復合填料強化活性污泥沉降和脫水性能的研究

王金鑫，趙可，張小雨，李春明

復合填料強化活性污泥沉降和脫水性能的研究

王金鑫，趙可，張小雨，李春明

（吉林建筑大學，吉林 長春 130000）

為了研究復合填料對活性污泥沉降和脫水性能的影響及影響機理，通過改變復合填料、腐殖土、復合填料釋放出陽離子的投加量，考察活性污泥沉降和脫水性能的變化。以期從陽離子的角度明確復合填料對活性污泥沉降和脫水性能的影響機制。結果表明：隨著復合填料投加量的增加，SVI和CST值降低，在投加量為5 g·L-1時，SVI和CST分別為32.81 mL·g-1、8.3 s，沉降性能和脫水性能分別提高32.2%和42%。復合填料有利于提高活性污泥沉降和脫水性能，且對活性污泥沉降和脫水性能的改善效果優于腐殖土；復合填料中釋放出的二價陽離子對于污泥沉降和脫水性能起強化作用。

沉降性； 脫水性； 陽離子； 腐殖土

活性污泥法是當前世界應用最為廣泛的污水處理工藝之一，其運行過程中產生大量的剩余污泥。剩余污泥的處理和處置一直是該工藝處理的焦點。活性污泥的成分復雜，含有大量的水、有機物和微生物外，還有多種重金屬元素。目前，國內外對剩余污泥的處理，主要有物理、化學或生物三種方法改善活性污泥的沉降和脫水性能[1]。腐殖土主要是由植物腐爛后形成的一種混合物，在我國土壤中含量豐富。YG Choi、魏傳銀等研究發現[2-3]，日本某公司所生產的腐殖土填料通過釋放出陽離子以改善活性污泥的沉降性和脫水性?；诖?，本文在前人的研究基礎上，以國內腐殖土、貝殼粉、黃黏土、污泥干粉等原材料，制作復合填料。采用實驗室模擬的方式，對比和分析復合填料、腐殖土與復合填料釋放金屬陽離子對活性污泥沉降和脫水性能的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗用復合填料

復合填料的主要原料為腐殖土、黃黏土、貝殼粉、污泥干粉等。通過研磨復合填料并利用60目（250μm）篩網制備試驗用粉末，進行實驗。復合填料有機物含量為密度為1.062 g·cm-3，孔隙率為47.6%。復合填料與1 L純凈水在130 r·min-1轉速下混合2 h后陽離子濃度幾乎保持不變。1 g復合填料在純凈水中釋放陽離子濃度為1.9 meq Ca2+、2.4 meq Mg2+、0.51 meq Na+、0.03 meq K+，Ca2+、Mg2+釋放量遠大于Na+、K+。混合2 h后，不同質量的復合填料粉末在純凈水中釋放的主要一價、二價陽離子濃度呈線性變化，如圖1所示。根據從復合填料在水中釋放出的 Ca2+、Mg2+濃度，使用氯化鈣、氯化鎂制備二價陽離子混合液。

圖1 復合填料在水中陽離子的釋放

1.2 實驗方法

將對照污泥與0.5、1.0、2.0、5 .0 g復合填料、腐殖土以及添加釋放二價陽離子的活性污泥在容量為1 L的六連攪拌器中以130 r·min-1的速度攪拌。污泥取自長春某污水廠二沉池，經SBR系統培養3周，污泥濃度為4 600 mg·L-1。復合填料與污泥濃度的比例分別為0.11、0.22、0.43、1.09?；旌蠑嚢? h，記錄SV30與污泥濃度，計算SVI值。污泥沉降2 h，去除自由水，并在3 500 r·min-1下離心5 min，使用英國Triton 304B CST污泥毛細吸水時間測試儀測試活性污泥CST值。

2 結果與分析

2.1 復合填料對活性污泥沉降性的影響

復合填料、腐殖土和陽離子對活性污泥SVI的影響如圖2所示，隨著投加量的增加，污泥沉降性能顯著提高。原污泥SVI為48.41 mL·g-1。復合填料投加量為2 g·L-1時，污泥SVI降低至33.26 mL·g-1；當復合填料投加量從2 g·L-1提升至5 g·L-1時，污泥SVI降低趨勢放緩，降低至32.81 mL·g-1，降低32.2%。而腐殖土和二價陽離子，在投加量為5 g·L-1時，對沉降性能改善效果僅為27.7%、14.2%。由于復合填料不止通過化學作用，還通過物理作用影響污泥的沉降性能，根據資料，污泥絮體密度為1.02~1.06 g·cm-3 [4]，復合填料粉末密度為1.893 g·cm-3，投加復合填料粉末、腐殖土粉末的活性污泥密度遠大于未投加的活性污泥，導致SVI值顯著降低。故二價陽離子和復合填料對污泥SVI的影響差異較大。結果表明復合填料能夠有效提高活性污泥的沉降性能，且效果優于腐殖土和二價陽離子。S Agarwal、Bruus J H等研究發現[5-6]，多價金屬陽離子在固定EPS和微生物方面起著重要作用。由于活性污泥EPS帶負電荷，多價陽離子和活性污泥絮體通過離子作用相結合時，絮體密度增加，使活性污泥的沉降性能提高。

