污水處理廠污泥脫水性能指標(biāo)測(cè)試分析

周章華 曹艷峰 袁 莉

(上海友聯(lián)竹園第一污水處理投資發(fā)展有限公司，上海 200137)

脫水性能系指污泥脫水的難易程度。不同種類的污泥，其脫水性能不同;即使同一種類的污泥，其脫水性能也因來源而異。衡量污泥脫水性能的指標(biāo)主要有兩個(gè)，一個(gè)是污泥的比阻(R)，另一個(gè)是污泥的毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)。為了探尋R和CST之間的關(guān)系對(duì)它們進(jìn)行了研究。

1 比阻簡介

1.1 比阻的定義及原理

污泥比阻是表示污泥過濾特性的綜合性指標(biāo)，它的物理意義是:單位質(zhì)量的污泥在一定壓力下過濾時(shí)，在單位過濾面積上的阻力。污泥比阻愈大，污泥脫水性能愈差。實(shí)驗(yàn)中采用真空過濾法(抽真空造成介質(zhì)兩面壓力差)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

1.2 比阻的測(cè)定步驟

1)測(cè)定污泥的含水率，求出其固體濃度C0;2)配制混凝劑，將混凝劑按計(jì)算好的比例投入污泥中進(jìn)行攪拌，對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理;3)在布氏漏斗上放置濾紙，用水潤濕，并使其緊貼漏斗底部，將100 mL污泥樣均勻倒入漏斗內(nèi)的濾紙上，靜置一段時(shí)間，直至漏斗底部不再有濾液流出。該段時(shí)間一般約為2 min;4)開啟真空泵至額定真空度(一般為380 mm Hg)時(shí)，開始記錄濾液體積，每隔10 s記錄一次，直至真空破壞為止。如果真空長時(shí)間不破壞，則過濾20 min后即可停止。該過程中應(yīng)不斷調(diào)節(jié)控制閥，使真空度保持恒定;5)關(guān)閉閥門，取下濾餅，并從其中取出部分泥樣，測(cè)定其含固率C;6)將記錄的過濾時(shí)間t除以對(duì)應(yīng)的濾液體積V，以t/V為縱坐標(biāo)，V為橫坐標(biāo)，所得曲線斜率為b;7)計(jì)算比阻。計(jì)算公式如下:

其中，R為比阻，s2/g;P為壓力，g/cm2;A為濾紙面積，cm2;μ為水的粘度，取1.005 g/(cm·s);w為過濾單位體積的濾液在過濾介質(zhì)上截留的固體質(zhì)量，g/cm3，計(jì)算公式:

2 CST簡介

2.1 CST的定義及原理

毛細(xì)吸水時(shí)間(Capillary Sunction Time，簡稱CST)是這樣定義的:污泥在吸水濾紙上滲透一定距離所需要的時(shí)間?！耙欢ň嚯x”根據(jù)使用不同的毛細(xì)吸水測(cè)定儀(CSA)而有所差異。CST越小，污泥脫水性能越好。

毛細(xì)吸水儀的構(gòu)成主要由上下兩塊透明的聚乙烯或聚丙烯塑板，一個(gè)圓形(圓槽式CSA)或矩形(矩形槽式CSA)套管，一張濾紙，三個(gè)安裝在上面一塊塑料板上的電觸頭和一個(gè)電算自動(dòng)計(jì)時(shí)器組成(基本構(gòu)造如圖2所示)。當(dāng)污泥進(jìn)入套管后，污泥中的水分就通過濾紙向四周散開，形成一個(gè)濕圈，當(dāng)濕圈擴(kuò)展到第一個(gè)電觸頭時(shí)，電訊號(hào)產(chǎn)生，計(jì)時(shí)開始，直到濕圈繼續(xù)擴(kuò)大并至少接觸到另兩個(gè)電觸頭(這兩個(gè)電觸頭與圓中心等距當(dāng)中的一個(gè))時(shí)，電訊號(hào)中斷，計(jì)時(shí)結(jié)束。這時(shí)，計(jì)時(shí)器所顯示的時(shí)間即為CST。

2.2 CST的測(cè)定步驟

1)取100 mL待測(cè)污泥按計(jì)算好的投配比投加藥劑，攪拌至污泥發(fā)生絮凝，并混合均勻;2)將儀器連接好，把濾紙從一側(cè)貼底插入，然后將有電極的蓋板蓋在濾紙上，使電極和濾紙接觸，輕壓。過大的壓力可能導(dǎo)致濾紙磨損;3)根據(jù)污泥性質(zhì)選擇過濾漏斗直徑。容易過濾的污泥選擇1 cm的漏斗，增加滲透的時(shí)間;比較難過濾的污泥選擇1.8 cm的漏斗。本研究采用直徑1.8 cm的漏斗;4)將漏斗插入電極塞，旋轉(zhuǎn)漏斗，緩緩輕壓，讓濾紙受力均勻;5)按下重啟按鈕，檢查計(jì)數(shù)器讀數(shù)為0;6)把污泥注入漏斗，污泥量以與漏斗口齊平為宜。如果CST測(cè)試結(jié)束，而漏斗中沒有污泥或者只有污泥小塊，則測(cè)試需要重新進(jìn)行;7)記錄CST。當(dāng)重啟系統(tǒng)后，CST數(shù)值將消失;8)拿起電極塞，取下漏斗，拿走濾紙，用棉紙清潔各部件，水分完全擦拭干凈。重復(fù)上述步驟測(cè)試下一樣品。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

