污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)及深度脫水(下)

董濤，錢秋蘭，胡芝娟，沈序輝，趙利卿

大量實(shí)踐證明，要達(dá)到好的污泥脫水效果，常常需要將無機(jī)混凝劑和有機(jī)絮凝劑結(jié)合使用。趙立志等[19]研究了無機(jī)混凝劑與聚丙烯酰胺系列有機(jī)絮凝劑在處理廢水中的協(xié)同作用。結(jié)果表明：在處理鉆井廢水時(shí)，F(xiàn)eCl3與PAM 系列絮凝劑復(fù)合使用處理效果優(yōu)于單純使用FeCl3的處理效果；為達(dá)到較好的處理效果，應(yīng)先加無機(jī)混凝劑；PAM 相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)大于500 萬，才能有比較好的絮凝效果。劉立華[20]等對(duì)二甲基二烯丙基氯化銨與聚合硫酸鐵單獨(dú)及組合使用時(shí)污泥的脫水性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明，二者復(fù)配對(duì)污泥比阻的降低和濾液濁度與COD 的去除效果最好，二者組合使用時(shí)，所需用量僅為單獨(dú)使用的一半。林紅藝[21]采用聚合氯化鋁鐵與PAM 復(fù)合絮凝劑進(jìn)行脫水調(diào)理試驗(yàn)，污泥含水率可從91.8%降至86.8%，污泥體積則由原先的45%降至28%。復(fù)合藥劑無機(jī)與有機(jī)的最佳配比（質(zhì)量比）為100：l；而且在相同的處理?xiàng)l件下，采用復(fù)合絮凝劑不但較大幅度提高處理效果，而且藥劑成本比單一采用無機(jī)藥劑有所降低。孔樂等[22]采用“陽離子聚丙烯酰胺+鐵鹽”和“石灰（氫氧化鈣）+鐵鹽”不同的加藥方案，在移動(dòng)式板框脫水機(jī)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明陽離子PAM 可大幅度提升設(shè)備處理能力。在相同的設(shè)備條件和運(yùn)行周期下，陽離子PAM 產(chǎn)生的泥餅更干，處理泥量比用石灰加藥時(shí)提高20%以上。結(jié)果顯示，陽離子聚丙烯酰胺和鐵鹽聯(lián)用，一般情況下泥餅含固率高于40%，最高能達(dá)到52%?！拌F鹽+陽離子聚丙烯酰胺”方式較之“鐵鹽+石灰”方式，雖然絮凝劑部分的成本偏大，但泥餅增容小。

（2）助凝劑和助濾劑

凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學(xué)藥劑均可稱為助凝劑。助凝劑本身可以起凝聚作用，也可不起凝聚作用，但與混凝劑一起使用時(shí)，它能促進(jìn)水的混凝過程，產(chǎn)生大而結(jié)實(shí)的礬花。助凝劑可以分成三類：酸、堿類，用以調(diào)整水的pH 值，借以控制良好的反應(yīng)條件，最常用的是石灰；絨粒核心類，用以增加礬花的骨架材料和改善礬花的結(jié)構(gòu)，加大礬花的粒度和結(jié)實(shí)性，如粉煤灰、木屑、活化硅酸、粘土或沉泥等；氧化劑類，可用來破壞起干擾作用的有機(jī)物，如投加表面活性劑Cl2、O3等。

用硫酸對(duì)活性污泥進(jìn)行脫水前預(yù)處理，可使污泥中水分分布發(fā)生有利于機(jī)械脫水的變化，即結(jié)合水含量減少、可脫水程度增大，從而改善活性污泥脫水效果。只加陽離子PAM對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，經(jīng)過板框壓濾脫水后泥餅含水率為76.14%，經(jīng)過酸化預(yù)處理后再加陽離子PAM 可以使泥餅含水率降至70.24%。無論是過濾脫水還是離心脫水，酸處理對(duì)污泥脫水速率都沒有太大影響，卻可以提高污泥可脫水程度[23]。表面活性劑通過作用于污泥絮體中的胞外聚合物（ECP），可溶解有高度水合作用的ECP，使污泥絮體結(jié)構(gòu)分散解體，釋放出原絮體內(nèi)部的結(jié)合水[24～26]。污泥進(jìn)行酸處理時(shí)，H+與污泥的結(jié)合，改變了污泥的表面電荷特性，促進(jìn)了污泥絮體間進(jìn)一步的絮凝，使ECP發(fā)生水解，降低了絮體對(duì)水的親和力，從而提高了污泥的可脫水程度[27]。毛細(xì)水占污泥中水分的比例很小，因此，無論是采用酸還是采用表面活性劑對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，提高污泥脫水性的能力都相對(duì)有限，必須結(jié)合其他的調(diào)質(zhì)過程[28]。但同時(shí)應(yīng)該明確的是，酸處理或表面活性劑預(yù)處理過程都會(huì)引起濾液COD的升高[29]。

