絮凝剂对城市污水处理厂污泥的调理研究

Posted 2023-01-11 硅藻土

篇首语：当筵意气临九霄，星离雨散不终朝。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了絮凝剂对城市污水处理厂污泥的调理研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

考察了聚丙烯酰胺(PAM)、壳聚糖(CTS)、硅藻土以及复合絮凝剂对剩余污泥的调理作用，实验结果表明它们都有助于改善活性污泥的脱水。通过比较污泥比阻的变化，观察试验中的矾花生成现象及滤液情况，可知单体CTS，PAM及硅藻土/PAM，硅藻土/壳聚糖无机与有机复合调理对剩余污泥的调理效果相似。再根据张印堂，Asano等国内外学者对PAM和CTS的研究，理论上CTS可以取代PAM。
目前国内大部分城市污水处理厂采用生化工艺处理污水，在污水处理过程中产生大量的生化污泥。生化污泥颗粒小、有机质含量高、含水率[1-2]，脱水困难，成为污泥处理处置的瓶颈问题。我国污泥处理费用已占污水处理厂总运行费用的20%～50%，甚至高达70%。污泥脱水前必须进行物理、化学调理改善其脱水性能，便于后续处理处置[4-5]。化学调理效果可靠，设备简单，操作方便，被长期广泛采用。国内对污泥的调理一般用调理剂PAM，但PAM得单体可能致癌、致畸、致突变，对人体和环境造成很大危害；而且，PAM是一种有机高分子絮凝剂，在脱水过程中部分水解成丙烯酸和有机胺等有毒单体，产生二次污染。因此如何找到经济、有效、无危害的化学调理机是学者研究的核心。
1.实验部分
1.1实验材料
壳聚糖(CTS，灰白色粉状)，市售，将其溶解于1%的酒石酸，浓度为1g/L，壳聚糖易水解随用随配；硅藻土(化学纯，白色粉状)，市售；聚丙烯酰胺(PAM，分析纯)市售，白色颗粒状，分子量800万～1500万，配置为浓度0.5g/L；污泥：污泥取自合肥市朱砖井污水处理厂贮泥池的消化污泥，其含水率93.85%，pH7.6左右。
主要设备：HJ-3型数显恒温磁力搅拌器；电热恒温干燥箱；污泥比阻测定设备一套。
1.2絮凝脱水实验
取100mL污泥置于烧杯中，加入絮凝剂搅拌均匀，倒入布氏漏斗中，参照文献，上的实验装置真空抽滤脱水至无水滴(真空度无法破坏)，记录不同时间t及其所对应的滤液体积V，以t/V为纵坐标，V为横坐标作图，定压过滤时，t/V与V呈直线，其斜率为b，计算污泥比阻γ。污泥比阻反映了脱水性能，其值愈大脱水性能愈差，反之，脱水性能愈好。公式如下：

2.结果与讨论
2.1PAM药剂对污泥的调理

将不同剂量0mL，5mL，6mL，7mL，8mL，9mL的PAM加入到100mL污泥中对其进行调理，从表1可以看出，随着PAM投加量的不断增加所需抽滤时间减少，且在相同的时间下所需抽滤滤液量增加。由图1表明PAM有助于比阻的降低，利于污泥脱水，但如果投加量超过一定的量，效果反而下降，这是由于PAM过量会使污泥表面带正电，丧失了PAM与污泥颗粒发挥电中和作用的优势，从而使其脱水性能降低。

从图1看出PAM投加量为6mL时，即30mg/L污泥的比阻达到最低为1.64×109s2/g，继续增加时，污泥比阻又呈上升趋势。PAM能够改变污泥絮体结构，析出蛋白质增加脱水性能，激光粒度分析表明投加PAM的污泥比原泥的粒径显著增大。从表面上看PAM投加量的增加对絮体的形成影响不大，肉眼几乎观察不到的絮体的形成，没有出现分层现象。这可能因为形成的絮体比较小以及污泥和水的分离不明显的缘故。
实践表明，在污水的混凝沉淀中PAM的调理效果要好于铝盐，铁盐等，但从实验数据来看效果并不理想。实验过程中可以明显观察到，当在污泥中加入PAM反应后，泥的状态发生了明显改变，泥粒增大，泥水分离，类似于混凝土过于搅拌而引起的离稀现象。但由于PAM是有机大分子物质，其本身的粘度大，随过滤的进行，泥层的增厚，滤层的阻力愈来愈大，甚至游离水也难以通过该滤层。这表明，经PAM调理的泥，用离心法脱水效果较好，PAM不适合真空压滤实验。
2.2壳聚糖对污泥的调理
将不同剂量0mL，2mL，4mL，6mL，8mL，10mL的CTS加入到100mL污泥中对其进行调理，加入CTS后污泥表面就有反应，稍微搅拌就产生絮体，很快分层，出现上清液，随着CTS投加量的增加，所形成的絮体也随着变大，到一定程度后不再变大，上清液增多且较清，但超过一定量后不但不能形成絮体反而使污泥混浊。因此控制投加量非常重要，投加不足或过量都会引起壳聚糖的调理效果变差。
由表2和图2可知，用压滤设备时，壳聚糖对污泥的调理效果不是非常明显。但还是有效果当壳聚糖8mL时，即80mg/L比阻最低为0.69×109s2/g。随着壳聚糖的量增加污泥的比阻先变大后减小，这可能是由于壳聚糖为弱阳性高分子聚合物，其具有电中和与吸附架桥的作用，由于壳聚糖相对分子质量在2×106左右并不大，因此形成的絮体较小，而且能形成较坚固的结构。随着壳聚糖剂量的增加，当达到最佳点后，比阻值逐渐增大，同时也发现滤饼有黏滤纸的现象。

