絮凝劑對市政污泥脫水性能的影響

摘要：以某市政污水處理廠濃縮池污泥為研究對象，以污泥沉降比、污泥比阻（SRF）為指標，研究了聚丙烯酰胺（PAM）對污泥脫水性能的影響，探討了助凝劑生石灰對污泥脫水性能的影響。結(jié)果表明：PAM作污泥調(diào)理劑的最佳投加量為40mg/L且生石灰聯(lián)合PAM作為污泥的調(diào)理劑脫水效果更好。生石灰10g/L、PAM 20mg/L為最佳污泥調(diào)理藥劑組合。

關鍵詞：市政污泥脫水；沉降性能；污泥比阻；PAM

中圖分類號：X131.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0227-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.135

Abstract ： Taking the sludge from a concentrated municipal sewage treatment plant as the research object， the effect of polyacrylamide （PAM） on the dewatering performance of sludge was studied by using the sludge settlement ratio and sludge specific resistance （SRF） as indicators. Influence of Coagulant Quicklime on Dewatering Performance of Sludge . The results showed that： 1） Quicklime combined with PAM as a conditioning agent for sludge was more effective than single PAM conditioner. 2） When PAM is used as a sludge conditioner， the optimal dosage is 40 mg/L. 3） Adding quicklime coagulant can significantly increase the dewatering effect of sludge， and can greatly reduce the amount of PAM flocculant. Under the experimental conditions， quicklime 10g/L and PAM 20mg/L were the optimal sludge conditioning agents.

Key words： Municipal sludge dewatering； Settling performance； Sludge specific resistance； PAM

城市污水廠的污泥，一般產(chǎn)量大、含水率高，并且含有大量的重金屬、有機物和致病細菌等[1]。污泥的脫水處理是處理污泥的一個必要環(huán)節(jié)，目前處理污泥脫水主要是通過物理、化學或生物方法先對污泥進行調(diào)理，之后采用先進設備進行脫水。在污泥脫水的三種方法中化學調(diào)理方法簡單可行。絮凝劑是化學調(diào)理方法中的一種藥劑，通過這種藥劑可以使微小懸浮物或一些不穩(wěn)定的膠體聚結(jié)成大的絮凝體，最后沉降下來。絮凝劑主要有四大類：無機絮凝劑、有機絮凝劑、復合絮凝劑和微生物絮凝劑[2]。無機絮凝劑主要包括鋁系和鐵系，如聚合硫酸鋁（PAS）、三氯化鐵；有機絮凝劑又分天然的和人工合成的，淀粉、蛋白質(zhì)、動物膠等屬于天然型有機絮凝劑，聚丙烯酰胺（PAM）屬于合成型有機絮凝劑；復合絮凝劑是將兩種或兩種以上的單組分絮凝劑通過某些化學反應形成的共聚復合物，根據(jù)組份性質(zhì)不同又可分為無機-無機復合絮凝劑、無機-有機絮凝劑、有機-有機絮凝劑；微生物絮凝劑是利用微生物技術，通過細菌、真菌等微生物發(fā)酵、提取、精制而成的，這種絮凝劑具有生物分解分界性，無毒、無二次污染，有很高的安全性。絮凝劑單獨使用易造成投加量大、泥餅增容等問題[3]。因此研究絮凝劑與生石灰等助凝劑的聯(lián)合應用，確定高效的藥劑配比，對提高市政污泥脫水效果有重要意義。本文以污泥比阻、沉降性能為污泥脫水性能評價指標，研究了單一絮凝劑PAM作污泥調(diào)理劑時的脫水效果，并給出了其最佳投加量，對助凝劑生石灰和PAM聯(lián)合對污泥脫水效果也做了分析，旨在優(yōu)化污泥脫水藥劑配置，提高污泥脫水效果。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗污泥

實驗所用污泥采集于某市政污水處理廠濃縮池，污泥采集后馬上保存于4℃冰箱中，污泥基本理化性質(zhì)如表1所示：

1.2 實驗方法

1.2.1 污泥調(diào)理

將一定量原始污泥置于燒杯中，加入所需量的PAM或者生石灰，投加后用攪拌器進行攪拌。投加PAM后以300r/min快速攪拌5min，再以150r/min慢速攪拌10min；投加生石灰后以300r/min快速攪拌3min，再以150r/min慢速攪拌5min。將調(diào)理后污泥用于比阻測定和沉降實驗。

1.2.2 污泥沉降

取調(diào)理后污泥100mL置于100mL量筒中靜置，分別在0min、5min、10min、15min、20min、25min、30min時記錄沉淀后污泥的體積，沉淀后污泥體積占初始污泥體積百分比即代表污泥沉降性能，百分比約小，沉降性能越好[1]。

