胡東東， 俞志敏， 易允燕

(1.合肥學(xué)院生物與環(huán)境系;2.合肥環(huán)境工程研究院， 合肥 230022)

污泥處置是城市污水處理工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，污泥的數(shù)量日益增加?；钚晕勰嘀饕再|(zhì)是污泥顆粒小、有機(jī)質(zhì)含量高、含水率高等［1］，而污泥處理與處置難點(diǎn)就在于其含水率高，不方便運(yùn)輸及后續(xù)處置，因此降低污泥含水率是污泥后續(xù)處理的保證。污泥進(jìn)行脫水前都需要對其進(jìn)行調(diào)理，目前主要調(diào)理方式有化學(xué)調(diào)理、物理調(diào)理、生物調(diào)理及聯(lián)合調(diào)理［2］，其中，化學(xué)調(diào)理應(yīng)用最廣泛，但絮凝劑的使用會(huì)增加污泥產(chǎn)生量，成本較高且可能產(chǎn)生二次污染［3］。聯(lián)合調(diào)理是指兩種或兩種以上調(diào)理技術(shù)聯(lián)合處理污泥，基于單獨(dú)的化學(xué)或物理調(diào)理有著一定的缺陷，近年來聯(lián)合調(diào)理技術(shù)也得到了一定的發(fā)展，聯(lián)合調(diào)理比單一的調(diào)理方法更能提高脫水性能并且有可能減少絮凝劑投加量降低成本。楊國友和石林等［4］采用生石灰與微波協(xié)同作用，對廣州市獵德污水廠濃縮污泥脫水的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，單獨(dú)投加生石灰，加入量為40 g/L時(shí)，污泥比阻由原來的4.72×1013m/kg降至1.9×1012m/kg，降低了約96%;單獨(dú)使用微波調(diào)理污泥，在800 W功率微波下輻射100 s可使污泥比阻由原來的4.72×1013m/kg降至 1.28 ×1013m/kg，降低了約72.9%;將經(jīng)投加4 g生石灰調(diào)理的100 mL污泥在功率800 W的微波下輻射100 s，污泥比阻進(jìn)一步降低至0.98×1011m/kg，降低了約99.8%，比單獨(dú)投加生石灰提高了約3.8%，生石灰與微波協(xié)同作用可以強(qiáng)化污泥脫水，并在提高污泥脫水性能的同時(shí)減少了絮凝劑生石灰的用量。

本文研究了PAM絮凝劑的投加量和濃度以及超聲波輻射時(shí)間對污泥性質(zhì)的影響，最后通過正交實(shí)驗(yàn)確定了超聲波與絮凝劑聯(lián)合調(diào)理的最適合的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本實(shí)驗(yàn)是以合肥市經(jīng)開區(qū)污水處理廠二沉池剩余污泥作為研究對象，其主要指標(biāo)為:含水率98.5%、SV3097%、pH=6.8。主要實(shí)驗(yàn)材料與儀器有陽離子型聚丙烯酰胺(PAM)、NDJ－5S型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(上海越平科學(xué)儀器有限公司)、KH5200E型超聲波清洗器(昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司)、污泥比阻測定裝置等。

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 污泥沉降比(SV30)

取100 mL污泥于量筒中，經(jīng)過30 min記錄其沉降體積，以此來判定污泥沉降性能。

1.2.2 污泥抽濾后含水率C(%)

污泥抽濾后含水率是污泥脫水性能的一個(gè)重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)抽濾的真空壓力為0.05 Mpa，抽濾時(shí)間為30 min，抽濾后的濕污泥在105℃溫度下恒溫干燥8 h以上，最后由公式(1)計(jì)算含水率［5］。

式中:W1:烘干濾紙質(zhì)量;

W2:濕污泥質(zhì)量;

W3:干污泥質(zhì)量。

1.2.3 污泥比阻計(jì)算公式［6］

式中:r:比阻，s2/g;

P:過濾時(shí)的壓強(qiáng)降，g/cm2;

μ:濾液黏度，g/cm·s;

A:過濾面積，cm2;

ω:過濾時(shí)單位體積濾液在過濾介質(zhì)上截留的干固體質(zhì)量，g/mL;

b:恒定過濾壓力下t/V與V所得直線的斜率。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波時(shí)間對污泥性質(zhì)的影響

采用超聲波清洗器對盛有150 mL的污泥進(jìn)行調(diào)理［7］，調(diào)理時(shí)間分別為 10 s、20 s、30 s、40 s、50 s、60 s。從圖1可以看出，在時(shí)間為20 s時(shí)污泥比阻達(dá)到最小值0.68×109s2/g，污泥脫水性能最好，但當(dāng)處理時(shí)間超過20 s時(shí)，若再增加處理時(shí)間，污泥脫水性能變化不大，由此可以看出，短時(shí)間的超聲波處理對污泥脫水性能有利，但隨著處理時(shí)間的延長，污泥被“破碎”成細(xì)小的顆粒，比表面積增大，與水的結(jié)合程度加強(qiáng)，導(dǎo)致脫水性能變差。由表1可知，經(jīng)超聲波處理后的污泥含水率、SV30、黏度都相應(yīng)降低，污泥脫水性能得到改善。

圖1 超聲波處理對污泥比阻的影響

表1 超聲波處理后污泥性質(zhì)參數(shù)

