污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)及深度脫水

1、污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)及深度脫水研究進展胡芝娟，董濤，錢秋蘭，沈序輝，趙利卿（天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，天津，300400）摘 要水泥窯協(xié)同處置剩余污泥避免了其他方式處置不徹底，存在二次污染等問題，是一種理想的污泥處置手段。污泥入窯前的干化脫水過程需要消耗大量的熱量和電能，導(dǎo)致成本偏高。采用化學(xué)調(diào)質(zhì)+機械壓濾的深度脫水方式先將污泥含水率降到55%以下，避開污泥的粘滯區(qū)，再采用廢煙氣余熱進行干化，則可以顯著降低污泥脫水的成本。本文概述了國內(nèi)外污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的研究進展，分析了污泥深度脫水和普通脫水的區(qū)別，以期為污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)和深度脫水方法的選擇提供參考。關(guān)鍵詞：污泥；化學(xué)調(diào)質(zhì)；深度脫水1.前言活性污泥法處

2、理污水過程中，會產(chǎn)生大量的剩余污泥，其體積約占處理水量的0.5%1.0%（以含水率97%計）1。隨著污水處理率的提高和處理程度的深化，在污水處理過程產(chǎn)生的污泥量將大量增加。污泥中含有大量病原菌、重金屬含量高、且易腐敗產(chǎn)生惡臭，如處置不當(dāng)，將引起嚴(yán)重的二次污染2。與填埋、堆肥和焚燒等目前常用的處置方式相比，用水泥窯來協(xié)同處置剩余污泥是一種非常理想處置手段。水泥窯的高溫避免了二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，污泥中的大量重金屬被固定在水泥熟料中，從而避免了其他方式處置不徹底，存在二次污染等問題。一般污水處理廠出廠污泥的含水率在80%85%，含有大量水分。目前，用水泥窯處置污泥的方式有兩種，濕污泥直接入窯和濕

3、污泥干化后入窯，這些協(xié)同處置方式均有工程實例。重慶拉法基南山工廠將污水廠來的污泥直接泵入分解爐中，由于污泥含水量大，為了避免破壞窯的熱工制度，污泥的處理量較小，約為150t/d。濕泥干化后入窯可采用煙氣間接干燥或直接干燥。我院參與設(shè)計的北京水泥廠污泥焚燒項目采用水泥廠高溫?zé)煔庀葘ξ勰噙M行間接干燥，然后投入回轉(zhuǎn)窯中焚燒。我院設(shè)計的廣州越堡水泥公司水泥窯處置污泥項目則采用煙氣對污泥進行直接干燥，然后再入窯焚燒。濕泥干燥后，含水率降低到30%以下，減少了本研究獲天津市市長基金項目大沽排污河底泥及城市污泥處置集成技術(shù)研究及應(yīng)用支持水分對窯況的影響，污泥處理量顯著提高，以越堡為例，處置能力達730t/d

4、3。去除污泥中水分的過程是能量凈消耗的過程，高能耗導(dǎo)致的高處理成本，成為污泥深度脫水的瓶頸。特別是，含水率在55%65%之間的污泥，處于粘滯區(qū)域4。此時，污泥粘性大，輸送和干燥的能耗電耗很高，也導(dǎo)致整個污泥干化過程能耗電耗居高不下。如果能先將污泥脫水至含水率55%以下，則可以大大降低污泥干化的能耗，同時還可以采用水泥廠余熱發(fā)電出來的廢熱（180）作為干化熱源，不但降低了污泥處置的成本，同時也降低了水泥生產(chǎn)的成本。污泥深度脫水是指對污泥進行調(diào)理，破除細(xì)胞壁，釋放結(jié)合水、吸附水和細(xì)胞內(nèi)水，改善污泥的脫水性能，使處理后的污泥含水率達到60%以下的脫水方式。目前來說，比較現(xiàn)實可行的污泥深度脫水方式是“

