絮凝剂对市政污泥脱水性能的影响研究

郭丽君，李松栋，李 超

(1.太原工业学院化学与化工系，山西太原 030008；2.山西省生态环境研究中心， 山西 太原 030009)

絮凝剂对市政污泥脱水性能的影响研究

郭丽君1，李松栋1，李 超2

(1.太原工业学院化学与化工系，山西太原 030008；2.山西省生态环境研究中心， 山西 太原 030009)

现在大多数城市污水处理厂一般是采用浓度极低的聚丙烯酰胺和浓度比较高的聚合氯化铝来脱水。这样做不一定是最佳用量，也不一定是最佳脱水性能。本研究针对城市污水处理厂的原始污泥进行研究，测定了基本性质，选用污泥比阻来表征污泥脱水性能，选用多种单一絮凝剂及复合絮凝剂对原始污泥进行脱水研究，最终确定絮凝剂种类及其最佳投加量。

污泥脱水；污泥比阻；聚丙烯酰胺；聚合氯化铝

污泥又名污水污泥，是指从污水处理厂排放的在净化污水时的副产物，是由有机残片、无机颗粒、细菌菌体、胶体等组成的极其复杂的非均质体[1]，市政污水处理厂处理生活污水产生的污泥，是污泥中数量最大的一类[2]。

研究表明向污泥里加入絮凝剂会使其脱水效果更好的实验结论及各种规律，如PAM、氯化铝、三氯化铁等絮凝剂主要通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。但是污泥会因地域、温度、前处理方式等因素的不同而不同[3-11]。所以，不同的污泥需要区别研究。

本研究以太原市第二污水厂的剩余污泥作为研究对象，通过改变絮凝剂的种类、投加量等影响因素来找出最佳的絮凝剂配比量和影响因素的最佳值。

1 实验部分

1.1 实验仪器

电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9055A；酸度计，TU-1901；箱形高温炉，XL-1；气流烘干器，星火；离心机，HC-3018。

1.2 污泥的基本性质

对取自太原市某污水厂的剩余污泥进行了研究，污泥取自二沉池，取样后在冰柜中保存，温度设定为4℃。检测结果如表3所示，主要检测项目有含固率、pH值、比阻值和干污泥有机质含量。

表1 剩余污泥基本性质

1.3 污泥脱水性能的评价指标

本实验的脱水性将污泥比阻作为评价指标，污泥比阻越大，脱水速率越慢。实验装置如图1所示：

图1 污泥比阻实验装置

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 PAM单独作用于污泥

本实验依次取0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.8g的PAM分别配成100mL的溶液，取10mL溶液加到200mL污泥里。

从图2可以看出，随着PAM投加量的增加，污泥比阻先下降，后增加。当PAM投加量为21.9mg/g干污泥时，污泥比阻值最小，为1.3×1011cm/g。随着PAM的继续投加污泥比阻呈增大趋势，这是因为太多的长分子链在相对狭小的空间内相互制约，无法充分发挥架桥作用，形不成大的絮凝体，所以脱水效果会下降，表现为污泥比阻增大。

图2 不同投加量的PAM对污泥比阻的影响

2.1.2 PAC单独作用于污泥

本实验依次取1.6g、2.5g、3.4g、4.1g、4.3g的PAC分别配成100mL的溶液，取10mL溶液加到200mL污泥里。

图3 不同投加量的PAC对污泥比阻的影响

从图3可以看出，随着PAC投加量的增加，污泥比阻先下降，后增加。当PAC投加量为160.7mg/g干污泥时，污泥比阻值最小，为4.25×1011cm/g。此时，Al3+水解后的产物已经全部中和了污泥胶体颗粒表面的电荷，脱水效果达到了最好。随着PAM的继续投加污泥比阻呈增大趋势，这是因为Al3+水解后的产物粒径和滤纸孔径大小相当，阻塞了滤液的通过，导致脱水速率变慢，比阻变大。但是这种变化不太明显，所以变化趋势较为平缓。

2.1.3 FeCl3单独作用于污泥

本实验依次取4g、5g、6g、7g、8g的FeCl3分别配成100mL的溶液，取10mL溶液加到200mL污泥里。

图4 不同投加量的FeCl3对污泥比阻的影响

从图4可以看出，随着FeCl3投加量的增加，污泥比阻整体最后趋于平稳，考虑经济原因，选择低投加量为宜。所以当FeCl3投加量为263.2mg/g干污泥时，污泥比阻值最小，为3.7×1011cm/g。

2.2 复合絮凝剂脱水实验

2.2.1 PAM和FeCl3共同作用于污泥

本实验依次取PAM的最佳投加量、PAM最佳投加量的75%、PAM最佳投加量的一半分别与FeCl3的最佳投加量、FeCl3最佳投加量的75%、FeCl3最佳投加量的一半组合，组成复合絮凝剂按照确定的投加方式投加到污泥里，污泥比阻分别为8.5×1011、1.6×1011、2.6×1011cm/g。

