原狀污泥與淋濾污泥不同脫水方法實驗分析

廖 宇，周展朋

（1.嘉興南洋職業技術學院，浙江嘉興 314000；2.南京鏵順房地產開發有限公司，江蘇南京 210000）

1 背景及意義

目前水污染問題日益嚴重，污泥的處理處置已成為污水處理的一個重要環節[1]。污泥處理處置方法多種多樣，但最終污泥的處理處置以實現減量化、穩定化、無害化和資源化為目標，而其中污泥的減量化是污泥處理過程中最重要的一步[2]。若將污泥含水率降至60%以下，可大幅降低污泥處理的成本[3]。

現階段污水處理廠多采用離心等機械脫水手段，通常能將污泥的含水率降至70%～80%，但不能滿足污泥后續安全處置和資源化利用[4]。因此本文從降低污泥的含水率出發，進行多種脫水實驗，找出一種較優的污泥脫水方式，為污泥脫水提供思路。

2 生物淋濾實驗

有研究發現，經生物淋濾處理后的污泥，其脫水性能得到明顯改善。實驗采用的污泥取自珠海市香洲區拱北水質凈化廠，實驗在一系列500 mL 的燒瓶中加入180 mL 的供試污泥，0.4 g FeSO4·7H2O 和0.4 g硫粉以及20 mL 接種物[5]，以上設置3個重復以及1個空白對照組。燒瓶置于30℃、180 r/min 的恒溫水浴器中持續震蕩，利用氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌生長繁殖產生的生物酸對污泥進行酸化處理。在淋濾過程中，每12 h 用pH 儀測量污泥的pH，使用稱重法補充生物淋濾過程中蒸發散失的水分。當污泥體系pH 降至2.5左右時，認為污泥生物淋濾完成。

3 實驗部分

3.1 實驗材料及儀器

實驗所用的原狀污泥及生物淋濾處理后的污泥，其物理參數如表1所示。

表1 污泥基本物理參數

3.2 重力脫水實驗

本次實驗裝置如圖1所示，開始實驗后每15 min記錄一次脫出水分的質量，當電子天平讀數維持穩定時，重力脫水完成。本次實驗分別進行4次，取4次實驗結果的平均值作為最終實驗結果，采用烘干法測量污泥的最終殘余含水率。

圖1 污泥自重脫水實驗裝置

3.3 離心脫水

本次實驗使用的儀器為上海安亭TDL-40B 低速大容量多管離心機，如圖2所示，離心半徑為10 cm。實驗開始后分別在500 r/min、1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、3 500 r/min、4000 r/min、4 500 r/min、5 000 r/min 的轉速下離心10 min，每組6個樣品，實驗結束后采用烘干法測量污泥的最終殘余含水率。每組試樣分別進行4次，取4次實驗結果的平均值作為最終實驗結果。

圖2 原狀污泥自重脫水結果

圖3 淋濾污泥自重脫水結果

3.4 聚乙二醇溶液滲析

（1）配制吸力值分別為0.1 MPa、1 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、9 MPa 的聚乙二醇溶液。制樣時向每個滲析袋中裝入約25 g 的污泥，將滲析袋中的氣泡趕盡并用滲析夾夾緊兩端，分別放入配制完成的不同濃度的聚乙二醇溶液中。本次制樣共制備84個實驗樣品，其中42個原狀污泥樣品，42個淋濾污泥樣品，共14組，每組6個樣品。

（2）實驗開始后的第一個取樣時間為6 h 后，分別從不同吸力的聚乙二醇溶液中取出一個污泥樣品，取污泥樣品的中間部分使用烘干法測量污泥的殘余含水率，此后每12 h 取出一個污泥樣品并測定其殘余含水率，實驗共進行60 h。本次實驗共進行4次，取4次實驗結果的平均值作為最終實驗結果。污泥樣品及滲析脫水實驗。

4 實驗結果對比分析

4.1 重力脫水實驗

原狀污泥和淋濾污泥的重力脫水實驗結果，如圖2～3所示。分析原狀污泥和淋濾污泥自重脫水曲線，可知自重脫水能在一定程度上降低污泥的含水率，且經生物淋濾處理后的淋濾污泥的自重脫水效果好于原狀污泥自重脫水。

