城市污水厂生化污泥调理脱水研究*

王磊，夏菲菲，陈依，李叶，陈昆柏

（浙江工商大学环境科学与工程学院，浙江杭州310035）

城市污水厂生化污泥调理脱水研究*

王磊，夏菲菲，陈依，李叶，陈昆柏

（浙江工商大学环境科学与工程学院，浙江杭州310035）

通过对调理后生化污泥含水率的测定试验，考察了生石灰、三氯化铁、粉煤灰和煤粉等4种调理剂对污水处理厂生化污泥脱水性能的影响。结果表明：生石灰和三氯化铁对污水的脱水效果较好，且最经济投加量分别为4、2 g/100 mL，在该条件下，相对于原污泥，抽滤后调理污泥含水率分别降低7.07%和15.22%。

污泥脱水；生石灰；三氯化铁；粉煤灰；煤粉；资源化

目前大部分城市污水处理厂采用生化工艺处理污水，与此同时，在污水处理过程中产生大量的生化污泥。生化污泥含水率高，水的存在形式可以分为毛细水、间隙水、表面吸附水、内部水等结合水和游离水（自由水）2大类。通过过滤、重力浓缩等手段，污泥中部分自由水和间隙水可以去除，但由于生化污泥是以有机微粒为主体的悬浮液，颗粒细且具有胶体特性，与水有很大的亲和力，在微粒的布朗运动、胶体颗粒间的静电斥力和胶体颗粒表面的水化膜作用下，大部分的污泥颗粒不易聚结而分散悬浮于水中难以沉降且脱水困难［1］，因此浓缩后的生化污泥含水率仍为90%～97%［2］。

城市污水处理厂生化污泥由于其含水率高，体积庞大，给运输、贮存、使用带来不便，并可能对环境造成二次污染。目前我国污泥处理费用已占污水处理厂总运行费用的20%～50%，甚至高达70%［3］。污泥调理是污泥处理处置的关键，其通过克服电性排斥作用和水合作用，改善污泥的理化性质，减少与水的亲和力，增强凝聚力，增大颗粒尺寸，改善污泥的脱水性能，从而提高污泥脱水效果，使其减容，减少运输费用和后续处置费用，降低管理成本。因此，污泥的调理脱水技术有着重要的应用价值。

本试验用生石灰、三氯化铁、粉煤灰和煤粉4种调理剂对城市污水处理厂生化污泥进行处理，考察不同的调理剂、不同投配量对污泥脱水效果的影响，确定最理想的污泥调理措施，为污水处理厂污泥脱水处理提供参考。

1 试验方法

1.1 材料和设备

污泥取自杭州市四堡污水处理厂曝气池生化污泥，其含水率99.1%，pH 6.0左右。

加热烘干设备是GZX-9076MBE数显鼓风干燥箱和SX2-25-10高温箱型电炉；抽滤设备是真空抽滤箱。

1.2 分析方法

污泥样品经真空抽滤至不滴水后测其含固率，各种调理剂的各不同投药量做3个平行实验，取平均值，SS测定参见文献［4］。

2 结果与讨论

2.1 生石灰脱水效果

从图1可见，在以CaO为调理剂所进行的一系列试验中，CaO的投加量不同，最终抽滤后的调理污泥的含水率也发生相应变化。在100 mL剩余污泥中，当CaO的投加量从0 g/100 mL增至4 g/100 mL，抽滤后污泥的含水率从76.14%下降到70.76%；而当CaO的投加量从4 g/100 mL继续增至10 g/100 mL，抽滤后污泥含水率却从70.76%上升至74.92%。因此，相对于原污泥抽滤后的含水率，CaO投加量为4 g/100 mL时，调理污泥抽滤后的含水率降低7.07%，脱水效果最为明显。

剩余污泥中投加一定量生石灰，其产生的Ca2+能中和污泥胶体颗粒所带的负电使之脱稳，从而降低污泥颗粒间的排斥作用，压缩原有污泥间的双电层结构，颗粒凝聚度增大。除此，阳离子、无机颗粒和ECP（胞外聚合物）的相互作用，促进活性污泥中絮体的形成及沉降，从而提高污泥泥水的分离能力［5］。但当生石灰投加量过大，污泥中无机颗粒将增多，大量的无机微粒将堵塞滤纸微孔，从而影响泥水分离，因此，在实际工程运用时，应根据所选脱水设备确定最佳投药量。

2.2 氯化铁脱水效果

从图2可见，在以FeCl3为调理剂所进行的一系列试验中，FeCl3的投加量不同，最终抽滤后的调理污泥的含水率也发生相应变化。在100 mL剩余污泥中，当FeCl3的投加量从0 g/100 mL增至2 g/100 mL，抽滤后污泥的含水率从76.14%下降到64.56%；当FeCl3的投加量从2 g/100 mL继续增至6 g/100 mL，抽滤后污泥含水率基本维持不变；而当FeCl3的投加量从6 g/100 mL增至8 g/100 mL，抽滤后污泥的含水率再次出现明显下降，从66.28%降至62.23%；继续加大FeCl3投加量至10 g/100 mL，抽滤后污泥的含水率反而急剧上升。因此，相对于原污泥抽滤后的含水率，FeCl3投加量分别为2、8 g/100 mL时，调理污泥抽滤后的含水率分别降低15.22%和28.27%，虽然FeCl3投加量为8 g/100 mL时污泥脱水效果最明显，但由于其使用量太大，必将消耗大量药剂，使得处理成本大幅上升，此外高Fe3+含量的污泥后处理也将成为一个棘手的问题。

