污泥是城市污水處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物。隨著城鎮(zhèn)化的加快，污水量也在不斷地增加，污泥的產(chǎn)量也在不斷地增多。污泥含水率高，且有大量的有毒有害物質(zhì)，如果處置不當(dāng)，則會(huì)產(chǎn)生二次污染。

污泥的傳統(tǒng)處置方法有填埋、焚燒、土地利用等，但是它們的應(yīng)用都因?yàn)槲勰嗟母吆实葐?wèn)題受到局限，因此，降低污泥的含水率是解決污泥處理難題的關(guān)鍵。目前的污泥處理中，通常是加入高分子無(wú)機(jī)絮凝劑使其絮凝脫水，既利用高分子的橋架絮凝作用，又能夠中和污泥上的負(fù)電荷，使粒子增加凝聚力，改善污泥的脫水性能。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)添加聚合氯化鋁( PAC) 來(lái)改善污泥的脫水性能，并研究其改善污泥脫水性能的機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1． 1 材料與儀器污泥取自武漢市某污水處理廠污泥調(diào)節(jié)池，采樣后置于冰箱冷藏保存。為了保證實(shí)驗(yàn)的可比性，實(shí)驗(yàn)污泥均在采樣后5 天內(nèi)用完。污泥含水率為 92． 62%，pH 為6． 71。

主要化學(xué)試劑: 聚合氯化鋁( PAC) ; 所用水均為蒸餾水。

主要儀器: BS224S 型電子天平( 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司) ; DBJ—623 型電子變速攪拌機(jī) ( 中國(guó)人民解放軍第四三三二工廠) ; 101 型電熱鼓風(fēng)干燥箱( 北京永光明醫(yī)療儀器廠) ; UV—2500 紫外分光光度計(jì)( 日本島津) ; 2XZ—1 型旋片式真空泵( 臨海市精工真空設(shè)備廠) 。

1． 2 實(shí)驗(yàn)方法

1． 2． 1 污泥處理方法

在6 個(gè)500 mL 的燒杯中分別加入400 mL 污泥，以及一定量的PAC，在150 r /min 轉(zhuǎn)速下攪拌 1 min，然后50 r /min 轉(zhuǎn)速下攪拌5 min，使得PAC 與污泥充分反應(yīng)。

1． 2． 2 污泥沉降性能的測(cè)定量取100 mL 污泥，投入一定量的PAC，采用 1． 2． 1中的處理方法進(jìn)行制備，然后倒入100 mL 量筒中，按照污泥沉降實(shí)驗(yàn)方案中的規(guī)定，每隔幾分鐘 ( 由于污泥沉降的特性間隔時(shí)間逐漸延長(zhǎng)) 記錄一次污泥體積，共計(jì)時(shí)30 min。在相同條件下，改變投加PAC 的量，得到一組數(shù)據(jù)以比較污泥的沉降性能。

1． 2． 3 濾餅含水率的測(cè)定

將100 mL 經(jīng)過(guò)處理后的污泥倒入布氏漏斗，在恒定的壓力( 0． 075 MPa) 下抽濾一段時(shí)間，然后取出部分污泥泥餅置于表面皿中，于烘箱中105 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量，冷卻后稱質(zhì)量，較后代入式( 1) 計(jì)算濾餅的含水率:

α = (W2 － W3)/ (W2 － W1) × 100% ( 1)

式( 1) 中a 為濾餅含水率，%; W1 為空蒸發(fā)皿質(zhì)量，g; W2 為蒸發(fā)皿質(zhì)量+ 濕樣質(zhì)量，g; W3 為蒸發(fā)皿質(zhì)量+ 干樣質(zhì)量，g。

1． 2． 4 過(guò)濾速度的測(cè)定

將100 mL 經(jīng)過(guò)不同處理后的污泥放于布氏漏斗，恒定過(guò)濾壓力為0． 075 MPa。每隔20 s 記錄一次濾液體積，共計(jì)3 min。在抽濾過(guò)程中不斷地調(diào)整壓力，使其保持恒定。通過(guò)濾液體積的變化，考察 PAC 對(duì)污泥過(guò)濾速度的影響。

1． 2． 5 濾液中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定取100 mL 處理后的污泥，真空抽濾后取其濾液，采用雙縮脲法，在紫外條件下測(cè)出吸光度，再以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白測(cè)定出濾液中胞外蛋白質(zhì)含量。標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定是在相同的外界條件下進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2． 1 PAC 對(duì)污泥絮體結(jié)構(gòu)的影響污泥的胞外聚合物EPS 是污泥絮體的重要組成部分，它對(duì)污泥的沉降、自身絮凝等都有很重要的影響.EPS 的成分很復(fù)雜，但是其中含量較多的是蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中，測(cè)定投加PAC 后污泥濾液中蛋白質(zhì)的含量來(lái)考察其對(duì)污泥絮體的影響，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 PAC 投加量對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

