城市生活污水剩余污泥深度脫水研究

劉峰銘，單鳳君，杜曉慶

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城市生活污水剩余污泥深度脫水研究

劉峰銘，單鳳君，杜曉慶

（遼寧工業(yè)大學 化學與環(huán)境工程學院，遼寧 錦州 121001）

通過污泥沉降比和泥餅含水率及脫水率的測定，分析絮凝劑和助凝劑對城市生活污水剩余污泥深度脫水性能的影響。對三氯化鋁、陽離子聚丙烯酰胺、殼聚糖以及殼聚糖-陽離子聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑的絮凝效果進行比較。結(jié)果表明，30 mg/L殼聚糖-陽離子聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑的污泥絮凝效果最好。同時，在殼聚糖-陽離子聚丙烯酰胺條件下，對石灰、粉煤灰、十二烷基苯磺酸鈉和硅藻土的脫水效果進行比較研究，結(jié)果表明，30 mg/L殼聚糖-陽離子聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑，15%石灰、10%粉煤灰、pH為3，污泥含水率降低至51.36%。

城市生活剩余污泥；絮凝劑；助絮凝劑；深度脫水

隨著城鎮(zhèn)化水平和污水處理量的增加，城市污水處理的副產(chǎn)物—剩余污泥污量預(yù)計在2020年將超過6 000萬t (以含水率80%計)[1]。剩余污泥中除含水率高之外，還含有病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物質(zhì)，未經(jīng)有效處理處置，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接威脅環(huán)境安全和公眾健康，使污水處理設(shè)施的環(huán)境效益大大降低[2]。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南(試行)》中明確把衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒和建材利用等作為我國污泥處理處置最佳可行技術(shù)[3]，其中，污泥衛(wèi)生填埋處置(H2O<60%)和焚燒處置(H2O<50%)[4]。此外，我國“十二五”規(guī)劃規(guī)定城市污水處理廠污泥含水率必須低60%才能外運。因此污泥深度脫水是國內(nèi)學者研究的熱點[5-7]。本文以城市污水剩余污泥為原料，研究絮凝劑、助凝劑的種類和濃度以及酸堿度，對污泥的脫水效果的影響，篩選和優(yōu)化絮凝劑和助凝劑組合。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與材料

實驗儀器：六聯(lián)攪拌儀、污泥比阻裝置、馬弗爐、電子天平、電熱鼓風干燥箱。

實驗所用原污泥取自錦州某污水處理廠初沉池和二沉池排出的混合濃縮污泥，含水率為97.0%，采樣后儲存于4 ℃的冰箱中。

藥劑：陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、陰離子聚丙烯酰胺(APAM)、聚合氯化鋁(PAC)、殼聚糖(CS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDS)、硅藻土、生石灰、粉煤灰等。

1.2 實驗方法

（1）取6組污泥樣品分別放于250 mL燒杯中，編號。分別加入一定濃度梯度的絮凝劑，然后在六聯(lián)電動攪拌器上，先以400 r/min攪拌3 min，再以100 r/min攪拌15 min，然后最上述污泥進行脫水性能測試[8]。

（2）在（1）實驗基礎(chǔ)上，進行一系列不同質(zhì)量濃度的助凝劑的污泥脫水實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑對污泥脫水性能的影響

污泥是由絮狀的負電荷膠體顆粒集合而成的凝膠，污泥膠體顆粒較小，能在水中穩(wěn)定分布，沉降性能差，靠重力沉降之能將污泥與游離水分開，絮凝劑的加入能改善污泥的沉降性能，使膠粒脫穩(wěn)并黏附在一起，達到泥水分離的目的，同時將表面附著的水轉(zhuǎn)化成游離水，故污泥的沉降性能可作為衡量絮凝劑性能的重要指標。

由圖1可以看出，不同絮凝劑30 min的污泥沉降比有顯著差別。殼聚糖-陽離子聚丙烯酰胺(1CS：1CPAM)復(fù)合絮凝劑投加濃度為30 mg/L時，污泥的沉降速率最快，污泥的沉降性能最好。投加濃度為40 mg/L殼聚糖(CS)次之，投加濃度為30 mg/L聚合氯化鋁(PAC)最差。由于復(fù)合絮凝劑CS-CPAM所帶的正電荷可以中和污泥表面的負電荷，減小了污泥之間的靜電斥力，增加了污泥的可壓縮性，從而使沉降性能得到了改善。

