污泥脱水药剂及工艺研究

刘清垒

摘要：目前大部分城市污水处理厂采用生化处理工艺，在污水处理过程中会产生大量的生化污泥。生化污泥由于其含水率高，体积庞大，给运输、贮存带来不便，并可能对环境造成二次污染，因此需要对污泥进行浓缩脱水，便于后续处理处置。由于污泥脱水性能差、脱水后泥饼含水率高，为其处理、处置带来了巨大压力。如何提高污泥的脱水性能并降低滤饼含水率已成为目前污水处理的研究重点。基于此，本文主要对污泥脱水药剂及工艺进行分析探讨。

关键词：污泥脱水；药剂；工艺研究

1、污泥脱水药剂

主要针对某大型污水处理厂污泥脱水，进行一系列污泥脱水药剂的实验室实验，获得不同参数药剂的污泥脱水效果，分析药剂类型及参数对于脱水效果的影响，并确定最优的药剂品种及最优投加量，为更优化地进行污泥脱水药剂选型提供科学依据和技术支撑。

1.1实验材料与方法

1.1.1实验材料

所取污泥样品为:污泥调节池的泥样(取样点为进入污泥脱水机的进泥管道)；污泥含水率为97.2%。

1.1.2实验方法

1.1.2.1烧杯倾倒实验

在烧杯中加入500mL污泥样品，加入一定量的絮凝剂，在两个烧杯间来回倾倒，得出成絮次数(指在污泥中投加药剂后，当絮体生成时的倾倒次数)、破碎次数(指在污泥中投加药剂后，当形成的絮体破碎时的倾倒次数)，观察所生成絮体大小、絮体密实度及上清液清浊情况。通过烧杯倾倒实验，可以初步筛选出效果较为优化的药剂品种，以进行后续进一步的实验。

2.1.2.2毛细吸水时间(CST)试验

CST试验可以表征污泥脱水的难易程度。CST实验:取100ml污泥样品于烧杯中，在转速60r/min下搅拌5min，所得絮体倒入CST测试装置的中心筒，开启仪器进行测试。中心的不锈钢管内装满加絮凝剂且经搅拌后的污泥，污泥中的水渗入底下垫的厚滤纸，当水渗透到A电极时，计时器开始计时；当水渗透到B电极时，计时器停止计时，所得时间就是CST，CST越小，则污泥滤水性能越好，说明污泥脱水药剂絮凝效果越好。

1.1.2.3污泥比阻实验

污泥比阻是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是:单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。求此值的作用是比较不同的污泥(或同一污泥加入不同量的混合剂后)的过滤性能。污泥比阻愈大，过滤性能愈差。

1.2实验结果与分析

1.2.1烧杯倾倒实验

首先，针对阴离子PAM、阳离子PAM、非离子PAM进行烧杯倾倒实验，投加量相同时，阳离子PAM的絮凝效果远远优于非离子和阴离子，这是因为城市污水处理厂的污泥一般带有负电荷，要完成污泥脱水，需要实现污泥胶体脱稳，胶体脱稳的原理主要有吸附电荷中和、压缩双电层、吸附架桥和沉淀网捕，阳离子PAM带有正电荷，在实现吸附架桥作用的同时，还具有吸附电中和和压缩双电层的作用，而阴离子PAM、非离子PAM不具有中和污泥电荷的作用。因此，选用一系列阳离子PAM进行进一步的小试，以分析药剂参数针对本污水处理厂污泥脱水性能的影响。

1.2.2CST、污泥比阻实验结果

对于所有实验的阳离子PAM都有一个最佳投加量，集中在4.14～5.52kg/t绝干污泥。随着离子度的增加，最佳投加量有少许降低，但幅度不大。CPAM4(900万，50%)在投加量4.6～5.06kg/t绝干污泥时、CPAM7(1200万，50%)在投加量4.6～5.52kg/t绝干污泥时，CST小于20s，符合一般污泥机械脱水要求，并且效果优于其它药剂。离子度相同的药剂，在不同药剂投加量下，其CST相似，说明在所实验的药剂的分子量范围内，分子量对于絮凝效果影响不大。CPAM2(800万，40%)的效果好于CPAM1(900万，30%)的药剂，说明对于该污泥，在分子量800万以上时，离子度对脱水效果影响较分子量更大。