圖2 復合填料、腐殖土、二價陽離子對SVI的影響

2.2 復合填料對活性污泥脫水性的影響

復合填料、腐殖土、陽離子對活性污泥CST的影響如圖3所示，活性污泥CST隨著復合填料投加量的增加而降低。原污泥CST為14.3 s。復合填料投加量為2 g·L-1時，污泥CST降低至9.3 s；當復合填料投加量提升至5 g·L-1時，污泥CST降低趨勢放緩，降低至8.3 s，降低42%。而相同條件下，投加腐殖土和二價陽離子的活性污泥CST為9 s和11 s，僅降低36.8%和22.8%。如圖3所示，二價陽離子（Ca2+、Mg2+）、腐殖土與復合填料對活性污泥CST的影響趨勢基本相同。實驗結果表明，復合填料對活性污泥脫水性能的改善效果優于腐殖土和二價陽離子；復合填料中釋放出的二價陽離子有助于提高污泥脫水性能，二價陽離子吸附架橋作用影響污泥EPS，導致CST降低。Forster C F、S Agarwal研究發現[7-8]：向活性污泥中投加Ca2+離子會降低活性污泥中結合水的含量，這將提高活性污泥絮體密度，從而提高活性污泥的脫水性能。

圖3 復合填料、腐殖土或陽離子對CST的影響

3 結 論

實驗研究表明復合填料能夠有效提高污泥的沉降和脫水性能，主要結論如下：

1）復合填料有利于提升活性污泥的沉降性能和脫水性能，對污泥沉降性能和污泥脫水性能的改善效果為32.2%和42%。

2）復合填料對活性污泥特性的改善效果優于腐殖土。相同投加量的情況下，復合填料對活性污泥沉降和脫水性能的改善效果相較于腐殖土分別提高4.5%和5.1%。

3）復合填料釋放出的二價陽離子（Ca2+、Mg2+）對活性污泥沉降性能和脫水性能的改變起著重要作用，隨著復合填料或等效二價陽離子投加量的增加，污泥SVI和CST降低。

［1］楊文鋒, 張慶芳, 楊期勇, 等. 市政污泥脫水及生物淋濾調理技術綜述[J]. 工業水處理, 2018, 38 (04): 11-16.

［2］CHOI Y G, CHUNG T H. Effects of humus soil on the settling and dewatering characteristics of activated sludge[J]., 2000, 42 (9)：127-134.

［3］魏傳銀, 馬玉華, 吳敏, 等. 腐殖土對污泥沉降和脫水性能的影響及其機理[J]. 環境工程, 2018, 36 (05): 145-149.

［4］AGARWAL S, ABU‐ORF M M, NOVAK J T. Effect of Biopolymer on the Dewatering Characteristics of Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion of Sludges[J]., 2006, 78 (3)：305-311.

［5］BRUUS J H, NIELSEN P H, KEIDING K. On the stability of activated sludge flocs with implications to dewatering[J].,1992, 26 (12)：1597-1604.

［6］趙敏. 活性污泥絮體的性狀及其沉降性能的探討[J]. 環境科學與管理, 2011, 36 (05): 106-111.

［7］FORSTER C F, LEWIN D C. Polymer Interactions at Activated Surfaces[J]., 1972, 12 (10): 520-525.

［8］Agarwal S, ABU-ORF M, NOVAK J T. Conditioning and Dewatering of ATAD Sludges: The Role of Chemical Precipitation[C]// Proceedings of the 4th IWA Water Congress. 2004.

Study on the Effect of Composite Fillers to Enhance the Settling and Dewatering Properties of Activated Sludge

,,,

(Jilin Jianzhu University, Changchun Jilin 130000, China）

In order to study the influence of composite fillers on the settling and dewatering properties of activated sludge and the influence mechanism, the changes of settling and dewatering properties of activated sludge were investigated by changing the dosage of cations released by composite fillers, humus soil and composite fillers.The effect mechanism of composite fillers on the settling and dewatering performance of activated sludge was investigated from the perspective of cationic.The results showed that the SVI and CST values decreased with the increase of the dosage of composite filler. When the dosage was 5g·L-1, the SVI and CST values were 32.81 mL·g-1and 8.3s, the settling property and dehydration property increased by 32.2% and 42%.The composite fillers improved the settling and dewatering properties of activated sludge, and the improvement effect of the settling and dewatering properties of activated sludge was better than that of humus soil.The divalent cations released from the composite filler enhanced the sludge settling and dewatering performance.

Setting; Dewatering ; Cations; Humus soil

吉林省省級產業創新專項資金項目（項目編號：2018c044-4）。

2021-03-02

王金鑫（1996-），男，浙江省嵊州市人，碩士學位，研究方向：復合填料SBR系統中污泥特性方面的研究。

X703

A

1004-0935（2021）04-0442-03