使用无机调理剂改善污泥脱水性能的试验研究

王馨悦 胡红旗 朱文芳

(1.河北农业大学，河北 保定 071001；2.安吉县环境保护监测站，浙江 湖州 313300；3.浙江科技学院，浙江 杭州 310023)

使用无机调理剂改善污泥脱水性能的试验研究

王馨悦1胡红旗2朱文芳3

(1.河北农业大学，河北 保定 071001；2.安吉县环境保护监测站，浙江 湖州 313300；3.浙江科技学院，浙江 杭州 310023)

污泥脱水是剩余污泥处理的关键环节。试验对无机调理剂——聚合氯化铝(PAC)和三氯化铁(FeCl3)分别进行了单独投加时对污泥脱水性能影响的试验研究。结果显示，当PAC投加量为20mg/gDS，FeCl3投加量为50mg/gDS(DS为污泥干固体含量)时，污泥脱水性能改善最明显。从经济成本角度考虑，使用PAC进行污泥调理更为经济合适。

聚合氯化铝；三氯化铁；脱水性能；污泥脱水

随着城市污水处理厂的新建、扩建，污泥产量与日俱增，污泥脱水是污泥处理关键。据国家统计局2015年的统计数据显示，我国废水排放总量达到735.3亿吨，城市污水日处理能力为16065万m3。本试验研究单独投加PAC和FeCl3的原因和目的在于：PAC和FeCl3是广泛中小城镇污水处理厂污泥调理改性的常用药剂，经过试验筛选出最佳药剂干投比，为中小城镇污水处理厂组合投加多种药剂中无机调理剂的种类和用量选择提供参考数据，具有实际工程意义。

1 试验材料与方法

1.1试验材料

1.1.1 剩余污泥

试验的污泥样品为河北省保定市顺平县清源污水处理厂污泥存储池的剩余污泥。该污水处理厂一期工程日处理量1104t/d，处理生活污水和肠衣废水；二期工程日处理量3104t/d，处理生活污水和工业废水。该厂的剩余污泥属于颗粒细小的亲水性有机污泥，可压缩性较差，脱水效果差。污泥取回后及时测取剩余污泥基本性质，后恒温4℃冷藏保存。为降低污泥性质随时间变化对可试验结果造成的影响，分批次取用污泥样品，每批次污泥的使用时间均控制在2d内。

1.1.2 无机调理剂

PAC和FeCl3常用于污泥化学调理改性。试验所用药剂取自河北省保定市顺平县清源污水处理厂。药剂基本信息如表1。

1.2 试验项目及方法

1.2.1 污泥过滤性试验

(1)污泥含水率：原始含水率、滤饼含水率的测定方法按照国标法测定[1-2]。

(2)污泥比阻：污泥比阻是代表的是通过泥饼时水分子所受到的阻力大小。污泥比阻具体的测定方法和计算参考文献[3]。

(3)滤液浊度：通过抽滤试验得到滤液，使用散射光浊度计测其滤液的浊度。浊度的大小能够从宏观上反映出污泥颗粒和絮体之间结合能力的强弱。

(4)抽滤试验：取100mL调理后污泥，将中速定量滤纸置于布氏漏斗中，重力过滤约1～2分钟，20分钟后停止抽滤，记录布氏漏斗下量筒内滤液体积。根据试验数据，绘制V与t/V关系曲线。

表1 无机调理剂

1.2.2 污泥沉降性试验

污泥沉降性试验能够反映污泥脱水性能的好坏。试验摇匀污泥后，取200mL置于烧杯中，按照试验设计比例对污泥调理，后置于六联搅拌器上搅拌均匀。将调理后的污泥倒入100mL量筒中，静止放置，观察泥水界面分离的变化，每5min记录一次污泥沉降的体积。总时长取为1h或1.5h。

1.3 试验设计

试验选用了PAC和FeCl3作无机调理剂。因取用污泥批次不同，FeCl3试验组的剩余污泥的污泥比阻为1.62×1010m/kg，初始含水率为98.25%，滤饼含水率为82.64%，滤液浊度7.9NTU。PAC试验组的剩余污泥的污泥比阻为0.70×1010m/kg，初始含水率为98.76%，滤饼含水率为81.23%，滤液浊度3.4NTU。

室温25℃下进行试验，配制浓度为4g/L的PAC溶液，投加量为0～0.036g/mL。配制浓度为10g/L的FeCl3溶液，投加量为0.00～0.16g/mL。分别取200mL试验原泥于烧杯中，按照不同投加量对分别污泥投加不同量的PAC和FeCl3调理，污泥在加药后将烧杯置于六联搅拌器上，快速搅拌5min(120r/min)，慢速搅拌10min(40r/min)。

2 试验结果分析

经过抽滤试验和沉降性试验后测定各项指标(滤饼含水率、污泥比阻、浊度等)。

2.1 污泥过滤性试验

由图1可知，含水率、污泥比阻、浊度这三个指标具有明显相关性。在调理剂的使用量未满足最佳投药量时，絮体形成不完全；在最佳投药量下，絮体成形完整，胶体颗粒分散使得大量结合水转变为自由水，束缚水含量减小，此时污泥过滤性能最佳[4]。超过最佳投药量时，成型的污泥絮体失稳破坏，随即裹挟周围大量自由水，造成污泥脱水性能变差。