随着离子度的增加，CST值越来越小，在离子度达到50%时，最佳投加量下的CST达到最小值，此时离子度进一步增加后，CST反而增加。污泥比阻实验结果与CST实验结果呈现相似的规律。所实验药剂的最佳投加量都集中在4.14～5.52kg/t绝干污泥。

2、工艺研究

2.1材料

2.1.1污泥的来源及其性质

试验用污泥取自某石化企业供排水厂的污泥储槽中。污泥成分比较复杂，主要由亲水性带负电的胶体颗粒组成，颗粒细小(直径在0.1～10.0μm)，呈絮体及胶体结构。污泥浓度(MLSS)=6×104mg/L，污泥沉降比(SV)≥95%，污泥中可挥发性固体(VSS)=60%，pH值7～8，滤液中悬浮固体(SS)=480mg/L，含水率在96%左右，污泥比阻r=1.61×109s2/g，属于难脱水污泥，脱水前需要进行污泥调理。

2.1.2试验药剂和设备

试验药剂，选用高分子聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂，分别为非离子、阴离子和阳离子型，具体规格见表1。试验仪器，SX2-3-9型箱式电阻炉控制箱；CJJ-931四联磁力加热搅拌器；JJ-4六联数显电动搅拌器；100AB-1型电热鼓风干燥箱；污泥比阻测定装置等。

2.2方法

通过烧杯筛选试验，以污泥沉降性、污泥比阻、滤饼含水率为指标，综合考察6种不同型号的絮凝剂对污泥的脱水性能，初步筛选出调理效果较好的絮凝剂，然后结合污泥脱水的工艺参数进行正交试验，找出最佳的絮凝剂及其相应的脱水工艺条件。

2.2.1药剂的初步筛选试验。在药剂初步筛选试验中，取100ml泥样，分别加入相同体积不同类型的絮凝剂，通过手动搅拌均匀，观察絮体大小。待絮凝反应结束后迅速倒入100ml的量筒中静置，在静置过程中每隔一定时间记录泥面高度，得出沉降性能。

2.2.2正交试验设计

污泥脱水性能受到污泥性质、调理剂的种类、调理剂的投加量和过滤压力等因素影响，若这些因素不统一，就会使调理剂投量增加，从而导致污泥处理成本提高。因此，试验通过污泥脱水正交试验进一步确定最佳絮凝剂的种类、投加量及其操作条件。主要考虑影响污泥脱水性能的因素包括絮凝剂投加量、搅拌水平、抽滤压力(通过真空泵调节)和絮凝剂种类，以污泥比阻和滤饼含水率作为正交试验分析的考察指标。

2.3结果与分析

2.3.1药剂的初步筛选试验

在投加同一用量的试验中，各个絮凝剂都能形成絮体，且沉降性能都得到了较大的提高。相比较而言，投加阴离子或非离子的PAM絮凝剂形成絮体较小不牢固，形成絮体后的沉降速度没有阳离子絮凝剂的快，不利于后续的脱水需要。这是因为本身污泥表面就携带着负电荷，所以在后续试验中选用其中效果最好的3种阳离子型的PAM絮凝剂进行正交试验，分别为K6635、K6632和K6728

2.3.2正交试验结果

滤饼含水率和污泥比阻2个指标极差分析得出的结果不一致，需要对投加量和抽滤压力2个指标采用综合平衡法得出最佳工艺参数。综合分析得出最佳操作参数组合为A1B2C1D3，即K6728絮凝剂投加量2.0ml；搅拌水平为150r/min，抽滤压力0.03MPa时，污泥脱水效果最佳。

3、结论

药剂的投加量对污泥含水率影响最大；而抽滤压力对污泥比阻影响最大。其原因过滤压力越大，脱水的速率也相应地越快，但压力过大，也不利于污泥的脱水，且造成处理成本增加。在污泥调质过程中，药剂的投加量存在着最佳值，投加量过大或过小都不利于最终的脱水，在投加量最佳的时候，可以使形成的絮体大而结实，脱水效果也是最佳的。

参考文献：

［1］杨敏，李亚明，魏源送，等.大型再生水厂不同污水处理工艺的能耗比较与节能途径［J］.环境科学，2015，36(6):2203-2209.

［2］戴晓虎，赵玉欣，沙超，等.我国污水处理厂污泥含砂特征及成因调研［J］.给水排水，2014，40(S1):75-79.