不同混凝劑作用下的污泥性能研究*

希 莫，張永利

（韓山師范學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究所，廣東 潮州 521041）

不同混凝劑作用下的污泥性能研究*

希 莫，張永利

（韓山師范學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究所，廣東 潮州 521041）

污泥脫水是依靠過(guò)濾介質(zhì)（多孔性物質(zhì)）兩面的壓力差作為推動(dòng)力，強(qiáng)制水分通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留在介質(zhì)上，以達(dá)到脫水的目的。污泥比阻是表示污泥脫水性能的綜合性指標(biāo)，比阻愈大，其脫水性能愈差，反之愈好。添加混凝劑可以使污泥的比阻減小，改善污泥的脫水性質(zhì)。采用用布氏漏斗試驗(yàn)，以FeCl3和Al2（SO4）3為混凝劑，通過(guò)測(cè)定污泥濾液濾過(guò)介質(zhì)的速度快慢來(lái)確定污泥比阻的大小，并確定混凝劑的最佳添加量。

污泥脫水；污泥比阻；混凝劑；FeCl3；Al2（SO4）3；最佳添加量

污泥脫水是依靠過(guò)濾介質(zhì)（多孔性物質(zhì)）兩面的壓力差作為推動(dòng)力，使水分強(qiáng)制通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，以達(dá)到脫水的目的。根據(jù)推動(dòng)力在脫水過(guò)程中的演變，可分為恒壓過(guò)濾與恒速過(guò)濾兩種。恒壓過(guò)濾一般用抽真空的方法造成壓力差，并用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力，使整個(gè)過(guò)程壓力差恒定。過(guò)濾開(kāi)始時(shí)，濾液只需克服過(guò)濾介質(zhì)的阻力，當(dāng)濾餅逐漸形成后，濾液還需克服濾餅本身的阻力。因此，真正的過(guò)濾層包括濾餅與過(guò)濾介質(zhì)。由于過(guò)濾介質(zhì)的孔徑遠(yuǎn)比污泥顆粒的粒徑大，所以在過(guò)濾開(kāi)始階段，濾液往往是渾濁的。隨著濾餅的形成，阻力變大，濾液變清[1-2]。

污泥比阻（或稱(chēng)比阻抗）是單位過(guò)濾面積上，單位干重濾餅具有的阻力，在數(shù)值上等于粘滯度為1時(shí)，濾液通過(guò)單位重量的泥餅產(chǎn)生單位濾液流率所需要的壓差。污泥比阻是表示污泥脫水性能的綜合指標(biāo)，污泥比阻愈大，脫水性能愈差，反之，則脫水性能愈好。添加混凝劑可以改善污泥的脫水性質(zhì)，使污泥的比阻減小。一般比阻在1012～1013cm/g的為難過(guò)濾污泥；在（0.5～0.9）×1012cm/g的為中等，小于0.4×1012cm/g的為易過(guò)濾污泥[3]。

對(duì)于無(wú)機(jī)混凝劑，如FeCl3、Al2（SO4）3等的投加量，一般為污泥干重的5%～20%；高分子混凝劑，如聚丙烯酰胺、堿式氯化鋁等，投加量一般為污泥干重的1%[4]。本文用布氏漏斗試驗(yàn)，以FeCl3和Al2（SO4）3為混凝劑，通過(guò)測(cè)定污泥濾液濾過(guò)介質(zhì)的速度快慢來(lái)確定污泥比阻的大小，并確定混凝劑的最佳投加量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)材料

無(wú)水FeCl3，無(wú)水Al2（SO4）3，活性污泥。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由真空泵、吸濾筒、計(jì)量筒、抽氣接管、布氏漏斗等組成。其中計(jì)量筒為具塞玻璃量筒，用不銹鋼架子固定夾住，上接抽氣接管和布氏漏斗。吸濾筒作為真空室及盛水之用，是用有機(jī)玻璃制成。它上有真空表和調(diào)節(jié)閥，下有放空閥；一端用硬塑料管聯(lián)結(jié)抽氣接管，另一端用硬橡皮管接真空泵。真空泵抽吸吸濾筒內(nèi)的空氣，使筒內(nèi)形成一定的真空度。見(jiàn)圖1。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