随着PAM和FeCl3投加量的同步减少，污泥比阻先下降，后增加。当PAM取15.8 mg/g干污泥、FeCl3取196.2 mg/g干污泥组合时，污泥比阻最小。在这个投加量附近取值，其比阻如下图5所示：

图5 小范围选择的絮凝剂投加量及对应比阻

由图5可知，在PAM和FeCl3组成的复合絮凝剂中，当PAM的投加量为15.8 mg/g干污泥、FeCl3的投加量为196.2 mg/g干污泥时，污泥比阻最小，比阻值为1.6×1011cm/g。PAM单独作用于污泥时的最小比阻为1.35×1011cm/g。说明减少PAM的投加量，再加入适量的FeCl3，脱水效果降低了。这是因为PAM对污泥胶体颗粒既能破坏电荷平衡，又有架桥卷扫颗粒作用，而FeCl3只有破坏污泥胶体电荷平衡的作用，所以，减少PAM的投加量而导致脱水效果降低，并不能用FeCl3弥补起来。

2.2.2 PAC和FeCl3共同作用于污泥

实验依次取PAC的最佳投加量、PAC最佳投加量的75%、PAC最佳投加量的一半分别与FeCl3的最佳投加量、FeCl3最佳投加量的75%、FeCl3最佳投加量的一半组合，污泥比阻分别为2.1×1011、1.4×1011、2.8×1011cm/g。

随着PAC和FeCl3投加量的同步减少，污泥比阻先下降，后增加。当PAC取119.2mg/g干污泥、FeCl3取196.1 mg/g干污泥组合时，污泥比阻最小。所以，在这个投加量附近取值，以求得最小污泥比阻。进一步实验，其比阻如下图6所示：

图6 小范围选择的絮凝剂投加量及对应比阻

由图6可得，在PAC和FeCl3组成的复合絮凝剂中，当PAC的投加量为119.2mg/g干污泥、FeCl3的投加量为196.1mg/g干污泥时，污泥比阻最小，PAC和FeCl3单独作用于污泥的最小比阻分别为4.2×1011cm/g和3.7×1011cm/g，这样看来，PAC和FeCl3组成的复合絮凝剂的脱水效果明显要比其中任何一种絮凝剂都要强。

2.2.3 PAM和PAC共同作用于污泥

取PAM的最佳投加量、PAM最佳投加量的75%、PAM最佳投加量的48%分别与PAC的最佳投加量、PAC最佳投加量的75%、PAC最佳投加量的48%组合，污泥比阻分别为0.9×1011、1.1×1011、0.3×1011cm/g。

小范围选择投加量见表3。

表2 小范围选择的絮凝剂投加量及对应比阻(cm/g)

在PAM和PAC组成的复合絮凝剂中，当PAM的投加量为9.8mg/g干污泥、PAC的投加量为60.7mg/g干污泥时，污泥比阻最小，比阻值为1.2×1010cm/g。

3 结论

本研究以太原市某污水厂的剩余污泥作为研究对象，通过改变絮凝剂的种类、投加量等影响因素来找出最佳的絮凝剂配比量和影响因素的最佳值。得出结论如下：

(1)将三种絮凝剂单独作用于污泥时，在各絮凝剂最佳投加量情况下，PAM的脱水效果最好。三种絮凝剂中，PAM用量最少，脱水效果最好。

(2)与单一絮凝剂和复合絮凝剂相比，PAM和PAC组成的复合絮凝剂脱水效果最好。当PAM的投加量为9.8mg/g干污泥、PAC的投加量为60.7mg/g干污泥时，污泥比阻最小，比阻值为1.2×1010cm/g。

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TheStudyofEffectofFlocculantstoMunicipalSludgeDewateringPerformance

GuoLijun1,LiSongdong1,LiChao2

(1.Chemistry and Chemical Engineering Department of Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China; 2.Research Center for Rco-Environmental Sciences in Shanxi,Taiyuan 030009, China)

Now, most municipal sewage treatment plants treat the sludge by PAM or PAC. Due to high price of them, the municipal sewage treatment plants generally use PAM of extremely low concentration or PAC of high concentration. It is not appropriate.In this study, the basic properties of the sludge of the municipal sewage treatment plant were determined. The sludge dewatering performance was characterized by sludge specific resistance. The dewatering of raw sludge was carried out by using a variety of flocculants，the final determination of type and dosage of flocculants were obtained.

sludge dewatering;sludge specific resistance;PAM;PAC

2017-09-21

市政污泥化学调理与生物沥滤研究

郭丽君(1981—)，女，硕士，讲师，研究方向：固体废弃物的资源化利用及应用研究。

X705

A

1008-021X(2017)22-0161-02

(本文文献格式：郭丽君，李松栋，李超.絮凝剂对市政污泥脱水性能的影响研究[J].山东化工，2017，46(22)：161-162,165.)