5、化學(xué)調(diào)質(zhì)+機械脫水”。污泥先經(jīng)化學(xué)調(diào)質(zhì)，使污泥中的間隙水和部分結(jié)合水釋放出來，然后通過機械壓榨將水分離出來。采用的壓榨設(shè)備最好是隔膜壓濾機或板框壓濾機，離心式和帶式壓濾機無法滿足低含水率要求。本文從污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的角度，對目前污泥深度脫水的調(diào)質(zhì)方法加以總結(jié)和論述。2.污泥中的水分污泥是由菌膠團和懸浮固體形成的膠體結(jié)構(gòu)。由于污泥顆粒表面特性和污泥團的結(jié)構(gòu)所決定，污泥顆粒表面吸附有各種荷電離子以及由微生物在其代謝過程中分泌于細(xì)胞體外的胞外聚合物等。這些荷電離子和胞外聚合物具有很強的持水性。污泥顆粒相互聚集組成污泥團，形成許多的毛細(xì)孔道。圖1 污泥中水分的分類圖2 污泥膠體的雙電層結(jié)構(gòu)污泥中的水分按其

6、狀態(tài)共分為四種（圖1）：（1）間隙水或游離水，間隙水是存在于污泥顆粒間隙中的游離水分，一般占污泥總含水量的70%左右；（2）毛細(xì)水，毛細(xì)水是污泥顆粒之間或顆粒裂隙中由于毛細(xì)作用與污泥顆粒結(jié)合在一起的水分，占總水量的20%左右；（3）吸附水，吸附水是由于表面張力的作用吸附在污泥顆粒表面的水分，由于污泥顆粒小，具有極強的表面吸附力；（4）結(jié)合水或細(xì)胞水，結(jié)合水是包含在污泥中微生物細(xì)胞內(nèi)的水分，或無機污泥中金屬化合物所帶的結(jié)晶水等，只有改變污泥顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)才能將結(jié)合水分離，結(jié)合水和吸附水共占污泥中總含水量的10%左右5。但這種劃分目前沒有定量測定的方法，因此在大多數(shù)對水分的定量測定中簡單的將污泥中

7、的水分劃分為自由水和束縛水6,7。四種水分的結(jié)合強度依次為間隙水<毛細(xì)水<吸附水<結(jié)合水。間隙水理論上容易脫除，可通過重力沉淀（濃縮壓密）而分離，但是由于污泥是有絮狀的膠體集合而成，顆粒很細(xì)而且很軟，由于軟顆粒具有一定的壓縮性，當(dāng)外力增加時，顆粒會在過濾介質(zhì)表面形成一層空隙非常小的膜，從而使水很難通過，脫水也就顯得異常困難。毛細(xì)水可通過施加離心力、負(fù)壓力等外力，破壞毛細(xì)管表面張力和凝聚力的作用力而分離。吸附水可采用混凝方法，通過膠體顆粒相互絮凝，排除附著在表面的水分。而毛細(xì)水，吸附水和結(jié)合水則較難去除，特別是微生物細(xì)胞內(nèi)的結(jié)合水，必須從細(xì)胞內(nèi)滲出才能去除8。一般的污泥重力濃縮

8、法和機械方法僅能去除污泥中的間隙水和部分毛細(xì)水9。污泥顆粒表面的吸附水和部分毛細(xì)水，與污泥表面的結(jié)合力很強，無法用機械方法去除。因此研究污泥深度脫水，應(yīng)將重點放在對毛細(xì)水、吸附水和結(jié)合水的去除上，有效改變污泥的化學(xué)、生化學(xué)、物理特性是去除這兩部分水的重要方法。3.污泥的化學(xué)調(diào)質(zhì)3.1污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的作用污水廠污泥中的固體物質(zhì)主要是膠質(zhì)微粒，與水的親和力很強，若不作適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，脫水將非常困難。污泥顆粒帶有同性電荷，它們之間的靜電斥力阻止微粒間彼此接近聚集成較大的顆粒；其次，帶電荷的膠粒和反離子都能與周圍的水分子發(fā)生水合作用，形成一層水化膜，阻礙顆粒相互結(jié)合。剩余活性污泥的含水率一般在99.599

