聚合硫酸鐵對(duì)濃縮污泥的調(diào)理研究

王鳳鷺　杜慧玲　董彭旭

摘要[目的]研究聚合硫酸鐵（PFS）對(duì)濃縮污泥的脫水效果，為污水處理廠的污泥處理提供理論參考。[方法]以PFS作為調(diào)理劑，對(duì)濃縮池污泥進(jìn)行調(diào)理，以污泥比阻為主要指標(biāo)，研究了投藥量、調(diào)理劑濃度、pH和攪拌強(qiáng)度對(duì)污泥過濾脫水性能的影響。[結(jié)果]PFS的投加量為1 mL，濃度為6%，pH為7（未調(diào)節(jié)），快速攪拌速度為120 r/min，慢速攪拌速度為50 r/min的條件下，污泥由較難過濾轉(zhuǎn)變?yōu)橐走^濾，污泥經(jīng)過沉淀后上清液濁度減小。[結(jié)論]PFS對(duì)濃縮污泥具有較好的調(diào)理效果。

關(guān)鍵詞 聚合硫酸鐵；污泥；化學(xué)調(diào)理；脫水

中圖分類號(hào) S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）05-078-02

Abstract[Objective]To research the dehydration effects of Polymeric Ferric Sulfate （PFS） to concentrated sludge， and to provide theoretical references for the sludge treatment of sewage treatment plant.[Method]With PFS as the conditioner， sludge in concentrated tank was adjusted. With sludge specific resistance as the main index， effects of drug injection quantity， conditioner concentration， pH value and stirring intensity on sludge filtration dehydration performance were researched.[Result]Under the conditions of 1 mL PFS injection quantity， 6% conditioner concentration， 7 pH value， 120 r/min rapid stirring rate and 50 r/min slow stirring rate， sludge could be changed from difficult filtration to easy filtration. After sedimentation， turbidity of sludge supernatant decreased.[Conclusion]PFS has relatively good conditioning effects on concentrated sludge.

Key words PFS； Sludge； Chemical conditioning； Dehydration

城鎮(zhèn)污水處理廠采用活性污泥法處理污水所產(chǎn)生的生化污泥含水率高，體積龐大，不易于運(yùn)輸、貯存，同時(shí)含有細(xì)菌、微生物、寄生蟲、懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)以及較高含量的氮、磷等元素和重金屬及有害化學(xué)物質(zhì)[1]，這些污泥若得不到及時(shí)處理可產(chǎn)生二次污染。我國(guó)對(duì)污泥處理的費(fèi)用已占到污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的20%～50%[2]，因此研究一種有效的污泥脫水處理方法具有重要意義。目前，常采取的措施包括濃縮、脫水、穩(wěn)定化、干化、焚燒、填埋等[3]。處理方法的選擇取決于污泥的含水率和最終處置方式，城市生活污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥的含水率均在99%以上，如何降低污泥的含水率，提高污泥的脫水性能，在污泥的處理處置過程中顯得至關(guān)重要[4]。污泥調(diào)理是污泥處理處置的關(guān)鍵，通過調(diào)理可以改變污泥的組織結(jié)構(gòu)，減小污泥的黏性，降低污泥的比阻，從而達(dá)到改善污泥脫水性能的目的[5]。國(guó)內(nèi)外對(duì)此做了多年的研究開發(fā)[6-10]，希望在目前常用的調(diào)理劑調(diào)理污泥的基礎(chǔ)上開發(fā)出具有高效質(zhì)量和成本效益的調(diào)理藥劑，以代替在經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量和環(huán)境效益上都存在缺陷的傳統(tǒng)藥劑。筆者以污水處理廠濃縮池出口的污泥為研究對(duì)象，采用聚合硫酸鐵（PFS）作為無機(jī)調(diào)理劑對(duì)其進(jìn)行調(diào)理，對(duì)污泥的脫水效果進(jìn)行研究，旨在為污水處理廠的污泥處理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

污泥取自某污水處理廠濃縮池出口，曝氣池混合液取自曝氣池出口。原污泥pH為7.5，沉降30 min上清液的濁度為151 NTU，污泥比阻約為5.92×1014 m/kg，屬難過濾污泥。選用聚合硫酸鐵（PFS）作為無機(jī)調(diào)理劑。儀器設(shè)備有六聯(lián)電動(dòng)攪拌器（JJ4，國(guó)華電器有限公司）、數(shù)字濁度儀（WGZ1，上海第三光學(xué)儀器廠）、PH計(jì)（PHS2F，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）、電熱鼓風(fēng)干燥箱（1010，天津市泰斯特儀器有限公司）、電子分析天平（TG238A/S，上海天平儀器廠）、真空泵（JY7142，中航技貿(mào)集團(tuán)公司）、自制污泥抽濾裝置等。