壳聚糖在污泥脱水预处理中的应用近年来在国外已逐渐普遍，Asano等曾用商品名称为Flonac的脱乙酞壳聚糖对厌氧消化污泥进行脱水处理实验，发现絮凝剂加入量(以污泥中悬浮固体在加入壳聚糖时，含量计)为0.7%～1.5%，污泥经凝聚和离心分离后，有96%以上的悬浮固体分离出来形成含水量为65%～75%，外观干燥的污泥饼。张印堂等研究壳聚糖改善上海市天山污水处理厂回流污泥脱水性能时发现，壳聚糖与阳离子PAM效果接近，远远好于PAC。基于以上可以得出壳聚糖不适合压滤脱水，用离心脱水效果较好。
2.3硅藻土污泥的调理
实验向100mL污泥投加硅藻土(0g，3g，5g，7g，9g，11g)时，污泥比阻变化幅度较大，其变化范围是使污泥比阻下降了92.32%～97.99%。比阻的最低值出现在硅藻土投加7g/100mL时，污泥比阻为1.03×108s2/g。由表3可以看出污泥的抽滤时间大幅度减低，而且污泥的比阻减低了一个数量级。张尊举等研究了用PAC制造了改性的硅藻土，其调理效果非常显著，使得泥饼含水率从96.8%降至79.6%。

硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等有机质。硅藻土用于城市污泥的处理还处于其初期阶段，在工程实践上可以借鉴的工程实例还较少，所积累的经验也不多。在理论上，硅藻土污泥处理的完整的机理还不清楚，从而影响了其处理效果和操作运行条件的进一步提高?a href='http://www.baiven.com/baike/225/315630.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>透纳啤Ｌ乇鹗窃诠柙寰恋母男陨希溲芯康某晒乖恫荒苈愀莶煌奈勰嗵卣鞑捎貌煌母男怨柙寰恋囊蟆?BR>
3.无机与有机絮凝剂复配
根据全清水，涂玉的调理剂的复配原则，首先在6mL的PAM下确定了硅藻土的投加量为5g/100mL污泥，然后固定硅藻土的投加量改变PAM的投加量，在5g硅藻土的前提PAM的最佳量，即为二者复配的最佳量。壳聚糖和硅藻土复配方法同上。最后确定6mLPAM+5g硅藻土；7mL壳聚糖+6g硅藻土是其复配的最佳投加量。

3.1硅藻土与PAM复配
向100mL的污泥中加入硅藻土和PAM，其调理效果如图4，使污泥的比阻从51.0767×108s2/g下降到0.97723×108s2/g将近一个数量级。在负压抽滤实验中，由于PAM不适合此种脱水实验，使得复合调理效果欠佳。
3.2硅藻土与壳聚糖复配
向100mL的污泥中加入硅藻土和壳聚糖，其效果也非常明显使污泥的比阻从51.0767×108s2/g下降到1.0295×108s2/g将近一个数量级。在负压抽滤实验中，由于壳聚糖不适合此种脱水方式，使得调理效果欠佳。其复配效果要好于单体的调理。

3.3两种调理剂复配的调理对比
由图4～图6可知，壳聚糖和硅藻土复配用药量稍高于PAM和硅藻土的用量，但前者调理效果和后者不差上下；由于PAM和壳聚糖不适合压滤脱水，复配调理效果没很好的体现出来，但这并不影响我们的研究目的。鉴于，PAM毒性和产生的二次污染以及污泥的最终处置，建议使用壳聚糖和硅藻土的复配。

4.结论
(1)聚丙烯酰胺(PAM)与壳聚糖(CTS)都具有调理效果，均能改善污泥的脱水性能，减少污泥与水的亲合力。由于PAM具有“三致"性，而且产生二次污染，由实验数据无论单体还是复配可知PAM和CST对污泥的调理效果很相似。鉴于CST与其性质相似，可以取代之。
(2)由于普通的CST难溶于水，我们可通过酰化，羧基化，羟基化，卤化，羧甲基化等对其进行改性。其中羧甲基壳聚糖是一种水溶性、两性聚电解质的壳聚糖衍生物。我们的目的找到经济，实用的调理剂。
(3)硅藻土是一个很好的无极调理剂，用其取代铁盐，铝盐，有助于减少金属污泥的生成。