9、.8。經(jīng)過濃縮作用和機械脫水后，污泥的含水率仍高達7585，解決不了污泥干化時消耗大量能量的問題10。在污泥脫水前進行的預(yù)處理，稱為污泥調(diào)質(zhì)。其作用是使污泥粒子改變物化性質(zhì)，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，減少其與水的親和力，從而改善其脫水性能，現(xiàn)在常用的方法有物理調(diào)質(zhì)和化學(xué)調(diào)質(zhì)兩大類。物理調(diào)質(zhì)有凍融法、超聲波法及熱調(diào)質(zhì)等，化學(xué)調(diào)質(zhì)則主要向污泥中投加化學(xué)藥劑，改善其脫水性能。以上調(diào)質(zhì)方法在實際中都有應(yīng)用，但以化學(xué)調(diào)質(zhì)為主，原因在于化學(xué)調(diào)質(zhì)流程簡單，操作不復(fù)雜，且調(diào)質(zhì)效果很穩(wěn)定。污泥的化學(xué)調(diào)質(zhì)就是要克服水合作用和電排斥作用，通過改變污泥結(jié)構(gòu)，以提高其可脫水性。其途徑有二：第一是脫穩(wěn)、凝聚，脫穩(wěn)依靠在污泥中加

10、入無機鹽、離子型有機聚合物等混凝劑，使顆粒表面性質(zhì)改變并凝聚起來，即混凝；第二是改善污泥顆粒間的結(jié)構(gòu)，降低污泥的可壓縮性，減少過濾阻力和過濾介質(zhì)（濾布）堵塞，這類藥劑屬助凝劑或助濾劑11。3.2化學(xué)調(diào)質(zhì)的機理如上所述，污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)方法有混凝、助凝和助濾。混凝和助凝往往是結(jié)合在一起的，沒有特別明顯的區(qū)分。助濾的機理很簡單，主要是增強濾餅的不可壓縮性，以降低過濾的阻力。這里介紹混凝的主要機理。按機理，混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕四種。（1）壓縮雙電層由膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)可知（圖2），反離子的濃度在膠粒表面最大，沿著膠粒表面向外的距離呈遞減分布，最終與溶液中的離子濃度相等

11、。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，溶液中的反離子濃度增高，加入的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中，從而使擴散層厚度縮小，反離子更多地擠入滑動面與吸附層，使膠粒帶電荷數(shù)減少，電位降低。膠粒間的排斥力減小，距離減小，吸引力增大，膠粒得以迅速凝聚。（2）吸附電中和膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶部分電荷，減少了靜電斥力，降低了電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。當(dāng)三價鋁鹽或鐵鹽凝聚劑投量過多，因為膠粒吸附了過多的反離子，使原來的電荷變號，排斥力變大，從而發(fā)生了再穩(wěn)定現(xiàn)象，混凝效果反而下降的現(xiàn)象，可

12、以用吸附電中和的機理解釋。（3）吸附架橋吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性部位與膠粒和細(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋聯(lián)的過程。高分子絮凝劑在膠粒表面的吸附取決于聚合物同膠粒表面二者化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點。高分子絮凝劑因其線性長度較大，當(dāng)它的一端吸附某一膠粒后，另一端又吸附另一膠粒，在相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋，形成“膠粒-高分子-膠?！钡男跄w。使顆粒逐漸變大，形成粗大絮凝體。高分子絮凝劑投加后，通常可能出現(xiàn)以下兩個現(xiàn)象：高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；但投加過多，會出現(xiàn)“膠體保護”現(xiàn)象。（4）沉淀物網(wǎng)捕當(dāng)采用硫酸鋁、石灰或氯化鐵等高價金屬鹽類作混凝劑時