1.2.3 污泥比阻測定

污泥比阻（SRF）是常用來表征污泥的脫水性能的參數(shù)，SRF值越小，表示污泥脫水性能越好，通常認為當SRF值小于3.67×1011cm.g-1，污泥較容易脫水，脫水性能較好，當SRF值大于9.18×（1011-1012）cm.g-1，污泥較難脫水，屬于難脫水污泥。污泥比阻測定方法為：取100ml調(diào)理后污泥，置于布式漏斗中，漏斗要事先鋪好過濾濾紙并調(diào)節(jié)好。待污泥在重力下過濾1min鐘后，開啟真空泵，調(diào)節(jié)真空壓力至35.5KPa，此時同時記下濾液體積，記為V0，開啟計時器，每隔5秒記錄一次濾液體積，記作Vt，實驗中要保持壓力恒定，至濾餅破裂或7-8min后可停止過濾。污泥比阻SRF可通過如下公式計算：

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 PAM單獨作用對污泥的脫水性能的影響

將PAM配成質(zhì)量濃度為0.2%的PAM溶液，加入污泥中，在不同PAM加入量下，污泥比阻如圖1所示。當PAM投加量較小時，SRF隨著PAM投加量的增加而降低，當PAM濃度為40mg/L時，SRF達到最低，此后PAM再增加時，SRF隨著PAM投加量的增加而呈上升趨勢。PAM在污泥中呈伸展鏈狀，當PAM投入量較少，PAM濃度較低，PAM高分子鏈通過吸附架橋的形式可以同時吸附多個顆粒物，將多個顆粒物聯(lián)合在一起，起到絮凝效果，同時陽離子的正電荷可以中和帶負電荷的污泥顆粒，減弱顆粒間因同種電荷引起的排斥作用，使顆粒更好聚集，此時PAM投入越多，吸附的顆粒越多，中和的負電荷越多，絮凝效果越好。當PAM投入過多時絮凝效果反而變差，不同的學者有不同的認識。張勛江等[4]研究認為當PAM投入過多，PAM分子鏈相互覆蓋，減少少了顆粒的吸附空間，同時帶入的大量正電荷使污泥也重新帶上正電荷而相互排斥，因此絮凝效果下降。劉渝等[5]在研究有機高分子絮凝劑對污泥脫水性能的影響時也發(fā)現(xiàn)污泥比阻值會隨著投加量的增加先降低后上升，其認為可能有2個原因：一是當投加過量的有機高分子后，多余的長鏈分子會吸附污泥顆粒架橋，形成更加緊密的絮體結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)會包卷一部分水，使水分不易通過；另一種可能是多余的有機高分析絮凝劑粘附在濾紙上，阻塞濾孔，使水分難以壓濾。本研究種PAM可使污泥SRF從15.7×1011cm.g-1降低至6.89×1011cm.g-1，降低了56.1%。

圖2為投加不同濃度PAM后所得的污泥的沉降性曲線。從圖2可以看出，投加不同濃度的PAM調(diào)理污泥后，污泥的沉降性能都得到不同程度的改善。隨著投加PAM濃度的增大，污泥沉降性曲線的下降趨勢明顯，污泥沉降曲線在5min內(nèi)下降迅速，之后下降趨勢變得平緩。在PAM投加量為60mg/L時污泥沉降的效果最優(yōu)，PAM投加量為40mg/L時污泥沉降的效果次之。當PAM投加量為60mg/L時，污泥沉降性能也最好，在30min時，沉降污泥體積由100ml下降至51ml，污泥沉降比達到51%；當PAM投加量為40mg/L時，污泥沉降性能次之，在30min時，沉降污泥體積由100ml下降至55ml，污泥沉降比達到55%。可見，當PAM投加量為40mg/L或60mg/L時，污泥都有好的沉降性能。結(jié)合圖1當PAM投加量為40mg/L時污泥的SRF值最小，并考慮到經(jīng)濟效益，可知當PAM單獨作用于污泥的脫水性能時，其最佳投加量是40mg/L，此時污泥的SRF為6.89×1011cm.g-1。