比阻測(cè)定采用的是上海江科實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的PJK02型污泥比阻測(cè)定裝置，真空壓力35.5 kPa～70.9 kPa，實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)定在 35.5 kPa。

CST測(cè)定采用的是英國Triton公司的CST污泥毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)試儀。該儀器有兩個(gè)漏斗，一個(gè)是直徑1.8 cm的漏斗，還有一個(gè)是直徑1 cm的漏斗。清水滲透過直徑1.8 cm的漏斗需要4 s，通過直徑1 cm的漏斗耗時(shí)10 s，測(cè)試中采用了直徑1.8 cm的漏斗，即污泥的CST要大于4 s才是有效數(shù)據(jù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)過程中選用了濃縮污泥和脫水污泥兩種污泥進(jìn)行。對(duì)兩種污泥在不同的加藥量下的R和CST進(jìn)行比較分析，考察R和CST的相關(guān)性及適應(yīng)性。

3.2.1 濃縮污泥測(cè)試

圖3為濃縮段污泥的R和CST比較結(jié)果，可以看到隨著加藥比的提升R逐漸減小，表明污泥脫水性能逐漸變好;但是CST的值隨著加藥比提升逐漸增加，表明污泥脫水性能愈來愈差，結(jié)果與R正好相反。

3.2.2 脫水污泥測(cè)試

圖4為脫水段污泥的R和CST趨勢(shì)比較，可以看到隨著加藥比的提升，R和CST表現(xiàn)出一樣的變化趨勢(shì)。在加藥比低于2‰時(shí)，隨著加藥比提升，污泥脫水性能略有變差，之后隨著加藥比提升，污泥脫水性能愈來愈好。

圖5為R和CST的相關(guān)性曲線，可見R和CST顯著相關(guān)(R2=0.967 9)。對(duì)于脫水污泥，R和CST均可有效衡量污泥的脫水性能。

4 結(jié)果分析

4.1 定義上對(duì)比分析兩項(xiàng)指標(biāo)

從定義上看，R和CST是衡量污泥脫水性能的兩個(gè)不同的指標(biāo)。R是反映污泥過濾性能的綜合指標(biāo)，表示污泥脫水的難易程度，R越大，脫水性能越差。CST反映了污泥中自由水的過濾性能，表示污泥脫水速度的快慢，CST越大，脫水性能越差。

4.2 測(cè)試過程上對(duì)比分析兩項(xiàng)指標(biāo)

從測(cè)試過程上看，R的裝置較為復(fù)雜，測(cè)試步驟較多，測(cè)量的參數(shù)較多，計(jì)算較為復(fù)雜，測(cè)試時(shí)間長，裝置移動(dòng)不方便，而且排放計(jì)量管中的過濾液時(shí)，要先將計(jì)量管上方的漏斗取下后，才能將計(jì)量管中的過濾液倒掉，實(shí)驗(yàn)效率低，且零部件容易損壞。

相對(duì)而言CST測(cè)定簡便，測(cè)定速度快，測(cè)量參數(shù)單一，無需計(jì)算，結(jié)果直觀，攜帶方便。

此外，由于R的測(cè)定過程復(fù)雜，過程中受人為因素干擾較大，測(cè)定結(jié)果的重現(xiàn)性較差。對(duì)比之下，CST的測(cè)定結(jié)果要穩(wěn)定得多。

4.3 應(yīng)用條件上對(duì)比分析兩項(xiàng)指標(biāo)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，CST在指示濃縮段污泥的脫水性能的結(jié)果與R正好相反，不適合用于濃縮段污泥的脫水性能指示。分析其原因，可能是因?yàn)闈饪s污泥含水率高，自由水充足，加入PAM藥劑反而增加了水的粘稠度，阻礙了擴(kuò)散。

但是在指示脫水污泥時(shí)，CST和R變化趨勢(shì)一致，并且極顯著相關(guān)。對(duì)于脫水污泥，R和CST均能有效衡量污泥的脫水性能。

因此在衡量污泥脫水性能時(shí)，對(duì)于濃縮段污泥建議還是采用R作為衡量指標(biāo)。對(duì)于脫水污泥，雖然R和CST均能很好的指示污泥脫水性能的優(yōu)劣，但是CST測(cè)定更加簡便快捷，可以作為優(yōu)先選擇。

5 結(jié)語

1)R和CST在測(cè)定濃縮污泥時(shí)的變化趨勢(shì)差別較大，沒有很好的相關(guān)性。在考察濃縮污泥脫水性能時(shí)，建議采用R可作為參考依據(jù)。2)R和CST在測(cè)定脫水污泥時(shí)的變化趨勢(shì)一致，且結(jié)果極顯著相關(guān)，在考察脫水污泥脫水性能時(shí)，R和CST均可作為參考依據(jù)。3)相比較而言，CST的測(cè)定簡便，受人為因素影響較小，結(jié)果重現(xiàn)性較好，因此CST是較好的衡量脫水污泥脫水性能的指標(biāo)。

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