生活污泥电渗透深度脱水的实验研究

文_叶韵萍 梅凯立 左磊 李杰森 林洁丽 佛山科学技术学院

快速的城镇化和工业化使我国城镇污水处理覆盖率逐渐提高，城镇污泥产量急剧增加，若污水有效处理率不变，则2020年城镇生活污水处理量为626亿t。2015年颁布的“水十条”要求：现有污泥处理处置设施于2017年完成达标改造，2020年地级市无害化处理率达到90%以上。2016年国务院印发的《“十三五”生态环境保护规划》中提出推进污泥稳定化、无害化和资源化处理处置。目前，我国污泥处理方式主要有农用、填埋、其他处理和没有处理，占比分别为45%、31%、10%、14%。降低污泥含水率是解决污泥处置难的最基本方法，生活污泥发挥其潜在价值的基本条件是：污泥含水率需降低至30%以下。机械脱水主要依靠一定的压力差将污泥与水强制分离，但机械脱水能去除的主要是自由水和小部分间隙水，较难去除表面水和结合水，污泥含水率的下降不特别明显，基本在70%～80%的范围内。本文利用污泥的带电性，提出电渗透深度脱水方案，经实验电渗透机脱水，得到的泥饼含水率符合我国污泥用于填埋时含水率不超过60%的标准。压的作用下向阴极移动，从而实现了污泥脱水的目的。图1为电渗透装置示意图，图2为电渗透装置实物图。污泥槽装载污泥，升降机构使最顶层污泥与阳极板、底层与阴极网控板分别接触。通过结合电渗透脱水和机械运动，电场保持稳定强度，有效提高污泥脱水的效率。

1 电渗透深度脱水实验装置

污泥颗粒表面的胞外聚合物中有硫酸根、羧基等带负电官能团，容易吸附一些阳离子。在电场作用下，带负电荷的污泥颗粒便向阳极方向移动，而水分子因为带有部分的正电荷，在电

2 电渗透脱水实验数据分析

影响电渗透污泥脱水的因素包括污泥性质和电渗透条件。以花都狮岭活性污泥为实验对象，改变通电条件观察含水率变化。

取活性污泥10份各660g，对污泥先机械脱水，测量含水率，作为电渗透前的含水率。然后压成10 mm厚度的泥饼，接通直流电源60V，用真空机抽气，在通电时每5s记录一次电流值。观察电流随时间变化，并测试总通电时间以及晾干时间对含水率的影响。表1是通电前含水率为85.32%的污泥在无预处理下，在机械压力0.4kg/cm2下不同通电时间和晾干时间的含水率。通电时间越长，含水率越好，并且晾干速度越快；但10min以后含水率下降不明显，长时间通电反而会增加能耗。因此，我们选择10min通电时间测试预处理后的实验。

表1 无预处理下污泥不同通电时间和晾干时间条件下的含水率

设计4种预处理方案，先进行预处理再通过电渗透机深度脱水，观察电流随时间变化，测量含水率。表2列举10min通电时间下不同预处理方案电渗透深度脱水的含水率。其中污泥序号7投加石灰，主要改变污泥pH值。事先经过测试污泥序号5、6不同石灰量下的脱水效果，发现加入石灰量越多时，pH越高，含水率越低。因为选用的阳离子PAM为絮凝剂，它在碱性较强环境时，架桥作用发挥得更好，从而降低污泥含水率越好。但不是越多越好，当pH超过9时变化差距不大，所以7号污泥所投加的石灰量以使pH=9时的值为准。用电解质进行预处理的污泥8、9，因为电极发生NaCl/FeCl3电解反应，电流明显增加，含水率下降较明显，低于50%，随着通电时间增加，电流变化慢。但是氯化铁比氯化钠的效果好，说明铁离子比钠离子更利于污泥对水的脱稳作用。9号污泥是添加木屑作为调理剂，显然含水率最低，成分主要是纤维的木屑能够快速吸收污泥结合水，使电渗透效果发挥得最佳。

实验发现，没有进行预处理时，机械压力越大含水率越低，但仍高于60%，不合要求。预处理后的电渗透深度脱水，泥饼含水率均低于60%，经过12h的自然晾干时间，除了第一种方案外，含水率均降低一半左右，低于30%，从而具有被利用的价值，实现资源化利用。虽然加入电解质与木屑一样能提高污泥脱水性能，含水率一样下降，但使用木屑，成本低，并降低污泥处理后对滤液的处理难度，后期晾干时含水率下降得更快。

表2 不同预处理下污泥相同通电时间和晾干时间条件下的含水率

3 总结

电渗透技术能够有效地降低污泥含水率，经过前置预处理再经电渗透装置脱水后，污泥含水率很容易达到低于60%的目标。污泥pH值越高，脱水速率越快。电流密度越高，污泥含水率越低，但会增加热损失，因此需要结合能耗、脱水时间、脱水效果考虑选取合适的电流密度。