生石灰的作用不僅是調(diào)節(jié)pH，而且可以像粉煤灰等一樣作為污泥礬花的骨架材料，改善礬花的結(jié)構(gòu)，增加礬花的粒度，降低濾餅的可壓縮性。通過透射電鏡觀察經(jīng)氯化鐵和氧化鈣調(diào)質(zhì)的污泥的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)氯化鐵和氧化鈣都具有骨架作用[30]。黃蘭[31]將粉煤灰及酸化粉煤灰按10%投加，既可改善污泥脫水性能，又可減少脫水過程中磷和氨氮隨污泥脫水濾液的流失。楊斌等[32]進(jìn)行污泥脫水的粉煤灰（含粗、細(xì)）、生石灰投加實(shí)驗(yàn)。單獨(dú)投加實(shí)驗(yàn)表明，在投量10g/100ml 時(shí)，細(xì)粉煤灰能使比阻值降低91.8%，效果稍差于生石灰，且細(xì)粉煤灰降低泥餅含水率的效果最好。聯(lián)合、單獨(dú)投加對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，投量10g/100ml 時(shí)，粉煤灰與生石灰以1：1（質(zhì)量比）聯(lián)合投加可使比阻值降低99.8%，效果好于二者單獨(dú)投加，但聯(lián)合投加降低泥餅含水率的效果不如單獨(dú)投加粉煤灰，僅與生石灰的效果相當(dāng)。污泥不經(jīng)調(diào)質(zhì)過程，直接進(jìn)行脫水，在高的壓力下，濾餅中的濾液流動(dòng)通道縮小，濾液的流動(dòng)阻力急劇增大，透水性變得極差。污泥有非常大的可壓縮性，因而想要達(dá)到較低的含水率是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)在污泥中添加粉煤灰類物質(zhì)后，在脫水過程中能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性及較低的流體阻力，從而降低泥餅的含水率[33]。因此，嚴(yán)格意義上講，粉煤灰類物質(zhì)更像是助濾劑而不是助凝劑。一般來說，此類物質(zhì)的用量均比較大，會(huì)引起比較明顯的增容作用[34]，有稀釋作用大于調(diào)質(zhì)作用之嫌。

3.3.2 影響化學(xué)調(diào)質(zhì)的因素

影響調(diào)質(zhì)效果的因素比較復(fù)雜，主要包括：水溫、pH、污泥性質(zhì)和濃度、混凝劑的種類投加量、絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。

王昭君和閨洪坤[35]采用陽離子型PAM（分子量約1200 萬、離子度60%），研究了污泥濃度、溫度、藥劑濃度及污泥有機(jī)份對(duì)污泥脫水絮凝劑投加量的影響。結(jié)果表明：當(dāng)污泥濃度在一定范圍內(nèi)時(shí)，可以達(dá)到較穩(wěn)定的處理效果。若污泥濃度增加過高，則投配率上升，且處理效果變差；溫度升高，處理效果改善，夏季運(yùn)行時(shí)的絮凝劑投加量小于冬季；污泥有機(jī)份對(duì)投配率影響較大，有機(jī)份升高，投配率增大。鄭懷禮等[36]研究了陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）調(diào)質(zhì)濃縮污泥脫水的一些影響因素，如藥劑投加量、污泥pH 值、環(huán)境溫度、攪拌條件等，并探討了污泥絮凝脫水機(jī)理。研究表明：CPAM 作為濃縮污泥脫水劑，在優(yōu)化投加量、污泥pH 值5.0～7.5、低速攪拌時(shí)，有較好的脫水效果；環(huán)境溫度夏天優(yōu)于冬天處理。王志東[37]在研究無機(jī)和有機(jī)絮凝劑投加到剩余污泥的次序時(shí)發(fā)現(xiàn)，先投加無機(jī)絮凝劑再投加有機(jī)絮凝劑污泥的脫水效果顯著。

水溫控制在20～30℃為宜，溫度過低混凝劑的水解速度慢，混凝效果明顯降低，生成的絮體小而松散，不易沉降；溫度過高（＞35℃）又會(huì)破壞絮體結(jié)構(gòu)，使絮體變?yōu)樗閴K漂浮。

目前，大多數(shù)鋁系、鐵系的機(jī)絮凝劑偏酸性，而PAM 則偏堿性，兩者對(duì)pH 值都有一定的要求。污水的pH 值在8.5 以上時(shí)就會(huì)影響有機(jī)高分子的水解作用，也影響其絮凝效果。而從鋁系、鐵系的水解反應(yīng)可知，每一個(gè)水解過程都與H+有關(guān)，試驗(yàn)表明污泥混凝脫水最佳pH 值為6.5～8.0。

混凝過程需要經(jīng)混合和絮凝兩個(gè)階段。在混合階段并不要求形成大的絮體，當(dāng)混凝劑投入水中后則需激烈攪拌以使藥劑迅速而均勻地?cái)U(kuò)散到水中（即快速混合）；在絮凝階段則要求水力紊動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，并延長停留時(shí)間，以使絮體之間產(chǎn)生更多的碰撞機(jī)會(huì)和良好的吸附條件，使微小的初級(jí)絮體繼續(xù)凝聚成為大絮體而沉降，這就是混凝工藝對(duì)水力條件的要求。

