H2O2聯合PAC對剩余污泥減量化的研究

陳 坤，朱艷紅，康婷婷，許翠紅，武紅娟

(蚌埠圻潤環境工程科技有限公司，安徽 蚌埠233000)

0 引言

據統計截至2017年，全國城鎮累計建成運行污水處理廠4 063 座，污水處理能力達1.78 億m3/d，年產生含水率80%的污泥可達5 000余萬噸[1]，污泥的處理處置迫在眉睫，對于污泥處理首先要解決的就是污泥脫水問題。污泥中的水一般劃分為表面吸附水、空隙水、毛細結合水和內部結合水，其中內部結合水是污泥脫水的極限值，只有采用溶胞技術將污泥中的微生物的細胞壁溶解，才能將結合水從細胞內部釋放出來[2-3]。根據溶胞方式有物理、化學和生物法。其中污泥化學溶胞方式具有脫水處理效果好、操作方便等優點一直是研究的熱點[4-6]。而H2O2作為一種綠色氧化劑具有強氧化性，與還原性雜質如有機物反應易分解釋放氧氣。在污泥脫水中，其可以有效地破解細胞壁，使污泥內部水釋放出來，達到溶胞的作用，由于其還原產物為水，在處理過程中也不會帶來二次污染[7]。因此本實驗研究使用雙氧水調質處理剩余污泥，利用其強氧化性使胞外聚合物溶解，以及破解微生物細胞壁，使細胞內的各種有機質釋放出來，同時也把難降解的有機物轉化為易降解的有機物，便于污泥的后續處理，再結合混凝劑PAC對污泥進行脫水，從而在總體上對污泥進行減量。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

實驗污泥取自蚌埠某污水處理廠帶式壓濾機初步脫水后的污泥，含水率在80%左右，pH值范圍6.5～7。

主要試劑：H2O2(濃度30%)、鹽酸(濃度2 mol/L)、固體PAC(有效鋁含量28%)。

主要儀器：哈希水質分析儀(DR500型，美國哈希公司)；鹵素水分測定儀(HX204型，梅特勒-托利多公司)，無油壓力真空泵、pH計。

1.2 實驗方法

實驗當天從污水處理廠取污泥(含水率80%左右)，配制成含水率90%的泥水混合物400 g。攪拌均勻后，在不同pH、反應時間、H2O2投加量、PAC投加量條件下處理剩余污泥后，保持真空700 mmHg下抽濾20 min。

1.3 分析項目和方法

SCOD是H2O2反應后污泥經0.45 μm濾膜過濾所得濾液用哈希測定儀測定。濾餅含水率是調質后污泥經20 min真空抽濾后用含水率測定儀測定。

2 結果與討論

2.1 H2O2投加量對污泥溶胞和脫水影響

考察H2O2投加量對污泥溶胞和脫水效果的影響，在不改變原泥pH的條件下，調節H2O2的投加體積比為0、0.5%、1%、1.5%、2%，反應20 min后真空抽濾，取濾液和濾餅，分別測定SCOD和含水率，結果如圖1所示。

實驗中當H2O2超過0.5%時，抽濾20 min后污泥仍過于柔軟，含水率隨著投加量的增加逐漸升高，均超過80%以上。從圖1中可以看出，相比不投加H2O2，投加H2O2后SCOD有明顯的增加，在投加量為0.5%的時候值最高，原因可能是當H2O2投加量小時，H2O2基本上消耗在破壁和溶胞上；當H2O2投加量繼續增加時，SCOD沒有增加，可能是因為一部分H2O2發生無效分解，一部分繼續氧化溶胞后的物質使其進一步分解成小分子物質[8]。從含水率來看，投加H2O2污泥含水率普遍升高，即投加H2O2會使污泥脫水速率降低，可能是投加H2O2后增加了污泥的溶胞效果，在污泥溶胞后產生了影響污泥脫水速率的物質，如溶胞會導致污泥中可溶性蛋白質和多糖含量升高，從而導致污泥粘性增強，污泥脫水阻力變大[9]。因此單純地投加H2O2，在污泥中只能起到氧化改性污泥的作用，對污泥的后續脫水速率改善還需進一步結合其它物質。