13、，當(dāng)投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物如Al（OH）3、Fe（OH）3或帶金屬碳酸鹽如CaCO3時，水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)捕。絮凝劑最佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多，金屬凝聚劑投加量越少。以上介紹的混凝的四種機理，在水處理中往往可能是同時或交叉發(fā)揮作用的，只是在一定情況下以某種機理為主而已。低分子電解質(zhì)的混凝劑，以雙電層作用產(chǎn)生凝聚為主；高分子聚合物則以架橋聯(lián)接產(chǎn)生絮凝為主。故通常將低分子電解質(zhì)稱為混凝劑，而把高分子聚合物單獨稱為絮凝劑。3.3污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的藥劑和影響因素3.3.1化學(xué)調(diào)質(zhì)劑污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)所加藥劑可以分為混凝劑、助凝劑和助濾

14、劑三類，常見的混凝劑如表1所示。（1）混凝劑化學(xué)調(diào)質(zhì)中的混凝劑可使溶膠脫穩(wěn)，利于溶膠聚沉。一般的混凝劑分為無機混凝劑和有機高分子絮凝劑。無機混凝劑是一種電解質(zhì)化合物，主要有鋁鹽、鐵鹽及其高分子聚合物。有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺及其衍生物，根據(jù)所帶電性可分為陽離子型，陰離子型，非離子型及兩性離子型。無機混凝劑主要通過電性中和，壓縮雙電層，降低斥力電位，從而減少微粒間的排斥能，達到聚沉的目的，稱為凝聚作用。有機高分子絮凝劑則主要利用高分子化合物能在分子上吸附多個微粒的能力，通過搭橋效應(yīng)將許多微粒聚集在一起，形成一些較大體積的松散絮團，達到聚沉目的。表1 常見混凝劑無機鋁系硫酸鋁，明礬，聚合氯

15、化鋁，聚合硫酸鋁適宜pH：5.58鐵系三氯化鐵，硫酸亞鐵，硫酸鐵，聚合硫酸鐵，聚合氯化鐵適宜pH：511有機人工合成陽離子型：聚丙烯酰胺，含氨基、亞氨基的聚合物；陰離子型：水解聚丙烯酰胺；非離子型：聚丙烯酰胺；非離子型：聚丙烯酰胺，聚氧化乙烯；兩性型：天然淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等；微生物絮凝劑最常用的無機混凝劑是鐵系或者鋁系鹽類。鋁鹽和鐵鹽的水解產(chǎn)物兼有凝聚與絮凝作用的特性，在水處理混凝過程中投加鋁鹽與鐵鹽后就發(fā)生金屬離子水解和聚合反應(yīng)過程，此時，水中膠粒能強烈吸附水解與聚合反應(yīng)的各種產(chǎn)物。被吸附的帶正電荷的多核絡(luò)離子能夠壓縮雙電層、降低電位，使膠粒間最大排斥勢能降低，從而使膠粒脫穩(wěn)，這些

16、都屬凝聚作用。但如果一個多核聚合物為兩個或兩個以上的膠粒所共同吸附，則這個聚合物就能將兩個或多個膠粒粘結(jié)架橋，這些屬于絮凝作用，絮凝作用的擴大就逐步形成絮凝體（也稱礬花），從而完成整個混凝過程。與硫酸鋁相比，三氯化鐵具有適用pH值范圍較寬，形成的絮凝體密實，處理低溫低濁水的效果好等優(yōu)點，但三氯化鐵腐蝕性較強。希莫以FeCl3和Al2（SO4）3為混凝劑，通過測定污泥過濾的比阻，確定混凝劑的最佳添加量。結(jié)果表明，同等加入量時加FeCl3的污泥比阻較加Al2（SO4）3的低，二者的最佳添加量為7.9%和16.6%（占污泥干重）12。Fe2+只能生成簡單的單核絡(luò)合物，因此，不如三價鐵鹽那樣有良好的混