当FeCl3投加量为0.05g/mL和0.10g/mL时，污泥过滤效果均较好，但是0.10g/mL用药量比0.05g/mL增加一倍，药耗成本大大增加，故选取0.05g/mL作为FeCl3的最佳投药量，其通过真空泵抽滤得到的滤饼含水率为74%，污泥比阻值为0.721010m/kg，滤液浊度为4.6NTU。经计算FeCl3最佳干投比为50mg/gDS。当PAC投加量为0.020g/mL时，其通过真空泵抽滤得到的滤饼含水率为76.26%，污泥比阻值为0.321010m/kg，滤液浊度为2.3NTU，均在最低值附近。因此确定PAC的最佳干投比为20mg/gDS。

图1 不同投加量的无机调理剂对污泥过滤性能的影响

2.2 污泥沉降性试验

图2(a)、(b)为投加不同剂量的FeCl3、PAC后所得的污泥沉降曲线。

从图2可以看出，投加不同剂量的FeCl3、PAC调理污泥后，污泥的沉降性得到了不同程度改善。随FeCl3投加剂量增大，污泥沉降曲线下降趋势明显，在FeCl3投加量为0.16g/mL时污泥沉降效果最优；随投加PAC剂量增大，污泥沉降曲线由快变慢再变快，在PAC投加量为0.020g/mL，干投比为20mg/gDS时效果最优。将FeCl3和PAC的沉降性曲线作比较，可以明显看出投加PAC时的污泥沉降迅速，且沉降程度高，用药量少。

对比图1、2可以发现，无机高分子絮凝剂PAC对剩余污泥的过滤性能和沉降性能(以滤饼含水率、污泥比阻、浊度、沉降性试验为表征)的改善效果要优于低分子絮凝剂FeCl3。虽然无机盐离子可以提供沉降过程所需要的“骨架”，使污泥沉降性能良好，但是沉降污泥还是分散絮体，对污泥脱水过程有不良影响，而且不能改善污泥中水分的存在状态，最终泥饼含水率还是很高。Fe3+通过电中和、吸附架桥及卷扫作用使胶体凝聚，并形成聚合度很高的Fe(OH)3凝胶；但其腐蚀性较强。PAC易迅速形成大的絮体结构，沉淀性能好，且其腐蚀性小，储存和使用均方便，对污水pH值适应性相对较高。PAC在水中发生转化，生成的聚合阳离子可对污泥絮体发挥类似架桥作用和电中和的作用，有助于污泥沉降和脱水能力的提高。由于PAC具有更强的吸附架桥能力，PAC对污泥过滤性能和沉降性能的改善方面的效果均优于FeCl3。

图2 不同投加量的无机调理剂对污泥沉降性能的影响

3 总 结

随着城市污水处理厂的新建、扩建，污泥产量与日俱增，而污泥脱水是剩余污泥处理的关键环节。本试验针对无机调理剂—聚合氯化铝(PAC)和三氯化铁(FeCl3)分别进行了单独投加时对污泥脱水性能影响的试验研究。试验研究单独投加PAC和FeCl3的原因和目的在于： PAC和FeCl3是广泛中小城镇污水处理厂污泥调理改性的常用药剂，经过试验筛选出最佳药剂干投比，为中小城镇污水处理厂组合投加多种药剂中无机调理剂的种类和用量选择提供参考数据，具有实际工程意义。具体研究结论如下：

(1)单独投加无机调理剂三氯化铁(FeCl3)对污泥进行化学调理，当FeCl3的干投比为50mg/gDS时，污泥脱水性能得到了显著的改善，其污泥比阻值从1.62×1010m/kg降低为0.72×1010m/kg，滤饼含水率以及滤液浊度、T50较原剩余污泥滤液数值有明显降低。

(2)单独投加无机调理剂聚合氯化铝(PAC)时，当PAC的干投比为20mg/gDS时，其污泥比阻值从0.70×1010m/kg降低为0.32×1010m/kg，污泥的过滤性和沉降性均得到不同程度的改善。

(3)从污泥调理情况和经济成本对比两者，FeCl3调理污泥时用量大，单价高，在处理等量污泥时，PAC用量小，单价低，处理成本更低。因此推荐使用PAC作为污泥处理的无机调理剂。

[1]Improving material and energy recovery from the sewage sludge and biomass residues[J].Elsevier，2015，269-276.

[2]CJT221-2005城市污水处理厂污泥检验方法[S].2005.

[3]俞庭康，刘涛，沈洪.污泥比阻实验中几个问题的探讨[J].实验室研究与探讨，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

项目资助：浙江省公益计划项目，2015C33305

王馨悦，硕士研究生，主要从事污水处理和污泥脱水方向的研究工作

朱文芳，副教授，主要研究方向是污水处理

文献格式：王馨悦 等.使用无机调理剂改善污泥脱水性能的试验研究[J].环境与可持续发展，2017，42(5)：174-176.