PAC進(jìn)行污泥調(diào)理更為經(jīng)濟(jì)合適。

聚合氯化鋁；三氯化鐵；脫水性能；污泥脫水

隨著城市污水處理廠的新建、擴(kuò)建，污泥產(chǎn)量與日俱增，污泥脫水是污泥處理關(guān)鍵。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國廢水排放總量達(dá)到735.3億噸，城市污水日處理能力為16065萬m3。本試驗(yàn)研究單獨(dú)投加PAC和FeCl3的原因和目的在于：PAC和FeCl3是廣泛中小城鎮(zhèn)污水處理廠污泥調(diào)理改性的常用藥劑，經(jīng)過試驗(yàn)篩選出最佳藥劑干投比，為中小城鎮(zhèn)污水處理廠組合投加多種藥劑中無機(jī)調(diào)理劑的種類和用量選擇提供參考數(shù)據(jù)，具有實(shí)際工程意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1 剩余污泥

試驗(yàn)的污泥樣品為河北省保定市順平縣清源污水處理廠污泥存儲(chǔ)池的剩余污泥。該污水處理廠一期工程日處理量1104t/d，處理生活污水和腸衣廢水；二期工程日處理量3104t/d，處理生活污水和工業(yè)廢水。該廠的剩余污泥屬于顆粒細(xì)小的親水性有機(jī)污泥，可壓縮性較差，脫水效果差。污泥取回后及時(shí)測(cè)取剩余污泥基本性質(zhì)，后恒溫4℃冷藏保存。為降低污泥性質(zhì)隨時(shí)間變化對(duì)可試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，分批次取用污泥樣品，每批次污泥的使用時(shí)間均控制在2d內(nèi)。

1.1.2 無機(jī)調(diào)理劑

PAC和FeCl3常用于污泥化學(xué)調(diào)理改性。試驗(yàn)所用藥劑取自河北省保定市順平縣清源污水處理廠。藥劑基本信息如表1。

1.2 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

1.2.1 污泥過濾性試驗(yàn)

(1)污泥含水率：原始含水率、濾餅含水率的測(cè)定方法按照國標(biāo)法測(cè)定[1-2]。

(2)污泥比阻：污泥比阻是代表的是通過泥餅時(shí)水分子所受到的阻力大小。污泥比阻具體的測(cè)定方法和計(jì)算參考文獻(xiàn)[3]。

(3)濾液濁度：通過抽濾試驗(yàn)得到濾液，使用散射光濁度計(jì)測(cè)其濾液的濁度。濁度的大小能夠從宏觀上反映出污泥顆粒和絮體之間結(jié)合能力的強(qiáng)弱。

(4)抽濾試驗(yàn)：取100mL調(diào)理后污泥，將中速定量濾紙置于布氏漏斗中，重力過濾約1～2分鐘，20分鐘后停止抽濾，記錄布氏漏斗下量筒內(nèi)濾液體積。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制V與t/V關(guān)系曲線。

表1 無機(jī)調(diào)理劑

1.2.2 污泥沉降性試驗(yàn)

污泥沉降性試驗(yàn)?zāi)軌蚍从澄勰嗝撍阅艿暮脡摹Ｔ囼?yàn)搖勻污泥后，取200mL置于燒杯中，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)比例對(duì)污泥調(diào)理，后置于六聯(lián)攪拌器上攪拌均勻。將調(diào)理后的污泥倒入100mL量筒中，靜止放置，觀察泥水界面分離的變化，每5min記錄一次污泥沉降的體積。總時(shí)長(zhǎng)取為1h或1.5h。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用了PAC和FeCl3作無機(jī)調(diào)理劑。因取用污泥批次不同，F(xiàn)eCl3試驗(yàn)組的剩余污泥的污泥比阻為1.62×1010m/kg，初始含水率為98.25%，濾餅含水率為82.64%，濾液濁度7.9NTU。PAC試驗(yàn)組的剩余污泥的污泥比阻為0.70×1010m/kg，初始含水率為98.76%，濾餅含水率為81.23%，濾液濁度3.4NTU。