17、凝效果。殘留于水中的Fe2+會使處理后的水帶色，當(dāng)水中色度較高時，F(xiàn)e2+與水中有色物質(zhì)反應(yīng)，將生成顏色更深的不易沉淀的物質(zhì)。當(dāng)使用二價鐵鹽如硫酸鐵作為混凝劑劑時，一般與氧化劑如氯氣或雙氧水同時使用，先將二價鐵氧化為三價鐵，然后再起混凝作用13。無機高分子混凝劑常用的有聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵等，但用于污泥脫水研究的很少。與無機小分子混凝劑相比，無機高分子混凝劑對堿度降低少。無機小分子混凝劑必須和氧化鈣等助凝劑組合使用，以氧化鈣中和反應(yīng)產(chǎn)生的酸度。有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺（PAM）的衍生物。當(dāng)對污泥脫水率要求不高時（脫水后含水率80%），有機高分子絮凝劑的效果要優(yōu)于無機混凝劑，且用量較后

18、者低一到兩個數(shù)量級。此外，有機高分子絮凝劑幾乎不會引起堿度的變化。一般情況下，有機高分子絮凝劑藥劑濃度配制在0.010.02%時，調(diào)質(zhì)效果較好，因為低濃度時藥劑易溶解，且大分子鏈能充分伸展開來，充分發(fā)揮吸附架橋作用。污泥膠體的表面帶負(fù)電荷，因此用于污泥脫水時，陽離子型聚丙烯酰胺的效果要優(yōu)于陰離子型和非離子型14。王蓉15研究了陽離子、陰離子以及非離子和兩性離子型聚丙烯酰胺共25種的污泥脫水性能。結(jié)果表明：以濾液體積和濁度為指標(biāo)，五種陽離子型和一種兩性型PAM效果最好，陰離子、非離子型PAM藥劑調(diào)理化學(xué)混凝污泥的效果均不理想；各種藥劑都有其最佳作用范圍，投加量過高或過低都會導(dǎo)致脫水性能的降低。最

19、佳調(diào)理藥劑應(yīng)該能全面改善化學(xué)混凝污泥的脫水速率和脫水程度，而不僅只是改善某一方面。而楊興濤16等研究了陽離子型PAM和陰離子型PAM AN934 PWG對污泥脫水性能的影響。卻發(fā)現(xiàn)陰離子型PAM能有效改善污泥的脫水性能，且投加量較陽離子型PAM低。原因是選擇的PAM的分子量不同，其所研究的陽離子型PAM的分子量為1000萬，而陰離子型PAM的分子量為1300萬1600萬。眾所周知，有機絮凝劑的作用主要是吸附架橋，分子量越大，該作用就越明顯17。在比較不同離子型PAM的污泥脫水效果時，應(yīng)選擇相近的分子量的PAM。Lee 和Liu18將兩種高分子絮凝劑結(jié)合使用對污泥調(diào)質(zhì)，污泥的絮體結(jié)構(gòu)較僅使用一種

20、強，且可一定程度避免藥劑過量。大量實踐證明，要達到好的污泥脫水效果，常常需要將無機混凝劑和有機絮凝劑結(jié)合使用。趙立志等19研究了無機混凝劑與聚丙烯酰胺系列有機絮凝劑在處理廢水中的協(xié)同作用。結(jié)果表明：在處理鉆井廢水時，F(xiàn)eCl3與PAM系列絮凝劑復(fù)合使用處理效果優(yōu)于單純使用FeCl3的處理效果；為達到較好的處理效果，應(yīng)先加無機混凝劑；PAM相對分子質(zhì)量應(yīng)大于500萬，才能有比較好的絮凝效果。劉立華20等對二甲基二烯丙基氯化銨與聚合硫酸鐵單獨及組合使用時污泥的脫水性能進行比較，結(jié)果表明，二者復(fù)配對污泥比阻的降低和濾液濁度與COD的去除效果最好，二者組合使用時，所需用量僅為單獨使用的一半。林紅藝21