復(fù)合混凝劑是無機(jī)混凝劑、助凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑的組合，對(duì)污泥中的有機(jī)物所構(gòu)成的分散系具有破壞其雙電層結(jié)構(gòu)的高效絮凝作用。但當(dāng)有機(jī)高分子絮凝劑過早地與無機(jī)混凝劑混合時(shí)，會(huì)使有機(jī)高聚物凝固而喪失其絮凝作用，特別是鐵鹽和PAM 的衍生物聯(lián)合使用時(shí)，由于鐵會(huì)引起PAM 降解，更應(yīng)特別注意。因此，兩種混凝劑不能同時(shí)在同一地點(diǎn)投加，必須分批加入才能充分發(fā)揮無機(jī)與有機(jī)兩種混凝劑各自的作用。

4 污泥深度脫水與普通脫水的不同

目前，污泥深度脫水與普通脫水并沒有明顯的界定。從污水處理廠經(jīng)調(diào)質(zhì)壓濾后，污泥的含水率在80%左右。只有將污泥的含水率降至60%以下，才屬于深度脫水的范疇。可以人為地將60%的含水率脫水效果作為界定污泥深度脫水和普通脫水的分界點(diǎn)。

依據(jù)環(huán)保政策的要求，國內(nèi)對(duì)污泥脫水的研究多集中在普通脫水，對(duì)深度脫水關(guān)注較少，而對(duì)普通脫水的一些研究結(jié)論并不能完全適用于深度脫水。比如在污泥普通脫水時(shí)，認(rèn)為PAM 類高分子有機(jī)絮凝劑的效果和脫水成本遠(yuǎn)低于無機(jī)混凝劑，但對(duì)于污泥深度脫水，使用有機(jī)高分子絮凝劑是不可能達(dá)到低含水率要求的。有機(jī)高分子絮凝劑能加速污泥的沉降，但對(duì)污泥自由水的含量影響不大，因此無法提高污泥的脫水程度[38]。深度脫水則必須要使部分毛細(xì)水和結(jié)合水變成自由水，否則無法滿足低含水率的要求。此外，有機(jī)高分子絮凝劑的主要作用是架橋絮凝作用，使污泥絮體盡可能增大并沉降，但增大的污泥絮體也會(huì)使更多的水分包含在絮體中，不易被脫除[39]。從這個(gè)角度講，有機(jī)高分子絮凝劑反而對(duì)深度脫水不利。

因此，在污泥深度脫水時(shí)，鐵鹽和石灰的組合更優(yōu)于高分子絮凝劑。目前用于深度脫水的配方也都是以鐵鹽+生石灰的組合為主。廣州普得環(huán)保[7]對(duì)已脫水泥餅進(jìn)行二次深度脫水，調(diào)質(zhì)添加劑含F(xiàn)e3+鹽0.3%～2%和Ca2+鹽0.5%～5%。首先將污泥稀釋為含水90%，按濕基比例，先加入鐵鹽，攪拌若干分鐘后，再加入鈣鹽，攪拌后采用板框機(jī)在1.5～2.5MPa 下保壓30～70min，可脫水至含固率35%～45%。謝小青等[40]以FeCl3和CaO 對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)，采用高壓隔膜廂式壓濾機(jī)研究污泥的深度脫水效果，結(jié)果表明，污泥經(jīng)深度脫水后，泥餅含水率＜60%。調(diào)質(zhì)過程提高了泥餅的透氣性，自然放置7d 后，含水率可進(jìn)一步降至45%左右，且泥餅基本無臭味，20d 后，泥餅含水率降至14.5%。污泥普通脫水最常用的帶式壓濾機(jī)和離心式脫水機(jī)不能達(dá)到深度脫水的要求，因此深度脫水一般都采用板框壓濾機(jī)或者隔膜壓濾機(jī)?？偠灾勰嗟纳疃让撍推胀撍泻芏嗟牟煌?，對(duì)污泥普通脫水時(shí)得到的結(jié)論或研究成果，用于深度脫水時(shí)要謹(jǐn)慎對(duì)待。

5 結(jié)語

我國污泥產(chǎn)生量已達(dá)到3000 萬噸/年（以含水率80%計(jì)），如果污泥通過干化使含水率降至30%，則需要大量的能耗和電耗。采用化學(xué)調(diào)質(zhì)+機(jī)械壓濾的方式先將污泥含水率降到55%以下，避開污泥的粘滯區(qū)，再采用廢煙氣余熱進(jìn)行干化，則可以顯著降低污泥脫水的成本。但是采用化學(xué)調(diào)質(zhì)對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水是一個(gè)新課題，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐，才能實(shí)現(xiàn)污泥的成本最優(yōu)處置。

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