化學調理城市剩余污泥脫水性能研究

尹翠琴 涂敏 汪文 王萌 曾娜娜 陳俊

摘 要：以城市污水處理廠二沉池剩余污泥為研究對象，通過臭氧催化劑以及超聲波和臭氧作用，并結合單因素分析法和響應曲面法研究城市剩余污泥脫水性能。結果表明：超聲波聯合多相臭氧催化氧化污泥的最佳試驗條件為：超聲波作用4.02min，臭氧濃度507.81mg/h，投加臭氧催化劑的量為0.48g，污泥比阻值為0.26×109s2/g，此時污泥易過濾脫水。

關鍵詞：脫水性能；污泥比阻；化學調理；響應曲面

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）11-0065-02

Abstract：The dewatering performance of surplus sludge in urban sewage treatment plant was studied by catalytic oxidation，ultrasonic and ozone，and combined with single factor analysis and response surface method.The results showed that when the ultrasonic action time was 4min，the ozone concentration was 507.81mg/h，the amount of the ozonation catalyst was 0.48g，specific resistance of sludge was 0.26×109 s2/g，the sludge was easily filtrated and dehydrated.

Key words：Dewatering performance；Specific resistance；Chemical conditioning；Response surface

城市污水剩余污泥處理成本高，占污水處理廠處理總成本的一半甚至更多，污泥處理逐漸成為污水處理廠最為棘手的問題。因此，研究如何增強城市污水處理廠的剩余污泥脫水性能是一個非常重要的課題[1]。

污泥脫水調理主要是利用化學法、物理法、生物法或者化學物理聯合方法，以降低其含水率。為提高機械脫水的效率，國內外大多采用投加調理劑的方式，使污泥顆粒間的膠體形式得到破壞，降低污泥顆粒的親水性[2-4]。本研究采用臭氧氧化劑等聯合工藝，并結合單因素法和響應曲面法對城市污水剩余污泥進行研究[5-6]。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

1.1.1 儀器 DK2-2水浴恒溫振蕩器，上海南榮實驗設備有限公司生產；TD-3500超聲波清洗儀上海南榮實驗設備有限公司生產；500mg/h臭氧發生器，南京易德高臭氧有限公司生產；HAD-TG-250污泥比阻儀，北京恒奧德儀器儀表有限公司生產。

1.1.2 實驗材料 實驗所用剩余污泥取自合肥市國禎環保經開區生活污水處理廠的二沉池剩余污泥，實驗開展前未進行任何處理。

1.2 實驗方法 通過測定污泥比阻的大小，并通過Design-Expert 8.0.6Trial 軟件設計和分析實驗來判斷污泥脫水的性能[7]。臭氧催化劑通過煅燒碳化制得。

2 結果與分析

2.1 不同超聲波作用時間對污泥脫水性能的影響 取250mL污水處理廠二沉池剩余污泥于燒杯中，利用超聲波處理，結果如圖1所示。由圖1可知，在2min時間內，隨著超聲波作用時間的增加，污泥比阻值越來越大，但是隨著作用時間的持續，超聲波作用的效果越來越好，并在5min時達到最佳處理效果，此時的污泥比阻值為0.052×1010s2/g，泥餅含水率為71.33%，屬于中等難度可過濾的污泥。

2.2 不同臭氧濃度對污泥脫水性能的影響 取250mL污水處理廠二沉池剩余污泥于燒杯中，利用不同濃度臭氧處理，結果如圖2所示。由圖2可知，隨著臭氧濃度的增加，污泥脫水性能呈先提高后降低的趨勢，在臭氧濃度為1000mg/h時，處理效果最好，此時污泥比阻為0.59×1010s2/g，為中等難度可過濾的污泥。在臭氧濃度超過1000mg/h之后，污泥脫水性能逐漸變差，加入臭氧濃度為2500mg/h時，污泥比阻為0.178×1010s2/g，已經是難過濾污泥了，這和高濃度臭氧致使有機物氧化有關。

2.3 單獨使用污泥炭載鐵催化劑對污泥脫水性能的影響 取250mL城市污水處理廠剩余污泥于燒杯中，分別投加別投加0、1%、3%、5%的污泥炭載鐵臭氧催化劑1g、3g、5g，充分反應30min之后，測定污泥比阻，結果如圖3所示。由圖3可知，相同濃度的載鐵催化劑隨著投加量的增加，污泥比阻減小，經濃度為3%的污泥炭載鐵催化劑處理之后的污泥比阻達到0.055×1010s2/g，泥餅含水率為72.28%，屬于中等難度可過濾的污泥。投加量相同時，載鐵臭氧催化劑濃度越大，污泥脫水性能越好。

2.4 響應曲面法超聲波聯合多相臭氧催化氧化調理污泥脫水性能 采用響應曲面法對3種方法聯合調理污泥脫水性能進行研究，響應曲面如圖4所示。圖4為改變臭氧超聲或者載鐵濃度其中1個變量的計算過程（其中縱坐標為污泥比阻值），經過Design-Expert 8.0.6 Trial軟件的嚴密計算和統計最后得出41組數據，從得到的數據結果中可知，在超聲波作用4.02min、臭氧濃度507.81mg/h、投加催化劑的量為0.48g時得到的污泥比阻值為0.26×109s2/g，此時的條件即最佳調理條件。

3 結論

實驗表明，污泥炭載鐵催化劑，聯合超聲波和臭氧，能有效提高污泥脫水性能，單獨使用某一條件對污泥脫水性能有一定的改善，但是并不能達到很理想的結果，通過超聲波聯合多相臭氧催化氧化調理污泥，采用響應曲面法可以獲得最佳實驗條件，污泥比阻值達到最低值0.26×109s2/g（當比阻值低于0.04×1010s2/g即為易過濾污泥），污泥脫水性能最佳。

參考文獻

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（責編：張宏民）