2.2 H2O2反應時間對污泥溶胞和脫水的影響

考察H2O2反應時間對污泥溶胞和脫水效果的影響，不改變原泥pH，H2O2投量為0.5%，控制反應時間為5、10、15、20、30 min后真空抽濾，取濾液和濾餅，分別測定SCOD和含水率，結果如圖2所示。

由圖2可知，SCOD在10 min左右基本達到穩定，10 min后SCOD變化較緩，可能原因是H2O2在10 min左右基本上反應完全。含水率隨反應時間改變基本無變化，說明H2O2在10 min左右基本對污泥改性完成，繼續延長反應時間對污泥脫水速率的影響有限。

2.3 H2O2聯合PAC對污泥脫水效果的影響

雖然單獨投加H2O2不能改善污泥的脫水效果，但H2O2具有氧化破解污泥作用，能降低污泥中的有害物質，有利于后續污泥的處置，因此考慮聯合混凝劑去改善污泥的脫水性能，達到剩余污泥減量的目的。有研究表明[10-12]，PAC 能夠改變污泥的絮體結構，改善其脫水性能、脫水速度和沉降性能且價格便宜。因此考慮H2O2聯合PAC去改善污泥的脫水性能。在H2O2的投加體積比為0.5%，反應時間為10 min的條件下，分別考察PAC投加量為絕干泥質量百分比在2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%對脫水效果的影響。結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著PAC的投加量增大，含水率逐漸降低，但隨著PAC投加量的增大，含水率的降低幅度變小，當投加量超過7%時含水率反而有升高的趨勢，分析原因可能是高分子混凝劑PAC進入污泥體系中，高價離子的交換和吸附作用，使污泥顆粒雙電層結構的擴散層減小，電動電勢降低，直到電動電勢降為零，這時，膠粒的正負電荷相等，膠粒變為電中性，降低膠粒之間的排斥作用，使污泥顆粒更容易凝聚，但當投加量過多時，會破壞電中性，又重新增加了膠粒之間排斥作用。因此含水率會隨PAC的投加而逐漸下降至趨于穩定，繼續增加投加量甚至會惡化。本實驗H2O2與PAC聯用時，PAC最佳投加量為絕干泥質量的7%。

2.4 初始pH對H2O2聯合PAC處理污泥效果的影響

考察不同初始反應pH是否影響H2O2聯合PAC對污泥的處理效果，由于在堿性條件下不利于H2O2的反應，因此本實驗控制H2O2投加體積比為0.5%，PAC投加干泥比為7%，選取初始pH在酸性條件下4.5、5.5、6.5的反應情況。結果如圖4所示。

由圖4可知，不同初始pH條件下，污泥含水率差異不大，即實驗中改變反應體系初始pH對后續污泥調質未有明顯改善作用。理論上酸性有利于增強H2O2的氧化作用，且酸性條件下對污泥也有一定破解效果，二者同時作用應該加強污泥破解，但本實驗結果未體現此作用，可能原因是本實驗pH設定較高，但如果繼續降低pH會導致回調堿投加過多不利于后續污泥的處置，因此本實驗不考慮pH較低的情況。實驗中還發現隨著初始pH降低，試劑反應完后污泥混合液的pH下降幅度變小，當初始pH在4.5左右時，反應完后混合液pH基本不變化，可能與PAC在不同pH環境下水解程度有關。

3 結論

(1)H2O2具有良好的溶胞效果，本實驗在體積投加百分比為0.5%、反應時間為10 min時對污泥有最好的破解溶胞效果，處理后SCOD溶出率提高了3倍左右。H2O2的投加會使污泥脫水效果降低，投加量越大脫水效果越差。

(2)H2O2聯合PAC對污泥脫水有較好的改善作用，對于含水率在80%的原泥，在調質后經真空抽濾含水率最高能下降15個百分點左右。污泥含水率會隨著PAC投加量的增加而降低，繼續增加PAC投加量，含水率下降幅度逐漸降低，當PAC投加量超過一定值時含水率會惡化。本實驗PAC最佳投加量為絕干泥質量的7%。實驗中改變初始pH在4.5～6.5對后續H2O2聯合PAC改善污泥脫水效果基本沒有影響。