圖1 不同絮凝劑對污泥沉降性能的影響

(a) CS；(b) CPAM；(c) PAC；(d) CS-cPAM

2.2 絮凝劑對泥餅含水率及脫水率的影響

圖2為沉降性能最好的絮凝劑及其投加量下的泥餅含水率和脫水率的柱狀圖。由圖2可知，在相同抽濾時間內(nèi)，CS-CPAM調(diào)理后的污泥含水率為67.82%，脫水率為98.97%

圖2 不同絮凝劑對泥餅含水率和脫水率的影響

2.3 助凝劑種類及濃度的測定

由3圖可知，對于所有助凝劑，隨著添加量的增加含水率均會下降，主要是因為污泥中的固體干基的增加，而石灰、粉煤灰的效果明顯優(yōu)于其他試劑。由于石灰對污泥酸堿度造成較大的影響，此外，考慮成本和經(jīng)濟效益，需要設(shè)計正交實驗完成助凝劑的最佳用量設(shè)計。

由表4極差分析可知，石灰添加量對污泥含水率的影響最大，其次粉煤灰添加量，酸堿度影響最小，因此，3個因素對污泥含水率影響的大小順序為：>>，即石灰添加量>酸堿度>粉煤灰添加量。剩余污泥深度脫水的最佳工藝為321，即添加30 mg/L復(fù)合絮凝劑CAM-CPAM，15%石灰，10%粉煤灰，pH為3，處理后的污泥含水率降低至51.36%。

圖3 不同助凝劑對泥餅含水率的影響

2.4 助凝劑及pH的優(yōu)化

表1 正交實驗結(jié)果分析表

表2 助凝劑及pH正交實驗因素水平表

4 結(jié) 論

（1）由不同絮凝劑的沉降性能和泥餅含水率及脫水率的對比分析可知，當復(fù)合絮凝劑CS-CPAM質(zhì)量濃度為30 mg/L，污泥沉降性能最好。

（2）當復(fù)合絮凝劑CS-CPAM質(zhì)量濃度為30 mg/L，不同助凝劑對污泥脫水率的對比研究可知，石灰和粉煤灰對污泥深度脫水影響顯著。

（3）正交實驗優(yōu)化結(jié)果可知，石灰15%、粉煤灰10%，pH為3，污泥含水率降低至51.36%。

[1] 姜惠民,朱芬芬,梁遠.市政污泥深度脫水藥劑優(yōu)化研究[J]. 環(huán)境工程學報, 2014, 8(2):697-701.

[2] 周振,胡大龍,李昊.不同混凝劑對深度脫水污泥水的預(yù)處理效果研究[J]. 給水排水,2014, 40(3):128-131.

[3] 曹仲宏,王秀朵.城市污水處理廠污泥處理處置方案的選擇[J]. 中國給水排水,2013,29(2):13-15.

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Study on the Deep Dewatering of Municipal Sewage Sludge

（School of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001, China）

The influence of types and dosages of flocculant and coagulant aid on the deep dewatering performance of municipal sewage sludge was analyzed through the determination of sludge settling ratio, water content and dewatering rate of sludge cake. Flocculating efficiencies of AlCl3,CPAM,CS and CPAM-CS composite flocculants were compared. The results showed that the flocculation effect of 30mg/L CPAM-CS composite flocculants is the best. At the same time, the dewatering effect of lime, fly ash, SDBs and diatomite was compared under the condition of using CPAM-CS composite flocculants. The results showed that when the dosage of CPAM-CS was 30 mg/L and the mass ratio of lime and fly ash were respectively 15% and 10% and pH was 3, the water content of sludge cake reduced to 51.36%.

municipal sewage sludge; flocculant; flocculant aid; deep dewatering

2017-11-20

劉峰銘（1994-），男，遼寧省營口市，研究方向：固體廢棄物資源化。

單鳳君（1971-），女，副教授，博士，研究方向：廢棄物的資源化和環(huán)境材料研究。

遼寧省教育廳大學生實踐教育基地建設(shè)項目，項目號：2015029。

TQ 085

A

1004-0935（2017）12-1171-03