21、采用聚合氯化鋁鐵與PAM復(fù)合絮凝劑進行脫水調(diào)理試驗，污泥含水率可從91.8降至86.8，污泥體積則由原先的45降至28。復(fù)合藥劑無機與有機的最佳配比（質(zhì)量比）為100：l；而且在相同的處理條件下，采用復(fù)合絮凝劑不但較大幅度提高處理效果，而且藥劑成本比單一采用無機藥劑有所降低?？讟返?2采用“陽離子聚丙烯酰胺+鐵鹽”和“石灰（氫氧化鈣）+鐵鹽”不同的加藥方案，在移動式板框脫水機上進行對比試驗，結(jié)果表明陽離子PAM可以大幅度提升設(shè)備處理能力。在相同的設(shè)備條件和運行周期下，陽離子PAM產(chǎn)生的泥餅更干，處理泥量比用石灰加藥時提高20以上。結(jié)果顯示陽離子聚丙烯酰胺和鐵鹽聯(lián)用，一般情況下泥餅含固率高于40

22、，最高能達到52?！拌F鹽+陽離子聚丙烯酰胺”方式比“鐵鹽+石灰”方式雖然絮凝劑部分的成本偏大，但泥餅增容小。（2）助凝劑和助濾劑凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學(xué)藥劑均可稱為助凝劑。助凝劑本身可以起凝聚作用，也可不起凝聚作用，但與混凝劑一起使用時，它能促進水的混凝過程，產(chǎn)生大而結(jié)實的礬花。助凝劑可以分成：酸、堿類，用以調(diào)整水的pH值，籍以控制良好的反應(yīng)條件，最常用的是石灰；絨粒核心類，用以增加礬花的骨架材料和改善礬花的結(jié)構(gòu)，加大礬花的粒度和結(jié)實性，如粉煤灰，木屑，活化硅酸，粘土或沉泥等；氧化劑類，可用來破壞起干擾作用的有機物，如投加表面活性劑Cl2、O3等。用硫酸對活性污泥進行脫水前預(yù)處理，可

23、使污泥中水分分布發(fā)生有利于機械脫水的變化，即結(jié)合水含量減少、可脫水程度增大，從而改善活性污泥脫水效果。只加陽離子PAM對污泥進行調(diào)理，然后經(jīng)過板框壓濾脫水后泥餅含水率為76.14%，經(jīng)過酸化預(yù)處理后再加陽離子PAM可以使泥餅含水率降至70.24%。不管是過濾脫水還是離心脫水過程，酸處理對污泥脫水速率沒有太大影響，卻可以提高污泥可脫水程度23。表面活性劑通過作用于污泥絮體中的胞外聚合物（ECP），增溶作用可溶解有高度水合作用的ECP。使污泥絮體結(jié)構(gòu)分散解體，釋放出原絮體內(nèi)部的結(jié)合水2426。污泥進行酸處理時，H+與污泥的結(jié)合，改變了污泥的表面電荷特性，促進了污泥絮體間進一步的絮凝，使ECP發(fā)生水

24、解，降低了絮體對水的親和力，從而提高污泥的可脫水程度27。毛細(xì)水占污泥中水分的比例很小，因此，無論是酸或表面活性劑對污泥進行預(yù)處理，提高污泥脫水性的能力相對有限，必須結(jié)合其他的調(diào)質(zhì)過程28。但同時應(yīng)該明確的是，酸處理或表面活性劑預(yù)處理過程會引起濾液COD的升高29。生石灰的作用不僅僅是調(diào)節(jié)pH，而且也可以像粉煤灰等一樣，作為污泥礬花的骨架材料，改善礬花的結(jié)構(gòu)，增加礬花的粒度，降低濾餅可壓縮性。通過透射電鏡觀察經(jīng)氯化鐵和氧化鈣調(diào)質(zhì)的污泥的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)氯化鐵和氧化鈣都具有骨架作用30。黃蘭31將粉煤灰及酸化粉煤灰按10投加，既可改善污泥脫水性能，又可減少脫水過程中磷和氨氮隨污泥脫水濾液的流失。楊斌等