2.2 PAM聯(lián)合生石灰對污泥的脫水性能的影響

將生石灰和PAM按照不同的比例進行投加，在不同配比下污泥SRF如圖3所示。在單獨加入PAM時，污泥SRF的范圍是6.89～15.7×1011cm.g-1（圖1），而當在污泥中一起加入PAM和生石灰時，污泥SRF的范圍是3.14～7.98×1011cm.g-1（圖3），相比于單獨投加PAM，加入生石灰后，污泥SRF整體下降明顯。這種明顯的下降趨勢主要可能是生石灰的作用，也可能是生石灰和PAM的共同作用。通過比較發(fā)現(xiàn)PAM在較低濃度（10mg/L）單獨作用時對SRF降低率不明顯（降低3.8%），但投加生石灰后，SRF可降低至49.2%～55.5%，可見在PAM處于較低濃度時，生石灰起主要作用，隨PAM濃度增加，PAM和生石灰共同作用于污泥的SRF。

本研究所配置比例中當生石灰和PAM投加量分別為5g/L、40mg/L時，污泥SRF最低，為3.14×1011cm.g-1， 污泥的SRF降低了80.0%。值得注意的是當生石灰和PAM投加量分別為10g/L、20mg/L時，污泥的SRF也較低，為為3.21×1011cm.g-1，污泥的SRF降低了79.5%。顯然，這兩種配置方案對污泥的SRF下降作用相當，但是PAM的投加量為40mg/L時是PAM投加量為20mg/L時的2倍，實際生活中PAM的價格要遠高于生石灰，經(jīng)濟效益是生產(chǎn)應用中需要考慮。丁紹蘭等研究發(fā)現(xiàn)當石灰的投加量增加時，污泥的SRF整體呈下降趨勢，從經(jīng)濟角度出發(fā)，石灰調(diào)理污泥的最佳投藥量是2.5g/L，另外其發(fā)現(xiàn)PAM聯(lián)合石灰的聯(lián)合調(diào)理與石灰單獨調(diào)理對污泥脫水性能改善效果相近，因此在實際污水脫水處理過程中，可以使用部分石灰代替有機PAM，在達到脫水效果的同時降低處理費用。相比于投加單一PAM，投加生石灰后，PAM在較低用量即可達較好的SRF降低效果。

圖4為不同比例的生石灰和PAM與污泥SRF的關系。從圖4可以看出，PAM聯(lián)合生石灰可以改善污泥的沉降性能。隨著時間的延長，污泥的沉降曲線先迅速下降，之后趨于平衡，其中污泥沉降曲線在5min內(nèi)下降迅速，在10min之后下降趨勢變得平緩。雖然當生石灰和PAM投加量分別為5g/L、40mg/L時，污泥的SRF值最小，但是此種情況下污泥的沉降比卻高達68%，污泥的沉降性能一般。當生石灰和PAM投加量分別為10g/L、20mg/L時，污泥沉降效果最優(yōu)，在30min時，沉降污泥體積由100ml下降至36ml，污泥沉降比達到36%?？梢姰斏液蚉AM聯(lián)合調(diào)理于污泥時，其最佳投加量是生石灰為10g/L，PAM為20mg/L，此時污泥的SRF為3.14×1011cm.g-1。

3 結(jié)論

（1）在試驗條件下，生石灰聯(lián)合PAM作為污泥的調(diào)理劑脫水效果要好于單一PAM調(diào)理劑。（2）在試驗污泥條件下，當PAM單獨作用于污泥的脫水性能時，其最佳投加量是40mg/L，此時污泥的SRF為6.89×1011cm.g-1。（3）當生石灰和PAM聯(lián)合調(diào)理于污泥時，其最佳投加量是生石灰為10g/L，PAM為20mg/L，此時污泥的SRF為3.14×1011cm.g-1。

參考文獻

[1]林奕明，周少奇，陳安安.城市污水廠剩余活性污泥生產(chǎn)生態(tài)水泥[J].化工學報，2011，62（4）：1117-1123.

[2]楊博，孫賓賓.水處理絮凝劑的研究現(xiàn)狀[J].合成材料老化與應用，2016，45（5）：92-96.

[3]申娟娟，劉根起，宋金月等.有機高分子絮凝劑的研究現(xiàn)狀[J].材料開發(fā)與應用，2011，26（2）：96-99.

[4]張勛江.聚丙烯酰胺在水土保持中的應用研究[D].西安：西北大學，2012.

[5]劉渝，唐紹明，蔣麗春等.有機高分子絮凝劑對污泥脫水性能的影響研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36（12）：56-58.[6]丁紹蘭，曹凱，董凌霄.石灰調(diào)理對污泥脫水性能的影響[J].陜西科技大學學報，2015（4）：23-27.

收稿日期：2018-03-30

作者簡介：裘慧珺（1982-），男，本科，環(huán)境工程學士，研究方向為城市給排水技術和管理。