室溫25℃下進(jìn)行試驗(yàn)，配制濃度為4g/L的PAC溶液，投加量為0～0.036g/mL。配制濃度為10g/L的FeCl3溶液，投加量為0.00～0.16g/mL。分別取200mL試驗(yàn)原泥于燒杯中，按照不同投加量對(duì)分別污泥投加不同量的PAC和FeCl3調(diào)理，污泥在加藥后將燒杯置于六聯(lián)攪拌器上，快速攪拌5min(120r/min)，慢速攪拌10min(40r/min)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過抽濾試驗(yàn)和沉降性試驗(yàn)后測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)(濾餅含水率、污泥比阻、濁度等)。

2.1 污泥過濾性試驗(yàn)

由圖1可知，含水率、污泥比阻、濁度這三個(gè)指標(biāo)具有明顯相關(guān)性。在調(diào)理劑的使用量未滿足最佳投藥量時(shí)，絮體形成不完全；在最佳投藥量下，絮體成形完整，膠體顆粒分散使得大量結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤`水含量減小，此時(shí)污泥過濾性能最佳[4]。超過最佳投藥量時(shí)，成型的污泥絮體失穩(wěn)破壞，隨即裹挾周圍大量自由水，造成污泥脫水性能變差。

當(dāng)FeCl3投加量為0.05g/mL和0.10g/mL時(shí)，污泥過濾效果均較好，但是0.10g/mL用藥量比0.05g/mL增加一倍，藥耗成本大大增加，故選取0.05g/mL作為FeCl3的最佳投藥量，其通過真空泵抽濾得到的濾餅含水率為74%，污泥比阻值為0.721010m/kg，濾液濁度為4.6NTU。經(jīng)計(jì)算FeCl3最佳干投比為50mg/gDS。當(dāng)PAC投加量為0.020g/mL時(shí)，其通過真空泵抽濾得到的濾餅含水率為76.26%，污泥比阻值為0.321010m/kg，濾液濁度為2.3NTU，均在最低值附近。因此確定PAC的最佳干投比為20mg/gDS。

圖1 不同投加量的無機(jī)調(diào)理劑對(duì)污泥過濾性能的影響

2.2 污泥沉降性試驗(yàn)

圖2(a)、(b)為投加不同劑量的FeCl3、PAC后所得的污泥沉降曲線。

從圖2可以看出，投加不同劑量的FeCl3、PAC調(diào)理污泥后，污泥的沉降性得到了不同程度改善。隨FeCl3投加劑量增大，污泥沉降曲線下降趨勢(shì)明顯，在FeCl3投加量為0.16g/mL時(shí)污泥沉降效果最優(yōu)；隨投加PAC劑量增大，污泥沉降曲線由快變慢再變快，在PAC投加量為0.020g/mL，干投比為20mg/gDS時(shí)效果最優(yōu)。將FeCl3和PAC的沉降性曲線作比較，可以明顯看出投加PAC時(shí)的污泥沉降迅速，且沉降程度高，用藥量少。

對(duì)比圖1、2可以發(fā)現(xiàn)，無機(jī)高分子絮凝劑PAC對(duì)剩余污泥的過濾性能和沉降性能(以濾餅含水率、污泥比阻、濁度、沉降性試驗(yàn)為表征)的改善效果要優(yōu)于低分子絮凝劑FeCl3。雖然無機(jī)鹽離子可以提供沉降過程所需要的“骨架”，使污泥沉降性能良好，但是沉降污泥還是分散絮體，對(duì)污泥脫水過程有不良影響，而且不能改善污泥中水分的存在狀態(tài)，最終泥餅含水率還是很高。Fe3+通過電中和、吸附架橋及卷掃作用使膠體凝聚，并形成聚合度很高的Fe(OH)3凝膠；但其腐蝕性較強(qiáng)。PAC易迅速形成大的絮體結(jié)構(gòu)，沉淀性能好，且其腐蝕性小，儲(chǔ)存和使用均方便，對(duì)污水pH值適應(yīng)性相對(duì)較高。PAC在水中發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成的聚合陽離子可對(duì)污泥絮體發(fā)揮類似架橋作用和電中和的作用，有助于污泥沉降和脫水能力的提高。由于PAC具有更強(qiáng)的吸附架橋能力，PAC對(duì)污泥過濾性能和沉降性能的改善方面的效果均優(yōu)于FeCl3。

