降低河涌污泥含水率的快速调理工艺

陈木莲　梁剑清　梁斌昊　范金英　周书政　林洁丽

关键词：河涌污泥;含水率;浊度;泥层厚度;调理

河涌污泥有很多粒径范围广且来源不明的颗粒，但可近似地看成胶体，经稀释后加入类似电解质的调理剂[1]，能使其凝聚而实现固液分离。胶体微粒间有范德华引力和静电斥力，电解质会改变颗粒表面电荷性质，破坏力的平衡，产生凝聚。通过实验测试，选择合适的电解质（包括混凝剂和絮凝剂），可以实现凝聚的最大效果，提高固液分离率，降低含水率。

1 实验

1.1 材料和仪器

实验材料主要有河涌污泥和调理剂。河涌污泥取自佛山市顺德区陈村镇某村的河涌，实验前与水按1∶5的体积比配制成泥水液。调理剂从河南省永坤水处理材料有限公司购入，均为LR实验纯，包括聚合硅酸铝铁（PSAF）、聚合氯化铝（PAC）和三氯化铁（FC）3种混凝剂以及阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）和阴离子聚丙烯酰胺（APAM）2种絮凝剂。实验仪器主要包括磁力加热搅拌器、电热鼓风干燥箱、电子天平、便携式淤泥浓度计（740，英国Partech仪器厂）等。

1.2 实验方案

将3种固体混凝剂、两种絮凝剂分别按1.00%、0.10%的质量分数分别配制成溶液。取等量泥水液，分别加不同用量的单一调理剂，通过控制相同的沉降时间，测试上层清液的浊度，将下层泥浆通过纤毛滤布用同等力量挤压，再从多个地方取挤压后的泥饼，至少取5个样品测量含水率，取平均值為终值。通过比较浊度、泥层厚度、拿捏度（相对未添加时）和含水率4个方面确定良好的混凝剂和絮凝剂，再将两者按不同添加顺序进行调理实验。

1.3 实验结果

在未添加任何调理剂的情况下，泥水液的pH为6.5，浊度为14.92 mg/L，含水率是75.60%，设其拿捏度为100.00%。给100 mL的泥水液单独添加不同量的混凝剂溶液，结果如表1所示。3种混凝剂加入泥水液后，pH均有变化。FC因水解产生H+，影响最大，pH为4.3，而PSAF影响最小，pH为6.0，PAC使pH为5.4。调理后泥的含水率均低于70.00%，最低时用量分别为PSAF 18 mL、PAC 6 mL、FC 6 mL，含水率分别为60.87%、63.81%、61.37%，但此时，对应的浊度值相对其他用量情况都较高，当PAC和FC超过最佳量后，浊度降低许多，说明其吸附泥水液悬浮物的能力迅速加强。当PSAF用量较少时，浊度较低，在18 mL时开始变高。泥层厚度变化趋势基本是随着添加量增加而增加，PSAF和PAC的变化比较明显，FC的变化不大，比较稳定，说明其水解后的胶体Fe（OH）3吸附颗粒后凝聚物体积变化对其量不敏感。在挤压泥饼的拿捏程度方面，FC最容易，较难捏的是PSAF，最难捏的是PAC，后者有时出现跑泥现象[2]。因此，PAC效果较差，而FC的含水率较PSAF没有明显优势，但浊度、泥层、拿捏度都比PSAF好。

向100 mL的泥水液单独添加不同量的絮凝剂溶液，基本不影响pH，其他数据如表2所示。CPAM调理后的浊度明显比APAM的效果好，比APAM的更容易拿捏，含水率也比APAM的低一些。同量时，各自泥层厚度相近，但增加到25 mL后，CPAM的泥层厚度突然增长2倍，说明此时絮状物体积突然增大，反而不利于固液分离，含水率升高。含水率最低时对应的用量分别是CPAM 20mL、APAM 30mL。

比较表1和表2的含水率数据可以确定，泥水液中的颗粒大多数带负电，因为FC水解后的Fe（OH）3带正电，很容易吸附泥水液中的带负电颗粒，使其固液分离，降低含水率。CPAM也更容易吸附带负电颗粒，能解释含水率比APAM的处理效果低的原因。

为了进一步降低含水率，向100 mL的泥水液复合添加FC和CPAM。Ⅰ表示先加FC、再加CPAM，Ⅱ表示顺序相反，发现pH都变小，Ⅰ时pH约为4，Ⅱ时pH约为2，说明CPAM会加速FC的水解，导致混合体系更酸。表3是不同量和不同顺序的调理结果，比单一调理剂处理的效果好，含水率最低是53.54%。I的浊度和含水率均比II的效果好，因为先加FC有利于聚集沉降较小粒径的悬浮物，为后面絮凝提供有利条件。先加CPAM时，出现的絮状物粒径过大，会减小后加的FC与颗粒的接触面积，降低效果。再比较其泥层厚度，Ⅰ和Ⅱ差别不大。因此，对于复合使用方案，建议FC添加量接近单一使用时最佳用量，CPAM添加5～10 mL，比单一使用的最佳量最低小1/2，降低调理剂的成本。

2 结语

对混合的泥水液、混凝剂和絮凝剂溶液作单一调理时，添加调理剂/泥水液的最佳容积比分别为PSAF 0.18、PAC 0.06、FC 0.06、CPAM 0.20、APAM 0.30。复合调理时，最佳容积比为FC 0.05、CPAM 0.10，比单一使用的效果好且成本低。