1.2 方法

取原污泥于燒杯中，加入一定量的調(diào)理劑，室溫下先快速攪拌1 min，然后慢速攪拌5 min。將調(diào)理后的污泥倒入抽濾裝置中靜置，抽濾至真空度破壞或?yàn)V出液基本不變停止抽濾，取出濾室中的污泥，測(cè)定污泥比阻及濁度。通過平行試驗(yàn)比較調(diào)理劑的投加量、濃度、pH和攪拌強(qiáng)度對(duì)污泥過濾脫水性能的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 PFS投加量對(duì)污泥脫水性能的影響

從圖1可以看出，隨著PFS投加量的增加，比阻和濃度均隨之升高，當(dāng)PFS溶液的投加量為1 mL時(shí)，污泥比阻最小，比阻值為1.140×1014 m/kg，污泥經(jīng)過30 min沉淀后上清液的濁度最小，此時(shí)的脫水性能最佳。這是由于污泥膠體顆粒帶有負(fù)電荷，PFS屬于無機(jī)高價(jià)陽離子調(diào)理劑，起到電性中和的作用。當(dāng)投加量小于1 mL時(shí)，F(xiàn)e3+的電性中和作用增強(qiáng)，隨著投加量的增加，污泥比阻呈下降趨勢(shì)；當(dāng)投加量超過1 mL時(shí)，會(huì)因吸附電中和作用使絮體帶上反號(hào)電荷，出現(xiàn)反混凝，使得污泥比阻增大，污泥比阻呈上升趨勢(shì)。

2.2 PFS濃度對(duì)污泥脫水性能的影響

從圖2可以看出，PFS濃度為6%時(shí)，污泥比阻最小，為1.838×1014 m/kg，污泥經(jīng)過30 min沉淀后上清液的濁度最小，此時(shí)污泥的脫水性能最好。在相同PFS溶液投加量下，PFS濃度小于6%時(shí)，污泥的比阻隨濃度的增加而降低；當(dāng)濃度大于6%時(shí)，污泥的比阻值隨濃度的增加而升高。這是由于不同濃度的PFS溶液因硫酸鐵聚合物長(zhǎng)鏈分子的伸展不同導(dǎo)致脫水效果不同。濃度較低時(shí)，部分PFS長(zhǎng)鏈在水中可能會(huì)分解成短鏈結(jié)構(gòu)，造成吸附架橋及網(wǎng)捕卷掃能力下降；濃度較高時(shí)，長(zhǎng)鏈分子之間可能會(huì)互相黏附，難以有效伸展，造成吸附污泥膠粒的活性基總量減少，絮凝效果下降；另外，濃度較高，PFS可能會(huì)有部分未溶解。

2.3 pH對(duì)污泥脫水性能的影響

從圖3可以看出，污泥的pH為7（未調(diào)節(jié)）時(shí)，污泥比阻最小，僅1.587×1014 m/kg，污泥經(jīng)過30 min沉淀后上清液的濁度最小，這時(shí)污泥的脫水性能最好；pH小于7時(shí)，污泥比阻隨著pH的升高而下降；pH大于7（未調(diào)節(jié)）時(shí)，污泥比阻隨著pH的升高而呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。該試驗(yàn)中加酸后污泥脫水效果變差，就是由于酸性環(huán)境的不利因素占主要地位，而加堿也不利于污泥脫水，這是由于PFS作為無機(jī)高分子調(diào)理劑，其作用機(jī)理接近于有機(jī)高分子，但其本質(zhì)上仍是多核羥基絡(luò)合物的中間產(chǎn)物，相對(duì)于氫氧化物沉淀是羥基不飽和的，其與顆粒物的吸附實(shí)際上是表面絡(luò)合配位過程，表面羥基將會(huì)補(bǔ)充其未飽和位，吸附在表面后，仍會(huì)從溶液中吸取羥基，繼續(xù)水解沉淀過程，直至飽和成為氫氧化物沉淀凝膠，與顆粒物生成絮團(tuán)?？梢?，酸性條件不利于絮體的生成，而堿度過大，生成的絮體顆粒過大，過濾時(shí)泥餅的阻力增大，污泥比阻降低，污泥的pH為7（未調(diào)節(jié)）時(shí)，污泥已經(jīng)由較難過濾轉(zhuǎn)變?yōu)橐走^濾，且其脫水性能提高。因此，pH未調(diào)節(jié)時(shí)，污泥的比阻最小，污泥經(jīng)過30 min沉淀后上清液的濁度最小，脫水性能最好。

