化學(xué)調(diào)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(jié)合單因素分析法和響應(yīng)曲面法研究城市剩余污泥脫水性能。結(jié)果表明：超聲波聯(lián)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(guān)鍵詞：脫水性能；污泥比阻；化學(xué)調(diào)理；響應(yīng)曲面

中圖分類號 X703 文獻(xiàn)標(biāo)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(qiáng)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(diào)理主要是利用化學(xué)法、物理法、生物法或者化學(xué)物理聯(lián)合方法，以降低其含水率。為提高機(jī)械脫水的效率，國內(nèi)外大多采用投加調(diào)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(lián)合工藝，并結(jié)合單因素法和響應(yīng)曲面法對城市污水剩余污泥進(jìn)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(shè)備有限公司生產(chǎn)；TD-3500超聲波清洗儀上海南榮實驗設(shè)備有限公司生產(chǎn)；500mg/h臭氧發(fā)生器，南京易德高臭氧有限公司生產(chǎn)；HAD-TG-250污泥比阻儀，北京恒奧德儀器儀表有限公司生產(chǎn)。

1.1.2 實驗材料 實驗所用剩余污泥取自合肥市國禎環(huán)保經(jīng)開區(qū)生活污水處理廠的二沉池剩余污泥，實驗開展前未進(jìn)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(shè)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(jié)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(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在2min時間內(nèi)，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(xù)，超聲波作用的效果越來越好，并在5min時達(dá)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(jié)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(jīng)是難過濾污泥了，這和高濃度臭氧致使有機(jī)物氧化有關(guān)。

2.3 單獨(dú)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(yīng)30min之后，測定污泥比阻，結(jié)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(jīng)濃度為3%的污泥炭載鐵催化劑處理之后的污泥比阻達(dá)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(yīng)曲面法超聲波聯(lián)合多相臭氧催化氧化調(diào)理污泥脫水性能 采用響應(yīng)曲面法對3種方法聯(lián)合調(diào)理污泥脫水性能進(jìn)行研究，響應(yīng)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(biāo)為污泥比阻值），經(jīng)過Design-Expert 8.0.6 Trial軟件的嚴(yán)密計算和統(tǒng)計最后得出41組數(shù)據(jù)，從得到的數(shù)據(jù)結(jié)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(diào)理條件。

3 結(jié)論

實驗表明，污泥炭載鐵催化劑，聯(lián)合超聲波和臭氧，能有效提高污泥脫水性能，單獨(dú)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(dá)到很理想的結(jié)果，通過超聲波聯(lián)合多相臭氧催化氧化調(diào)理污泥，采用響應(yīng)曲面法可以獲得最佳實驗條件，污泥比阻值達(dá)到最低值0.26×109s2/g（當(dāng)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(xiàn)

[1]馬娜，陳玲，熊飛.我國城市污泥的處置與利用[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2003，12（1）：92-95.

[2]Neyens E，Baeyens J.A review of thermal sludge pre-treatment processes to improve dewaterability[J].Journal of Hazardous Materials，2003，98（1-3）：51-67.

[3]肖航，楊碩，史佳晟，等.城市污泥脫水速率與泥餅含水率的表征差異性研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，36（2）：564-568.

[4]桂軼，孫世群.城市生活污水污泥處理方法研究——以合肥市為例[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2007，13（23）：57-59.

[5]呂凱，季文芳，韓萍芳，等.超聲、臭氧處理石化污水廠剩余活性污泥研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（5）：907-910.

[6]袁文兵，吳金苗，劉亮，等.氯化鐵/臭氧組合工藝改善活性污泥性質(zhì)的研究[J].工業(yè)水處理，2016，36（4）：73-76.

[7]李亞林，劉蕾，魏添，等.電滲透污泥脫水的影響因素分析及響應(yīng)曲面優(yōu)化[J].應(yīng)用化工，2017，46（1）：127-131.

（責(zé)編：張宏民）