原状污泥与淋滤污泥不同脱水方法实验分析

廖 宇，周展朋

（1.嘉兴南洋职业技术学院，浙江嘉兴 314000；2.南京铧顺房地产开发有限公司，江苏南京 210000）

1 背景及意义

目前水污染问题日益严重，污泥的处理处置已成为污水处理的一个重要环节[1]。污泥处理处置方法多种多样，但最终污泥的处理处置以实现减量化、稳定化、无害化和资源化为目标，而其中污泥的减量化是污泥处理过程中最重要的一步[2]。若将污泥含水率降至60%以下，可大幅降低污泥处理的成本[3]。

现阶段污水处理厂多采用离心等机械脱水手段，通常能将污泥的含水率降至70%～80%，但不能满足污泥后续安全处置和资源化利用[4]。因此本文从降低污泥的含水率出发，进行多种脱水实验，找出一种较优的污泥脱水方式，为污泥脱水提供思路。

2 生物淋滤实验

有研究发现，经生物淋滤处理后的污泥，其脱水性能得到明显改善。实验采用的污泥取自珠海市香洲区拱北水质净化厂，实验在一系列500 mL 的烧瓶中加入180 mL 的供试污泥，0.4 g FeSO4·7H2O 和0.4 g硫粉以及20 mL 接种物[5]，以上设置3个重复以及1个空白对照组。烧瓶置于30℃、180 r/min 的恒温水浴器中持续震荡，利用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌生长繁殖产生的生物酸对污泥进行酸化处理。在淋滤过程中，每12 h 用pH 仪测量污泥的pH，使用称重法补充生物淋滤过程中蒸发散失的水分。当污泥体系pH 降至2.5左右时，认为污泥生物淋滤完成。

3 实验部分

3.1 实验材料及仪器

实验所用的原状污泥及生物淋滤处理后的污泥，其物理参数如表1所示。

表1 污泥基本物理参数

3.2 重力脱水实验

本次实验装置如图1所示，开始实验后每15 min记录一次脱出水分的质量，当电子天平读数维持稳定时，重力脱水完成。本次实验分别进行4次，取4次实验结果的平均值作为最终实验结果，采用烘干法测量污泥的最终残余含水率。

图1 污泥自重脱水实验装置

3.3 离心脱水

本次实验使用的仪器为上海安亭TDL-40B 低速大容量多管离心机，如图2所示，离心半径为10 cm。实验开始后分别在500 r/min、1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min、3 500 r/min、4000 r/min、4 500 r/min、5 000 r/min 的转速下离心10 min，每组6个样品，实验结束后采用烘干法测量污泥的最终残余含水率。每组试样分别进行4次，取4次实验结果的平均值作为最终实验结果。

图2 原状污泥自重脱水结果

图3 淋滤污泥自重脱水结果

3.4 聚乙二醇溶液渗析

（1）配制吸力值分别为0.1 MPa、1 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、9 MPa 的聚乙二醇溶液。制样时向每个渗析袋中装入约25 g 的污泥，将渗析袋中的气泡赶尽并用渗析夹夹紧两端，分别放入配制完成的不同浓度的聚乙二醇溶液中。本次制样共制备84个实验样品，其中42个原状污泥样品，42个淋滤污泥样品，共14组，每组6个样品。

（2）实验开始后的第一个取样时间为6 h 后，分别从不同吸力的聚乙二醇溶液中取出一个污泥样品，取污泥样品的中间部分使用烘干法测量污泥的残余含水率，此后每12 h 取出一个污泥样品并测定其残余含水率，实验共进行60 h。本次实验共进行4次，取4次实验结果的平均值作为最终实验结果。污泥样品及渗析脱水实验。

4 实验结果对比分析

4.1 重力脱水实验

原状污泥和淋滤污泥的重力脱水实验结果，如图2～3所示。分析原状污泥和淋滤污泥自重脱水曲线，可知自重脱水能在一定程度上降低污泥的含水率，且经生物淋滤处理后的淋滤污泥的自重脱水效果好于原状污泥自重脱水。

