污水處理廠剩余污泥脫水性能主要受污泥顆粒粒徑分布、污泥膠體表面電荷及胞外聚合物EPS(extracellularpolymericsubstances)的影響口。污泥調(diào)理方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法。傳統(tǒng)的化學(xué)調(diào)理法常用絮凝劑使污泥顆粒絮凝，以改善其脫水性能，或利用芬頓試劑、雙氧水氧化等技術(shù)破壞污泥中的EPS。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外也有很多利用復(fù)合藥劑調(diào)理污泥的研究，使污泥脫水性能得到了較大改善。
硅酸鹽與鐵鹽或鋁鹽混合能形成聚硅酸鐵(鋁)鹽絮凝劑，具有較好的絮凝效果。本文研究了4種鐵鋁鹽單獨(dú)調(diào)理和分別與K2SiO3復(fù)合投加調(diào)理時(shí)對(duì)污泥脫水性能的影響，以及各調(diào)理方式對(duì)污泥粘度和沉降性能的影響。
一、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
FeCl3、AlCl3、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3、K2SiO3均為分析純，污泥，取自深圳市某水質(zhì)凈化廠，樣品為投加PAM后并經(jīng)帶式濃縮機(jī)濃縮之后的污泥，含水率為97.5%左右，樣品取回后置于實(shí)驗(yàn)室冷藏箱中4℃下保存以待使用。污泥基本性質(zhì)見(jiàn)表1。
BSA224S-CW電子分析天平;DHG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱，JJ-4A電動(dòng)六聯(lián)攪拌器，TH3354污泥比阻測(cè)定裝置，DFC-10A CST測(cè)定儀，NDJ-8S粘度計(jì)，PHS-3CpH計(jì)。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 污泥調(diào)理
用量筒量取500mL原污泥于燒杯中，啟動(dòng)電動(dòng)攪拌器，將攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)置為500r/min，污泥攪拌均勻后，向原污泥中加入調(diào)理劑，維持?jǐn)嚢杵?00r/min轉(zhuǎn)速攪拌15s，使藥劑與污泥快速混合，再將轉(zhuǎn)速降至300r/min，調(diào)理15min后關(guān)閉攪拌器，對(duì)調(diào)理后的污泥進(jìn)行污泥比阻SRF(SpecificResistancetoFiltration)、毛細(xì)吸水時(shí)間CST(CapillarySunctionTime)A污泥粘度、沉降性能等指標(biāo)的測(cè)定。
1.2.2 SRF測(cè)定
采用布氏抽濾法測(cè)定，量取100mL污泥倒入布氏漏斗(0=9cm)中，在抽濾壓力0.02MPa的恒壓下進(jìn)行真空抽濾脫水，每隔一段時(shí)間記錄濾液的體積，抽濾至真空度破壞，繪制i/V曲線，并測(cè)定污泥濾餅的含水率，最后計(jì)算出污泥的比阻。比阻計(jì)算公式如下：
式中P一抽濾真空度，Pa;A—過(guò)濾面積，m2;μ—濾液的動(dòng)力粘度系數(shù)，Pa•s;b—直線V-t/V的斜率;w—濾過(guò)單位體積的濾液在過(guò)濾介質(zhì)上截留的固體質(zhì)量，kg/m3;SRF一污泥比阻，s2/g。
1.2.3 CST測(cè)定
利用毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)定儀，將調(diào)理后污泥加入漏斗內(nèi)，啟動(dòng)儀器，讀取示數(shù)。
1.2.4 污泥粘度測(cè)定
取500mL污泥于燒杯中，選擇合適的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速，調(diào)平儀器，將轉(zhuǎn)子浸入污泥中，啟動(dòng)儀器，待示數(shù)穩(wěn)定后讀取示數(shù)即為粘度值。
1.2.5 污泥沉降性測(cè)定
用100mL量筒量取100mL污泥，靜置，每隔5min記錄沉淀污泥層與上清液分界處界面的刻度值，直至30min后測(cè)定赫。
二、結(jié)果與討論
2.1 單一藥劑調(diào)理污泥對(duì)污泥脫水性能的影響
使用FeCl3、AlCl3、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3按照污泥干重的2%，4%，6%，8%，10%，12%的投加量分別調(diào)理污泥。4種藥劑調(diào)理后對(duì)污泥SRF和CST的影響見(jiàn)圖1、圖2。