2.2 PAM絮凝劑投加量和濃度對污泥性質(zhì)的影響

圖2 不同濃度下PAM投加量對污泥比阻的影響

污泥中加入 0.05%、0.1%、0.15%PAM，再以45 r/min慢速攪拌 2 min［8］，使污泥的絮凝反應(yīng)充分。由圖2可以看出，在PAM絮凝劑投加量相同而濃度不同的情況下污泥比阻值各不相同，但變化趨勢都是在一定投加量范圍下比阻值隨投加量的增加而減小，污泥脫水性能得到改善，如若繼續(xù)增加投加量，即3種濃度投加量分別超過80 mg/L、100 mg/L、100 mg/L時(shí)，比阻值不會(huì)繼續(xù)下降反而逐漸增大，導(dǎo)致污泥脫水性能變差。最后得出結(jié)論:3種濃度分別在投加量為80 mg/L、100 mg/L、100 mg/L情況下達(dá)到最小值，分別為 0.67 ×109、0.32 ×109、0.5×109s2/g，污泥脫水得到明顯改善。

2.3 超聲波與PAM聯(lián)合調(diào)理對污泥性質(zhì)的影響

2.3.1 調(diào)理順序的確定

實(shí)驗(yàn)研究了超聲波調(diào)理和投加絮凝劑調(diào)理先后順序?qū)ξ勰嗝撍阅艿挠绊?，其衡量指?biāo)為污泥比阻值。第1組先進(jìn)行絮凝劑調(diào)理后再進(jìn)行超聲波調(diào)理，第2組先進(jìn)行超聲波調(diào)理后再進(jìn)行投加化學(xué)絮凝劑，其他實(shí)驗(yàn)條件均相同。由表2可知，不同的調(diào)理順序?qū)ξ勰嗝撍阅艿挠绊懶Ч煌?，?jīng)第2組實(shí)驗(yàn)處理后的污泥比阻值小于第1組，即脫水性能得到了更好的改善，主要原因是先投加絮凝劑再進(jìn)行超聲波調(diào)理，污泥的絮凝體結(jié)構(gòu)會(huì)被超聲波作用破壞，導(dǎo)致污泥整體脫水性能變差;而經(jīng)超聲波先處理后，在一定程度上能夠破壞污泥形成的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，使得菌膠團(tuán)內(nèi)部包含的水釋放出來，同時(shí)保持較大的污泥顆粒，而且促進(jìn)了絮凝階段的吸附架橋作用和電中和作用，進(jìn)一步改善了污泥的脫水性能［9］。由此得出結(jié)論:用超聲波與PAM聯(lián)合調(diào)理時(shí)，最佳的調(diào)理順序?yàn)橄冗M(jìn)行超聲波調(diào)理后再投加絮凝劑。

表2 聯(lián)合調(diào)理順序?qū)ξ勰嘈再|(zhì)的影響

2.3.2 聯(lián)合調(diào)理最佳工藝條件的確定

由于聯(lián)合調(diào)理實(shí)驗(yàn)的影響因素很多，為了避免增加研究的工作量，通過正交試驗(yàn)來初步確定各因素的條件，用污泥比阻值作為污泥脫水性能的指標(biāo)，考察超聲波處理時(shí)間，PAM投加量以及其濃度3個(gè)因素對污泥脫水性能的影響。實(shí)驗(yàn)因素及水平見表3。由表4中結(jié)果可知:(1)影響污泥脫水性能因素的主次關(guān)系為:PAM濃度＞投加量＞時(shí)間;(2)第2組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果最好，其比阻值最低為0.263×109s2/g。通過計(jì)算和分析得出的最適合的工藝條件為:時(shí)間20 s、PAM投加量為100 mg/L、濃度為0.15%。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確，追加兩組實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證結(jié)果，通過表5得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出與正交實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果基本一致。

表3 正交試驗(yàn)因素與水平

表4 正交試驗(yàn)

表5 不同濃度對污泥比阻的影響

3 結(jié)論

(1)單獨(dú)使用超聲波對污泥進(jìn)行調(diào)理有利于脫水性能的改善，最佳調(diào)理時(shí)間為20 s。

(2)單獨(dú)化學(xué)絮凝劑調(diào)理對污泥調(diào)理在不同濃度下最佳投加量不同且對污泥脫水性能改善的程度也不同。其中當(dāng)絮凝劑濃度為0.1%，投加量為100 mg/L時(shí)效果最好，污泥比阻降至最低為0.32 ×109s2/g。

(3)通過實(shí)驗(yàn)確定了超聲波與絮凝劑聯(lián)合調(diào)理時(shí)，調(diào)理順序?yàn)橄瘸暡ê笸都踊瘜W(xué)絮凝劑，最佳的聯(lián)合調(diào)理?xiàng)l件為:先經(jīng)超聲波調(diào)理20 s，然后添加濃度為0.15%，投加量為100 mg/L的PAM絮凝劑。超聲波、化學(xué)絮凝劑聯(lián)合調(diào)理與單獨(dú)采用超聲波或化學(xué)絮凝劑調(diào)理相比，對改善污泥脫水性能的影響更大。

［1］于俊杰，汪家權(quán).絮凝劑對城市污水處理廠污泥的調(diào)理研究［J］.廣州化工，2013，41(10):11 －14.

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［4］李玉瑛，曹晨腸.超聲波對剩余污泥化學(xué)調(diào)理的影響［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，2l(7):1357 －1360.

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