4.2 离心脱水

原状污泥和淋滤污泥的离心脱水实验结果，如图4～5所示。分析原状污泥和淋滤污泥离心脱水曲线，可知离心脱水能在很大程度上降低污泥的含水率，且淋滤污泥离心脱水稳定时污泥的最终残余含水率为75.6%，优于原状污泥的离心脱水效果（77.9%）。

图4 原状污泥离心脱水曲线

图5 淋滤污泥离心脱水曲线

4.3 聚乙二醇溶液渗析脱水

原状污泥和淋滤污泥的聚乙二醇溶液渗析脱水实验结果，如图6～7所示。分析原状污泥和淋滤污泥渗析脱水曲线，发现淋滤污泥的渗析脱水效果优于原状污泥。无论是原状污泥渗析脱水还是淋滤污泥渗析脱水，渗析脱水时间越长，聚乙二醇溶液吸力值越大其脱水效果越好，同时不同吸力值的聚乙二醇溶液的脱水规律随着时间的变化其走势大体相同。当聚乙二醇溶液的吸力值＞8 MPa 时，提高溶液吸力值难以大幅提升污泥的脱水效果；而当聚乙二醇溶液的吸力值＜8 MPa 时，污泥的脱水效果随着聚乙二醇溶液吸力值的提高而显著提升，如原状污泥最终残余含水率由59.8%（吸力值为0.1 MPa）降至38.8%（吸力值为8 MPa）。

图6 原状污泥渗析脱水结果

图7 淋滤污泥渗析脱水结果

取8 MPa 下原状污泥和淋滤污泥的实验结果，可以发现在渗析脱水的前36 h，原状污泥和淋滤污泥渗析脱水曲线的走势大致相同。其中原状污泥渗析脱水在进行36 h 后达到脱水极限，淋滤污泥在原状污泥渗析脱水结束后的12 h 脱水仍在继续，含水率由34.1%降至33.4%。尽管污泥的含水率只下降了0.7%，但根据前面的实验结果及污泥中水分的存在形式划分，可以推测淋滤污泥渗析36 h 后脱出的水分为较难脱出的结合水。

总的来讲，原状污泥和淋滤污泥渗析脱水污泥的最终残余含水率皆＜60%，满足污泥后续进一步处理处置的要求，但是此次实验样品的尺寸较小（质量25 g，污泥初始厚度约1.5 cm），并不适用于污泥脱水的工业化应用，因此探究聚乙二醇溶液渗析脱水的有效影响范围对于污泥渗析脱水的工业化应用具有重大的研究意义。

4.4 不同脱水手段脱水结果对比分析

原状污泥和淋滤污泥在各种脱水手段下污泥最终残余含水率，如表2～3所示，可以看出各种脱水手段下淋滤污泥的脱水效果皆优于原状污泥[6]。

表2 原状污泥不同脱水方式下污泥最终含水率

表3 淋滤污泥不同脱水方式下污泥最终含水率

5 结论与展望

5.1 结论

（1）生物淋滤处理能改善污泥的脱水性能，对污泥的深度脱水十分有利。

（2）对比原状污泥和淋滤污泥在自重脱水、离心分离以及聚乙二醇溶液渗析法脱水的实验结果发现：生物淋滤联合聚乙二醇溶液渗析法脱水效果最优，能将污泥的含水率降至40%以下，实现污泥的深度脱水。

5.2 结束语

（1）生物淋滤法改善污泥的脱水性能，其原因尚不清楚，后续可对原状污泥和淋滤污泥进行如扫描电镜等宏微观研究，来探索污泥经生物淋滤处理后脱水性能改善的原因。

（2）有研究发现聚乙二醇溶液渗析法能将污泥的含水率降至40%以下，实现污泥的深度脱水，但单一渗析法最大的局限在于有效排水范围有限。生物淋滤联合聚乙二醇溶液渗析脱水有效排水范围能达到多大，具有重大研究意义，需要设计实验来探究。