FeCl3作为一种常用的无机调理剂，其主要作用是起电性中和使剩余污泥胶体失稳使之混凝沉淀，从而大大加速污泥浓缩作用，改善过滤脱水效果［6］。试验过程中，调理污泥含水率经历了几个阶段的变化，其原因可能是随着FeCl3投加量的逐渐增加，起先少量的Fe3+首先对带负电污泥胶体进行中和，使污泥胶体失稳，利于絮凝沉淀。继续加大FeCl3的投药量至8 g/100 mL时，Fe3+水解产生氢氧化铁带正电胶体，通过电性中合、吸附架桥作用使污泥含水率进一步降低。最后，当FeCl3的投加量大于8 g/100 mL时，由于混合液较为黏稠，水解程度过大，大量的絮体包含了相对量的水，抽滤时这部分水不易脱除，反而使调理后污泥含水率大幅上升。

2.3 粉煤灰脱水效果

从图3可见，在以粉煤灰为调理剂所进行的一系列试验中，粉煤灰的投加量不同，最终抽滤后的调理污泥的含水率也发生相应变化。在100 mL剩余污泥中，当粉煤灰的投加量从0 g/100 mL增至10 g/100 mL，抽滤后污泥的含水率大致呈上升趋势，当粉煤灰的投加量为10 g/100 mL时，抽滤后污泥含水率达到87.22%。可见，在此次试验中，粉煤灰对污泥调理脱水效果不理想。

粉煤灰的主要化学成分有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和未燃烧的碳，一些微量元素及稀有元素［7］。由于粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大，含有SiO2、Al2O3、CaO等活性基团，具有物理和化学吸附能力。此外由于粉煤灰所特有的结构特征，在对污泥调理时可作为骨架，使污泥絮体形成持久坚固的结构，阻止絮体崩溃，从而有利于污泥的泥水分离。而此次试验结果与预期偏差很大，其原因可能是粉煤灰中的重质无机微粒堵塞了滤纸滤孔，从而使调理污水混合液不易充分分离。分析试验结果可知，在对污泥进行调理后，后续机械脱水设备的选择也较为重要，通常使用无机调理剂对污泥进行调理，调理污泥应用板框压滤脱水。

2.4 煤粉脱水效果

从图4可见，在以煤粉为调理剂所进行的一系列试验中，煤粉的投加量不同，最终抽滤后的调理污泥的含水率也发生相应变化。在100 mL剩余污泥中，当煤粉的投加量从0 g/100 mL增至10 g/100 mL，抽滤后污泥的含水率大致呈上升趋势，当煤粉的投加量为10 g/100 mL时，抽滤后污泥含水率达到91.44%。可见，在此次试验中，煤粉对污泥调理脱水效果并不好。

煤粉的主要成分是C元素，以煤粉作为调理剂对剩余污泥处理的研究尚未见报道，但由于其比表面积大，具一定物理和化学吸附能力，此外煤粉颗粒在对污泥调理时可作为骨架，利于污泥絮体的形成。本研究对煤粉的调理效果进行了相关试验，但试验并没有取得预期效果，原因可能是煤粉的加入不能破坏污泥的胶体结构，减少泥水间的亲和力，改善污泥的脱水性能。除此，煤粉微粒也可能堵塞了滤纸滤孔，从而使调理污泥泥水不易充分分离。但试验中煤粉的加入势必提高调理后污泥的热值，为污泥的资源化处理提供一种新的思路。

3结论

1）以生石灰CaO作为调理剂对剩余污泥进行调理，生石灰的投加量在4 g/100 mL剩余污泥时，污泥的脱水效果最佳。

2）以FeCl3作为调理剂对剩余污泥处理时，FeCl3的投加量为2 g/100 mL剩余污泥时，污泥的脱水效果较好，除此，在该投药量下，污泥的处理成本相对较低。

3）粉煤灰和煤粉对污泥的调理效果不理想，但通过粉煤灰和煤粉的试验为调理污泥的后续机械脱水设备选择提供了参考依据，为调理脱水后污泥的资源化利用提供了一种新思路。

［1］平冈正胜，吉野美弥.污泥处理工艺学［M］.宗永平，林哲，译.上海：华东化工学院出版社，1995.

［2］王涛.污泥浓缩脱水及相关技术研究进展［J］.中国环保产业，2008（2）：32-35.

［3］杨琦，刘广立.污泥处理与处置技术新进展［J］.上海环境科学，1999，18（3）：13-134.

［4］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

［5］袁园，杨海真.污泥化学调理和机械脱水方面的研究进展［J］.上海环境科学，2003，22（7）：499-507.

［6］张辰.污泥处理处置技术与工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2006.［7］潘钟，罗津晶，薛姗姗，等.粉煤灰利用的回顾与展望［J］.环境卫生工程，2008，16（1）：19-22.

Biochemical Sludge Dewatering in Urban Sewage Treatment Plants

Wang Lei,Xia Feifei,Chen Yi,Li Ye,Chen Kunbai
（College of Environmental Science and Engineering,Zhejiang Gongshang University,HangzhouZhejiang310035）

Influences of four kinds of conditioner on biochemical sludge dewatering characteristics of sewage treatment plants were studied by moisture content determining experimentations of treated sludge,such as lime,iron trichloride,fly ash and coal powder.The results showed that the dewatering effect of lime and iron trichloride was better,and most economical dosages of lime and iron trichloride were 4 g/100 mL and 2 g/100 mL respectively.Under these conditions,the moisture content of the conditioned sludges were 7.07%and 15.22%lower than the original sludge.

sludge dewatering;lime；iron trichloride；fly ash；coal powder；reclamation

X705

A

1005－8206（2010）03－0004－03

王磊（1989—），大学本科，研究方向为污泥处理处置。E-mail：bestwa28@163.com。

（责任编辑：郑雯）

浙江工商大学学生重点创新项目（1260XJ17 09173）

2009-12-14