由圖1可知，原污泥分別經(jīng)過(guò)4種調(diào)理劑調(diào)理后，SRF均有明顯下降趨勢(shì)。隨著投加量的增加，SRF先迅速下降，后緩慢上升。本研究所用原污泥SRF值為5.033x106s2g，當(dāng)使用FeCl3調(diào)理時(shí)，在投加量為4%時(shí)SRF值達(dá)到最低，為2.688x106s2g;使用Fe2(SO4)3調(diào)理時(shí)，在投加量為8%時(shí)SRF值達(dá)到最低，為2.948x106s2/g;使用AlCl3調(diào)理時(shí)，在投加量8%時(shí)，SRF降至最低，為2.778x106s2g;Al2(SO4)3調(diào)理時(shí)，在投加量為6%時(shí)SRF達(dá)到最低值，為3.305x106s2/g。
由圖2可知，4種鐵鋁鹽分別調(diào)理污泥時(shí)，CST隨著投藥量的變化趨勢(shì)與SRF變化趨勢(shì)相似。原污泥CST為28.1s，當(dāng)使用FeCb調(diào)理時(shí)，CST在投加量為4%時(shí)降至最小，為16.8s;當(dāng)使用Fe2(SO4)3調(diào)理時(shí)，在投加量為8%時(shí)CST達(dá)到最小，為19.4s;當(dāng)使用AlCl3調(diào)理時(shí)，在投加量為8%時(shí)CST降至最小，為17.0s;當(dāng)使用Al2(SO4)3調(diào)理時(shí)，在投加量為6%時(shí)，CST達(dá)到最小，為22.0s。
通過(guò)以上現(xiàn)象分析可知，對(duì)于FeCl3、AlCl3、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3 4種藥劑而言，F(xiàn)eCl3的調(diào)理效果最佳，且并非藥劑的投加量越多，脫水性能越好，而是在一定范圍內(nèi)才能達(dá)到最好的效果?？赡苁怯捎谖勰囝w粒表面一般帶有負(fù)電荷，污泥顆粒表面同性電荷的斥力作用使污泥顆粒無(wú)法聚集，使污泥中含有較多的間隙水。而Fe3+或Al3+帶正電，隨著Fe3+或Al3+的增加，在一定投加量范圍內(nèi)，可起到電性中和的作用，降低了污泥顆粒表面的Zeta電位，同性電荷斥力減小，污泥顆粒便發(fā)生聚集作用，形成較大絮體，且由于壓縮雙電層作用使絮體更加致密，污泥過(guò)濾阻力減小，SRF值和CST降低，但當(dāng)Fe3+或Al3+投加量過(guò)多時(shí)，帶負(fù)電的污泥顆粒膠核直接吸附了過(guò)多的正電荷離子，污泥顆?？勺兂蓭д姷牧Ｗ樱琙eta電位開(kāi)始升高，污泥顆粒重新開(kāi)始穩(wěn)定，SRF和CST則開(kāi)始升高。
2.2 鐵鋁鹽和硅酸鹽聯(lián)合調(diào)理對(duì)污泥脫水性能的影響
通過(guò)對(duì)單一藥劑調(diào)理實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，F(xiàn)eCl3、AlCl3、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3 4種藥劑的最佳投加量分別為污泥干重的4%，8%，8%，6%。為探究這4種調(diào)理劑與K2SiO3聯(lián)合使用對(duì)污泥脫水性能的影響，本實(shí)驗(yàn)在4種藥劑單獨(dú)投加時(shí)得出的最佳投藥量下分別與K2SiO3復(fù)合投加調(diào)理污泥。根據(jù)已有研究成果，本研究將K2SiO3的投加量固定為污泥干重的2%，并以向原污泥單獨(dú)投加2%的K2SiO3作為對(duì)照組。不同藥劑組合對(duì)SRF的影響見(jiàn)圖3，對(duì)污泥CST的影響見(jiàn)圖4。
由圖3可知，4種鐵、鋁鹽分別跟復(fù)合K2SiO3投加調(diào)理污泥后，SRF均比單一藥劑調(diào)理時(shí)有所降低。4%的FeCl3與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，SRF值降至1.652x106s2/g;8%的Fe2(SO4)3與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，SRF值降至2.324x106s2/g;8%的AICI3在與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，SRF值降至1.842x106s2/g;6%的Al2(SO4)3與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，SRF值降至2.740x106s2/g。且在原污泥中單獨(dú)投加2%的K2SiO3時(shí)，SRF由原污泥的5.033x106s2/g升高至8.253x106s2/g.