配制0.01 g/mL的混凝劑溶液，用混凝劑調(diào)節(jié)污泥（每組加1種混凝劑量，加量分別為污泥干重的5%和10%）。在布氏漏斗上放置快速濾紙（直徑大于漏斗1倍），用蒸餾水潤(rùn)濕，使其貼緊周底。啟動(dòng)真空泵，用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)真空壓力到實(shí)驗(yàn)壓力的1/3，實(shí)驗(yàn)壓力為35.5 kPa，使濾紙緊貼漏斗底部，關(guān)閉真空泵。放置100 mL混凝劑溶液調(diào)節(jié)好的污泥在漏斗內(nèi)（污泥高度低于濾紙高度），依靠重力過(guò)濾1 min，啟動(dòng)真空泵，調(diào)節(jié)真空壓力至實(shí)驗(yàn)壓力，記下此時(shí)計(jì)量筒內(nèi)的濾液體積V0，啟動(dòng)秒表。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，仔細(xì)調(diào)節(jié)真空度調(diào)節(jié)閥，以保持實(shí)驗(yàn)壓力恒定。每隔60 s（濾速減慢后每隔3 min），記下計(jì)量筒內(nèi)相應(yīng)的濾液體積V1。定壓過(guò)濾至濾餅破裂，真空破壞，如真空長(zhǎng)時(shí)間不破壞，過(guò)濾20 min后停止。記錄濾餅厚度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

圖1 裝置圖Fig.1 Installation plan

圖2 流程圖Fig.2 Flow chart

2 結(jié)果與討論

2.1 FeCl3混凝劑作用下的污泥性能

實(shí)驗(yàn)壓力為35.5 kPa，實(shí)驗(yàn)溫度為20℃，污泥固體濃度Cb＝20.0 g/mL，污泥添加量為100 mL。

以表1中t/V為縱坐標(biāo)，V為橫坐標(biāo)作圖，見(jiàn)圖3。

表1 添加FeCl3混凝劑溶液的污泥Table 1 Sludge with FeCl3coagulant solutions

圖3 FeCl3混凝劑溶液作用污泥的t/V-V曲線Fig.3 t/V-V curve of FeCl3coagulant solutions acting sludge

由圖3可見(jiàn)，不加混凝劑時(shí)的斜率b0=0.166 7 s/mL，此時(shí)的污泥比阻r0=2.80×1010cm/g；添加少量FeCl3混凝劑時(shí)b1=0.051 0 s/mL，r1=0.857×1010cm/g；添加多量FeCl3混凝劑時(shí)b2=0.043 5 s/mL，r2=0.731 ×1010cm/g。再以比阻r為縱坐標(biāo)，混凝劑投加量為橫坐標(biāo)作圖，見(jiàn)圖4。

如圖4所示，當(dāng)FeCl3混凝劑溶液的添加量低于7.9%時(shí)，隨著添加量的增加，污泥比阻明顯增加，污泥脫水性變好，混凝效果增加；當(dāng)添加量大于7.9%時(shí)，污泥脫水性變差，混凝效果下降。原因是混凝劑添加量過(guò)小，部分污泥膠體顆粒不能在混凝作用下去除，影響了混凝效果；混凝劑添加量過(guò)大，混凝劑的水解物不能以污泥膠粒為核，達(dá)到卷掃網(wǎng)捕的作用，懸浮于液體中影響其混凝效果。因此，F(xiàn)eCl3混凝劑溶液（0.01 g/mL）的最佳添加量為7.9%。

圖4 FeCl3混凝劑溶液作用污泥的r-添加量曲線Fig.4 r-Dosage curve of FeCl3coagulant solutions acting sludge

2.2 Al2（SO4）3混凝劑作用下的污泥性能

圖5 Al2（SO4）3混凝劑溶液作用污泥的t/V-V曲線Fig.5 t/V-VcurveofAl2（SO4）3coagulant solutionsactingsludge