圖2 不同投加量的無機(jī)調(diào)理劑對(duì)污泥沉降性能的影響

3 總 結(jié)

隨著城市污水處理廠的新建、擴(kuò)建，污泥產(chǎn)量與日俱增，而污泥脫水是剩余污泥處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本試驗(yàn)針對(duì)無機(jī)調(diào)理劑—聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)分別進(jìn)行了單獨(dú)投加時(shí)對(duì)污泥脫水性能影響的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究單獨(dú)投加PAC和FeCl3的原因和目的在于： PAC和FeCl3是廣泛中小城鎮(zhèn)污水處理廠污泥調(diào)理改性的常用藥劑，經(jīng)過試驗(yàn)篩選出最佳藥劑干投比，為中小城鎮(zhèn)污水處理廠組合投加多種藥劑中無機(jī)調(diào)理劑的種類和用量選擇提供參考數(shù)據(jù)，具有實(shí)際工程意義。具體研究結(jié)論如下：

(1)單獨(dú)投加無機(jī)調(diào)理劑三氯化鐵(FeCl3)對(duì)污泥進(jìn)行化學(xué)調(diào)理，當(dāng)FeCl3的干投比為50mg/gDS時(shí)，污泥脫水性能得到了顯著的改善，其污泥比阻值從1.62×1010m/kg降低為0.72×1010m/kg，濾餅含水率以及濾液濁度、T50較原剩余污泥濾液數(shù)值有明顯降低。

(2)單獨(dú)投加無機(jī)調(diào)理劑聚合氯化鋁(PAC)時(shí)，當(dāng)PAC的干投比為20mg/gDS時(shí)，其污泥比阻值從0.70×1010m/kg降低為0.32×1010m/kg，污泥的過濾性和沉降性均得到不同程度的改善。

(3)從污泥調(diào)理情況和經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比兩者，F(xiàn)eCl3調(diào)理污泥時(shí)用量大，單價(jià)高，在處理等量污泥時(shí)，PAC用量小，單價(jià)低，處理成本更低。因此推薦使用PAC作為污泥處理的無機(jī)調(diào)理劑。

[1]Improving material and energy recovery from the sewage sludge and biomass residues[J].Elsevier，2015，269-276.

[2]CJT221-2005城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法[S].2005.

[3]俞庭康，劉濤，沈洪.污泥比阻實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)問題的探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探討，2009，28(1)：68-70.

[4]Anthony D.Stickland，Samuel J.Skinner，Raul G.Cavalida，Peter J.Scales.Optimisation of filter design and operation for wastewater treatment sludge[J].Separation and Purification Technology，2017，01.070.

AnExperimentalStudyonSludgeDewaterabilityImprovementbyAddingSingleInorganicConditioner

WANG Xinyue1HU Hongqi2ZHU Wenfang3

(1.Agricultural University，Shijiazhuang 071001；2.Environmental Protection Monitoring Centre of Anji County，Huzhou，313300；3.Zhejaing University of Science & Technology，Hangzhou 310023)

Dewatering is very important for excess sludge treatment and disposal.The effects on sludge dewaterability are studied through a single chemical conditioning selection，including PAC and FeCl3.The results demonstrate that when adding PAC at the dosage of 20mg/gDS and FeCl3at 50mg/gDS，sludge dewaterability are most improved.It is more inclined to choose PAC for sludge treatment considering the financial cost.

PAC；FeCl3；sludge dehydration；sludge dewaterability

X21

A

1673-288X(2017)05-0174-03

項(xiàng)目資助：浙江省公益計(jì)劃項(xiàng)目，2015C33305

王馨悅，碩士研究生，主要從事污水處理和污泥脫水方向的研究工作

朱文芳，副教授，主要研究方向是污水處理

文獻(xiàn)格式：王馨悅 等.使用無機(jī)調(diào)理劑改善污泥脫水性能的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(5)：174-176.