由圖4可知，4種鐵鋁鹽分別與K2SiO3復(fù)合投加后，對(duì)CST的影響與對(duì)SRF的影響一致，即與K2SiO3復(fù)合投加調(diào)理時(shí)，CST比單獨(dú)投加鐵鹽、鋁鹽時(shí)小，而單獨(dú)投加K2SiO3時(shí)，CST值比原污泥大。4%的FeCl3與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，CST降低至12.2s;8%的Fe2(SO4)3與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，CST降低至13.1s;8%的AlCl3在與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，CST降低到了15.2s;6%的Al2(SO4)3與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，CST降低至15.4s。而單獨(dú)投加2%的K2SiO3時(shí)，CST由原污泥的28.1s增加至35.2s。
由以上分析可知，鐵鋁鹽在與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，對(duì)污泥脫水性能的改善效果優(yōu)于單一藥劑調(diào)理。且K2SiO3本身不能改善污泥脫水性能，甚至單獨(dú)使用時(shí)會(huì)增加污泥脫水的難度，其與鐵鋁鹽聯(lián)合使用時(shí)才能發(fā)揮效用，原因可能是Fe3+或Al3+在水溶液中水解呈酸性，與K2SiO3作用能形成聚硅酸，聚硅酸的高分子鏈可通過(guò)吸附架橋作用，增強(qiáng)污泥顆粒的絮凝效果兩，使污泥脫水性能得到有效改善。
2.3 調(diào)理劑對(duì)污泥粘度的影響
對(duì)各種調(diào)理方式調(diào)理后的污泥粘度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖5。
由圖5可知，污泥經(jīng)過(guò)鐵鹽、鋁鹽單獨(dú)調(diào)理或者復(fù)合K2SiO3調(diào)理后，污泥粘度比原污泥稍有降低，但單一藥劑調(diào)理與復(fù)合藥劑調(diào)理后的污泥粘度沒(méi)有明顯差異，原污泥單獨(dú)投加K2SiO3，時(shí)，污泥粘度沒(méi)有明顯變化。由此可見(jiàn)，或Fe3+的作用能在一定程度上降低污泥粘度，而復(fù)合投加K2SiO3對(duì)污泥粘度沒(méi)有明顯影響。
污泥粘度主要與污泥中EPS含量緊密相關(guān)，EPS含量越高，污泥粘度越大污泥在Fe3+或Al3+的作用下，污泥中EPS被破壞，故污泥粘度降低。而鐵鹽、鋁鹽分別與K2SiO3復(fù)合投加時(shí)，雖然污泥脫水性能比單一藥劑調(diào)理時(shí)有改善，但污泥粘度沒(méi)有進(jìn)一步改善，其原因可能是復(fù)合藥劑相對(duì)于單一藥劑僅僅是增強(qiáng)了污泥顆粒的絮凝效果，而不能增強(qiáng)對(duì)污泥中EPS的破壞效果。
2.4 調(diào)理劑對(duì)污泥沉降性的影響
對(duì)各調(diào)理方式調(diào)理后的污泥沉降性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2、圖6。表2為各調(diào)理方式調(diào)理后污泥的SV30值，即100mL攪拌混合好的污泥在量筒中靜置30min后所形成沉淀污泥占原混合液容積的百分比。圖6為調(diào)理效果最佳的FeCl3單獨(dú)調(diào)理及其與K2SiO3s復(fù)合調(diào)理的污泥在30min內(nèi)的沉降過(guò)程圖線。
由表2和圖6可知，原污泥沉降性能較差，SV30為95%，經(jīng)過(guò)鐵鋁鹽單獨(dú)調(diào)理或與K2SiO3復(fù)合投加調(diào)理后，污泥沉降性能均有明顯的改善，且復(fù)合藥劑調(diào)理后污泥沉降性能介于原污泥與單一藥劑調(diào)理污泥之間，而單獨(dú)投加K2SiO3的對(duì)照組污泥沉降性能較原污泥變差。單一藥劑調(diào)理時(shí)，F(xiàn)eCl3對(duì)SV30。影響最大，使污泥SV30降至88%，復(fù)合藥劑調(diào)理時(shí)，F(xiàn)eCl3復(fù)合調(diào)理對(duì)SV30影響最大，使SV30降至90%。由此可見(jiàn)，污泥經(jīng)過(guò)調(diào)理后沉降性得到較大改善，且K2SiO3的加入會(huì)對(duì)污泥沉降性能產(chǎn)生不利影響。原因可能是，污泥經(jīng)鐵鋁鹽調(diào)理時(shí)通過(guò)電中和作用形成的絮體較小且密實(shí)，污泥沉降后體積較小，即沉降性能得到改善，而在復(fù)合投加K2SiO3時(shí)，由于鐵鋁鹽水解呈酸性，與K2SiO3作用形成聚硅酸，聚硅酸高分子鏈具有吸附架橋的作用，使污泥顆粒形成較大的絮體，由于絮體結(jié)構(gòu)松散，具有一定的可壓縮性，所以污泥沉降后體積較單一藥劑調(diào)理時(shí)污泥體積大，即沉降性能不如單一藥劑調(diào)理后的污泥。
三、結(jié)論
(1)在單一藥劑進(jìn)行污泥調(diào)理改善脫水性能時(shí)，F(xiàn)eCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3、Al2(SO4)3 的最佳投藥量分別為4%，8%，8%，6%，且調(diào)理效果最優(yōu)的為4%的FeCl3，使SRT降至2.688x106s2/g，CST降至16.8s。
(2)FeCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3、Al2(SO4)3 4種藥劑分別與2%的K2SiO3復(fù)合投加調(diào)理污泥后，污泥脫水性能比單一藥劑調(diào)理時(shí)有較大改善，且4%的FeCl3與2%的KaSiO3復(fù)合調(diào)理效果最優(yōu)，使SRF降至1.652x106s2/g，CST降至12.2s。
(3)調(diào)理劑在改善污泥脫水性能時(shí)，污泥粘度也會(huì)降低，且沉降性能也得到改善，復(fù)合投加K2SiO3后對(duì)污泥粘度沒(méi)有明顯影響，但K2SiO3的使用對(duì)污泥沉降性能略有不利影響。（ >
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