實(shí)驗(yàn)壓力為35.5 kPa，實(shí)驗(yàn)溫度為20℃，污泥固體濃度Cb＝20.0 mg/mL，污泥添加量為100 mL。添加Al2（SO4）3混凝劑溶液的污泥實(shí)驗(yàn)記錄見(jiàn)表2。

表2 添加Al2（SO4）3混凝劑溶液的污泥Table 2 Sludge with Al2（SO4）3coagulant solutions

由圖5可見(jiàn)，不加混凝劑時(shí)的斜率b0=0.166 7 s/mL2，此時(shí)的污泥比阻r0=2.80×1010cm/g；添加少量Al2（SO4）3混凝劑時(shí)b3=0.092 4 s/mL2，r3=1.55× 1010cm/g；添加多量Al2（SO4）3混凝劑時(shí)b4=0.044 5 s/mL2，r4=0.747×1010cm/g。

如圖6所示，隨著Al2（SO4）3混凝劑溶液添加量的增加，污泥比阻明顯減小，污泥脫水性變好，混凝效果增加。

圖6 Al2（SO4）3混凝劑溶液作用污泥的r-添加量曲線Fig.6 r-Dosage curve of Al2（SO4）3coagulant solutions acting sludge

通過(guò)對(duì)圖6中曲線求解得出，Al2（SO4）3混凝劑溶液的添加量為16.8%時(shí)，污泥比阻最小，此時(shí)混凝效果最好。添加量小于16.8%時(shí)，混凝劑不足以將不能將全部污泥顆粒吸附，影響混凝效果。添加量大于16.8%時(shí)，被吸附的污泥顆粒會(huì)形成膠體再穩(wěn)定，降低混凝效果。因此，Al2（SO4）3混凝劑溶液（0.01 g/mL）的最佳添加量為16.8%。

3 結(jié)論

（1）不加混凝劑的污泥比阻為2.80×1010mL/g；添加少量（5%）FeCl3混凝劑溶液的污泥比阻為8.57×109mL/g，添加多量（10%）FeCl3混凝劑溶液的污泥比阻為7.31×109mL/g；添加少量（5%）Al2（SO4）3混凝劑的污泥比阻為1.55×1010mL/g，添加多量（10%）Al2（SO4）3混凝劑的污泥比阻為7.47× 109mL/g。

（2）FeCl3混凝劑溶液（0.01 g/mL）的最佳添加量為7.9%，Al2（SO4）3混凝劑溶液（0.01 g/mL）的最佳添加量為16.6%。

[1] 上海環(huán)境保護(hù)局.廢水物化處理[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社, 2000：47-52.

[2] 楊學(xué)富.制漿造紙工業(yè)廢水處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001:48-49.

[3] 趙永斌，袁增偉，載文燦，等.混凝吸附處理選礦廢水的研究[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，18（4）：94-97.

[4] 汪慧貞.固體垃圾填埋場(chǎng)滲濾水的處理[J].給水排水，1998，14（5）：36-38.

[5] 聶永豐.三廢處理工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

Study on Sludge Characteristics Under Action of Different Coagulants

XI Mo，ZHANG Yong-li
（Institute of Eco-environment，Hanshan Normal University，Guangdong Chaozhou 521041，China）

Sludge dewatering relies on the pressure difference between both sides of filter media（porous materials）as driving force，compelling water going through the filter media，trapping solid particles on the media to get the purpose of dehydration.Specific resistance of sludge is a comprehensive index of sludge dewatering performance.The larger the specific resistance is，the worse its dehydration performance is，and the better on the contrary.Adding coagulants can reduce the specific resistances of sludge and improve sludge’s properties.In this paper，ferric chloride and aluminum sulfate were used as coagulants，with the Büchner funnel，specific resistance of sludge was determined by measuring the speed of sludge filtrate passing through the filtration media，and the best dosage of coagulants was determined.

Sludge dewatering；Specific resistance of sludge；Coagulant；Ferric chloride；Aluminum sulfate；Best dosage

X703

A

1671-0460（2010）03-0255-04

廣東省潮州市科技局項(xiàng)目（2008S20）

2010-03-20

希 莫（1985-），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，助理研究員，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程技術(shù)在環(huán)境方面的應(yīng)用。信 箱：momo850602@yahoo.com.cn。