4.2 離心脫水

原狀污泥和淋濾污泥的離心脫水實驗結果，如圖4～5所示。分析原狀污泥和淋濾污泥離心脫水曲線，可知離心脫水能在很大程度上降低污泥的含水率，且淋濾污泥離心脫水穩定時污泥的最終殘余含水率為75.6%，優于原狀污泥的離心脫水效果（77.9%）。

圖4 原狀污泥離心脫水曲線

圖5 淋濾污泥離心脫水曲線

4.3 聚乙二醇溶液滲析脫水

原狀污泥和淋濾污泥的聚乙二醇溶液滲析脫水實驗結果，如圖6～7所示。分析原狀污泥和淋濾污泥滲析脫水曲線，發現淋濾污泥的滲析脫水效果優于原狀污泥。無論是原狀污泥滲析脫水還是淋濾污泥滲析脫水，滲析脫水時間越長，聚乙二醇溶液吸力值越大其脫水效果越好，同時不同吸力值的聚乙二醇溶液的脫水規律隨著時間的變化其走勢大體相同。當聚乙二醇溶液的吸力值＞8 MPa 時，提高溶液吸力值難以大幅提升污泥的脫水效果；而當聚乙二醇溶液的吸力值＜8 MPa 時，污泥的脫水效果隨著聚乙二醇溶液吸力值的提高而顯著提升，如原狀污泥最終殘余含水率由59.8%（吸力值為0.1 MPa）降至38.8%（吸力值為8 MPa）。

圖6 原狀污泥滲析脫水結果

圖7 淋濾污泥滲析脫水結果

取8 MPa 下原狀污泥和淋濾污泥的實驗結果，可以發現在滲析脫水的前36 h，原狀污泥和淋濾污泥滲析脫水曲線的走勢大致相同。其中原狀污泥滲析脫水在進行36 h 后達到脫水極限，淋濾污泥在原狀污泥滲析脫水結束后的12 h 脫水仍在繼續，含水率由34.1%降至33.4%。盡管污泥的含水率只下降了0.7%，但根據前面的實驗結果及污泥中水分的存在形式劃分，可以推測淋濾污泥滲析36 h 后脫出的水分為較難脫出的結合水。

總的來講，原狀污泥和淋濾污泥滲析脫水污泥的最終殘余含水率皆＜60%，滿足污泥后續進一步處理處置的要求，但是此次實驗樣品的尺寸較小（質量25 g，污泥初始厚度約1.5 cm），并不適用于污泥脫水的工業化應用，因此探究聚乙二醇溶液滲析脫水的有效影響范圍對于污泥滲析脫水的工業化應用具有重大的研究意義。

4.4 不同脫水手段脫水結果對比分析

原狀污泥和淋濾污泥在各種脫水手段下污泥最終殘余含水率，如表2～3所示，可以看出各種脫水手段下淋濾污泥的脫水效果皆優于原狀污泥[6]。

表2 原狀污泥不同脫水方式下污泥最終含水率

表3 淋濾污泥不同脫水方式下污泥最終含水率

5 結論與展望

5.1 結論

（1）生物淋濾處理能改善污泥的脫水性能，對污泥的深度脫水十分有利。

（2）對比原狀污泥和淋濾污泥在自重脫水、離心分離以及聚乙二醇溶液滲析法脫水的實驗結果發現：生物淋濾聯合聚乙二醇溶液滲析法脫水效果最優，能將污泥的含水率降至40%以下，實現污泥的深度脫水。

5.2 結束語

（1）生物淋濾法改善污泥的脫水性能，其原因尚不清楚，后續可對原狀污泥和淋濾污泥進行如掃描電鏡等宏微觀研究，來探索污泥經生物淋濾處理后脫水性能改善的原因。

（2）有研究發現聚乙二醇溶液滲析法能將污泥的含水率降至40%以下，實現污泥的深度脫水，但單一滲析法最大的局限在于有效排水范圍有限。生物淋濾聯合聚乙二醇溶液滲析脫水有效排水范圍能達到多大，具有重大研究意義，需要設計實驗來探究。