2.4 攪拌強(qiáng)度對(duì)污泥脫水性能的影響

2.4.1 快速攪拌對(duì)污泥脫水性能的影響。

從圖4可以看出，當(dāng)攪拌強(qiáng)度為120～160 r/min時(shí)，污泥的比阻呈上升趨勢(shì)，這是由于混合階段的要求是藥劑迅速均勻地?cái)U(kuò)散到水中以創(chuàng)造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩(wěn)并借顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)和紊動(dòng)水流進(jìn)行凝聚。PFS在水中的形態(tài)不受時(shí)間影響，混合反應(yīng)可以在短時(shí)間內(nèi)完成，且不宜進(jìn)行劇烈攪拌。因此，當(dāng)攪拌強(qiáng)度為120 r/min時(shí)，污泥的比阻最小，僅2.29×1014 m/kg，污泥經(jīng)過30 min沉淀后上清液的濁度最小，這時(shí)污泥的脫水性能最好。

2.4.2 慢速攪拌對(duì)污泥脫水性能的影響。

從圖5可以看出，當(dāng)攪拌強(qiáng)度為30～50 r/min時(shí)，污泥的比阻隨攪拌速度的加快而急劇下降，當(dāng)攪拌強(qiáng)度為50 r/min時(shí)，污泥的比阻最小，污泥經(jīng)過30 min沉淀后上清液的濁度最?。划?dāng)攪拌強(qiáng)度為50～70 r/min時(shí)，污泥的比阻隨攪拌速度的加快呈上升趨勢(shì)。這是由于反應(yīng)階段的要求是使混凝劑的微粒通過絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝體，反應(yīng)階段的攪拌強(qiáng)度應(yīng)隨著絮凝體的結(jié)大而逐漸降低，以免結(jié)成大的絮體被打碎；若攪拌速度過低，難以形成具有良好沉淀性能的較大絮凝體。因此，攪拌強(qiáng)度為50 r/min時(shí)，污泥的比阻最小，脫水性能最好。

3 結(jié)論與討論

該研究以污水廠濃縮池出口污泥為對(duì)象，通過調(diào)節(jié)污泥調(diào)理劑PFS的投加量、濃度、pH值及攪拌強(qiáng)度，探討了調(diào)節(jié)機(jī)理，研究得出了最佳投藥量，即在投藥量為1 mL，濃度為6%，pH為7（未調(diào)節(jié)），快速攪拌強(qiáng)度為120 r/min，慢速攪拌強(qiáng)度為50 r/min的條件下，污泥的脫水性能最好，污泥經(jīng)過30 min 沉降后濁度最小。聚合無機(jī)鹽型污泥調(diào)理劑處理效果良好且價(jià)廉易得，處理效果好于單體無機(jī)鹽，但由于處理后污泥中的無機(jī)成分比例提高，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行土地利用時(shí)，導(dǎo)致肥力下降且形成二次污染，因此，研發(fā)對(duì)環(huán)境無二次污染的微生物調(diào)理劑是今后的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]王磊，夏菲菲，陳依，等.城市污水廠生化污泥調(diào)理脫水研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2010，18（3）：4-6.

[2]楊琦，劉廣立.污泥處理與處置技術(shù)新進(jìn)展[J].上海環(huán)境科學(xué)，1999，18（3）：133-134.

[3]張辰，王國(guó)華，孫曉.污泥處理處置技術(shù)與工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4]羅鑫，林春綿，甄萬順.典型污泥化學(xué)調(diào)理脫水實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（6N）：184-188.

[5]熊唯，劉鵬，劉歡，等.污泥調(diào)理劑的研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保，2011，31（6）：501-505.

[6]黃文章，莫衛(wèi)松，黃凌軍，等.城市污水處理廠污泥調(diào)理藥劑選型關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選及應(yīng)用[C].國(guó)際水協(xié)污泥會(huì)議，2009.

[7]王煒，劉星.城市污水處理廠污泥脫水藥劑選型研究[J].廣州化工，2011，39（23）：119-121.

[8]BRADLEY H H，MALYUBA A，TUAN L E，et al.Sludge dewatering with cyclodextrins[J].Water Res，2007，41：1201-1206.

[9]CLOVER S M，YAN Y D，JAMESON G J，et al.Dewatering properties of dual-polymer-flocculated systems[J].International journal of mineral processing，2004，73：145-160.

[10]詹懷宇，劉千鈞，劉明華，等.兩性木素絮凝劑的制備及其在污泥脫水的應(yīng)用[J].中國(guó)制造，2005，24（20）：14-16.