從圖1 可以看出，隨著PAC 投加量的增加，濾液中蛋白質(zhì)的含量在不斷地增加。這可能是因?yàn)椋?PAC 水解生成的陽(yáng)離子吸附在污泥絮體的表面，使得污泥表面的EPS 不斷地減少，且溶于水中，從而導(dǎo)致濾液中的蛋白質(zhì)含量增加。

2． 2 PAC 對(duì)污泥脫水性能的影響

2． 2． 1 對(duì)過(guò)濾速率的影響

圖2 顯示的是經(jīng)過(guò)PAC 處理后污泥的過(guò)濾速率?？梢娫嘣?80 s 內(nèi)的過(guò)濾速率基本上沒(méi)有變化，而經(jīng)過(guò)處理的污泥在180 s 內(nèi)過(guò)濾速率變化很明顯地經(jīng)歷了快速過(guò)濾和壓縮固化階段［7］。圖2 表明，投加PAC 能夠顯著地提高污泥的過(guò)濾速度。

圖2 PAC 投加量對(duì)濾液體積的影響

2． 2． 2 對(duì)濾餅含水率的影響

PAC 投加量對(duì)濾餅含水率的影響如圖3 所示。從圖3 可以看出，隨著PAC 投加量的增加，污泥濾餅的含水率不斷地減少較后趨向于穩(wěn)定。當(dāng)投加量為0． 136 g /g 時(shí)達(dá)到較低值，為72． 55%，當(dāng)投加量增加時(shí)，濾餅的含水率又略有上升，這可能是因?yàn)檫^(guò)量的PAC 使得污泥的顆粒又帶上正電荷，造成污泥顆粒間的正電荷排斥分散，使得污泥脫水困難

圖3 PAC 投加量對(duì)濾餅含水率的影響

2． 2． 3 對(duì)離心性能的影響

離心性能通常是用上清液的濁度來(lái)評(píng)價(jià)的，因此，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)測(cè)定離心后上清液的濁度，來(lái)考察 PAC 對(duì)污泥離心性能的影響。在離心時(shí)間5 min，轉(zhuǎn)速3 000 r /min，PAC 不同投加量條件下，上清液濁度如圖4 所示。從圖4 可以看出隨著PAC 投加量的增加，上清液的濁度在不斷地降低，在0． 149 g /g 時(shí)達(dá)到較低值，為17 NTU，而當(dāng)PAC 的投加量繼續(xù)增加時(shí)，上清液濁度又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。這可能是因?yàn)?，PAC 長(zhǎng)鏈的橋架吸附作用，使污泥形成較大的絮體，污泥的離心性能得到提升，但是過(guò)量的PAC 又會(huì)使得PAC 的長(zhǎng)鏈不能得到有效的伸展，造成PAC 的絮凝作用被削弱，從而污泥的離心性能反而變差。

圖4 PAC 投加量對(duì)離心性能的影響

2． 3 PAC 對(duì)污泥沉降性能的影響

經(jīng)過(guò)不同量的PAC 處理后的污泥的沉降體積隨時(shí)間的變化如圖5 所示。從圖5 可以看出，隨著 PAC 投加量的增加，污泥的沉降性能不斷地提高，并且污泥的沉降體積也在變小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: PAC 釋放出的Al3 + 能夠中和污泥顆粒上的負(fù)電荷，使污泥的絮體團(tuán)聚變大，從而便于絮凝; 同時(shí)PAC 的高分子長(zhǎng)鏈的吸附橋架作用，也能夠促進(jìn)污泥顆粒的絮凝沉降，使得污泥的沉降性能得到提高，但是過(guò)量的PAC 又可能會(huì)使污泥顆粒帶上正電荷，造成正電荷排斥現(xiàn)象，所以過(guò)量的PAC 又會(huì)使得污泥的沉降性能變差。

圖5 PAC 投加量對(duì)污泥沉降體積的影響

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在污泥處理過(guò)程中添加聚氯化鋁( PAC) ，可明顯改善污泥的脫水性能，具體為:

( 1) 當(dāng)PAC 投加量為0． 136 g /g 時(shí)，濾餅的過(guò)濾含水率較低，為72． 55%，而投加量為0． 149 g /g 時(shí)，離心上清液濁度較低，為17 NTU。

( 2) 投加PAC 能夠改變污泥的絮體結(jié)構(gòu)，使得污泥表面的EPS 脫落，改善其脫水性能、脫水速度和沉降性能。

( 3) PAC 釋放出的Al3 + 能夠中和污泥顆粒上的負(fù)電荷，并通過(guò)高分子長(zhǎng)鏈吸附橋架作用改善污泥的絮凝沉降性能。另外，投加過(guò)量的PAC，使污泥顆粒帶正電荷，造成排斥作用，反而使沉降性能變差。

本文摘自《環(huán)?？萍肌?本文作者：齊彪 汪毅恒 柳海波；編輯：李浩