使用無機調(diào)理劑改善污泥脫水性能的試驗研究

王馨悅 胡紅旗 朱文芳

(1.河北農(nóng)業(yè)大學，河北 保定 071001；2.安吉縣環(huán)境保護監(jiān)測站，浙江 湖州 313300；3.浙江科技學院，浙江 杭州 310023)

使用無機調(diào)理劑改善污泥脫水性能的試驗研究

王馨悅1胡紅旗2朱文芳3

(1.河北農(nóng)業(yè)大學，河北 保定 071001；2.安吉縣環(huán)境保護監(jiān)測站，浙江 湖州 313300；3.浙江科技學院，浙江 杭州 310023)

污泥脫水是剩余污泥處理的關鍵環(huán)節(jié)。試驗對無機調(diào)理劑——聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)分別進行了單獨投加時對污泥脫水性能影響的試驗研究。結(jié)果顯示，當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，污泥脫水性能改善最明顯。從經(jīng)濟成本角度考慮，使用PAC進行污泥調(diào)理更為經(jīng)濟合適。

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、擴建，污泥產(chǎn)量與日俱增，污泥脫水是污泥處理關鍵。據(jù)國家統(tǒng)計局2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國廢水排放總量達到735.3億噸，城市污水日處理能力為16065萬m3。本試驗研究單獨投加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調(diào)理劑的種類和用量選擇提供參考數(shù)據(jù)，具有實際工程意義。

1 試驗材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1 剩余污泥

試驗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小的親水性有機污泥，可壓縮性較差，脫水效果差。污泥取回后及時測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)隨時間變化對可試驗結(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間均控制在2d內(nèi)。

1.1.2 無機調(diào)理劑

PAC和FeCl3常用于污泥化學調(diào)理改性。試驗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 試驗項目及方法

1.2.1 污泥過濾性試驗

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

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

(3)濾液濁度：通過抽濾試驗得到濾液，使用散射光濁度計測其濾液的濁度。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)合能力的強弱。

(4)抽濾試驗：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)試驗數(shù)據(jù)，繪制V與t/V關系曲線。

表1 無機調(diào)理劑

1.2.2 污泥沉降性試驗

污泥沉降性試驗能夠反映污泥脫水性能的好壞。試驗搖勻污泥后，取200mL置于燒杯中，按照試驗設計比例對污泥調(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?？倳r長取為1h或1.5h。

1.3 試驗設計

試驗選用了PAC和FeCl3作無機調(diào)理劑。因取用污泥批次不同，F(xiàn)eCl3試驗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℃下進行試驗，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試驗原泥于燒杯中，按照不同投加量對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 試驗結(jié)果分析

經(jīng)過抽濾試驗和沉降性試驗后測定各項指標(濾餅含水率、污泥比阻、濁度等)。

2.1 污泥過濾性試驗

由圖1可知，含水率、污泥比阻、濁度這三個指標具有明顯相關性。在調(diào)理劑的使用量未滿足最佳投藥量時，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?，束縛水含量減小，此時污泥過濾性能最佳[4]。超過最佳投藥量時，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FeCl3投加量為0.05g/mL和0.10g/mL時，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)計算FeCl3最佳干投比為50mg/gDS。當PAC投加量為0.020g/mL時，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 不同投加量的無機調(diào)理劑對污泥過濾性能的影響

2.2 污泥沉降性試驗

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明顯，在FeCl3投加量為0.16g/mL時污泥沉降效果最優(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時的污泥沉降迅速，且沉降程度高，用藥量少。

對比圖1、2可以發(fā)現(xiàn)，無機高分子絮凝劑PAC對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、沉降性試驗為表征)的改善效果要優(yōu)于低分子絮凝劑FeCl3。雖然無機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。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，儲存和使用均方便，對污水pH值適應性相對較高。PAC在水中發(fā)生轉(zhuǎn)化，生成的聚合陽離子可對污泥絮體發(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具有更強的吸附架橋能力，PAC對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 不同投加量的無機調(diào)理劑對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、擴建，污泥產(chǎn)量與日俱增，而污泥脫水是剩余污泥處理的關鍵環(huán)節(jié)。本試驗針對無機調(diào)理劑—聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵(FeCl3)分別進行了單獨投加時對污泥脫水性能影響的試驗研究。試驗研究單獨投加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調(diào)理劑的種類和用量選擇提供參考數(shù)據(jù)，具有實際工程意義。具體研究結(jié)論如下：

(1)單獨投加無機調(diào)理劑三氯化鐵(FeCl3)對污泥進行化學調(diào)理，當FeCl3的干投比為50mg/gDS時，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)單獨投加無機調(diào)理劑聚合氯化鋁(PAC)時，當PAC的干投比為20mg/gDS時，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)濟成本對比兩者，F(xiàn)eCl3調(diào)理污泥時用量大，單價高，在處理等量污泥時，PAC用量小，單價低，處理成本更低。因此推薦使用PAC作為污泥處理的無機調(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方法[S].2005.

[3]俞庭康，劉濤，沈洪.污泥比阻實驗中幾個問題的探討[J].實驗室研究與探討，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

項目資助：浙江省公益計劃項目，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

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