25、32進行污泥脫水的粉煤灰（含粗、細(xì)）、生石灰投加實驗。單獨投加實驗表明，在投量10g/100ml時，細(xì)粉煤灰能使比阻值降低91.8%，效果稍次于生石灰；且細(xì)粉煤灰降低泥餅含水率的效果最好。聯(lián)合、單獨投加對比實驗表明，投量10g/100ml時，粉煤灰與生石灰以1：1（質(zhì)量比）聯(lián)合投加降低比阻值達99.8%，效果好于二者單獨投加，但聯(lián)合投加降低泥餅含水率的效果不如單獨投加粉煤灰，僅與生石灰的效果相當(dāng)。污泥不經(jīng)調(diào)質(zhì)過程，直接進行脫水，在高的壓力下，致使濾餅中的濾液流動通道縮小，濾液的流動阻力急劇增大，透水性變的極差。污泥的非常大得可壓縮性，使得想要達到較低的含水率是不現(xiàn)實的。當(dāng)在污泥中添加粉煤灰類物

26、質(zhì)后，在脫水過程中能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性及較低的流體阻力，從而降低泥餅的含水率33。因此，嚴(yán)格意義上講，粉煤灰類物質(zhì)更像是助濾劑而不是助凝劑。一般來說，此類物質(zhì)的用量均比較大，會引起比較明顯的“增容”作用34，還有“稀釋”作用大于“調(diào)質(zhì)”作用之嫌。3.3.2影響化學(xué)調(diào)質(zhì)的因素影響調(diào)質(zhì)效果的因素比較復(fù)雜，主要包括：包括水溫、pH、污泥性質(zhì)和濃度、混凝劑的種類投加量、絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。王昭君和閨洪坤35采用陽離子型PAM（分子量約1200萬、離子度60%），研究了污泥濃度，溫度，藥劑濃度及污泥有機份對污泥脫水絮凝劑投加量的影響。結(jié)果表明：當(dāng)污泥濃度在一定范圍內(nèi)時?？?/p>

27、以達到較穩(wěn)定的處理效果，若污泥濃度增加過高，則投配率上升，且處理效果變差，溫度升高，處理效果改善，夏季運行時的絮凝劑投加量小于冬季。污泥有機份對投配率影響較大，有機份升高，投配率增大。鄭懷禮等36研究了陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）調(diào)質(zhì)濃縮污泥脫水的一些影響因素，如藥劑投加量、污泥pH值、環(huán)境溫度、攪拌條件等。探討了污泥絮凝脫水機理。研究表明：CPAM作為濃縮污泥脫水劑，在優(yōu)化投加量下、污泥pH值5.07.5、低速攪拌時，有較好的脫水效果。環(huán)境溫度夏天優(yōu)于冬天處理。王志東37在研究無機和有機絮凝劑投加到剩余污泥的次序時發(fā)現(xiàn)，先投加無機絮凝劑再投加有機絮凝劑污泥的脫水效果顯著。水溫控制2030為宜

28、，溫度過低混凝劑的水解速度慢，混凝效果明顯降低，生成的絮體小而松散，不易沉降；溫度過高（>35）又會破壞絮體結(jié)構(gòu)，使絮體變?yōu)樗閴K漂浮。目前大多數(shù)鋁系、鐵系的機絮凝劑偏酸性；而PAM則偏堿性，兩者對pH值都有一定的要求。污水的pH值在8.5以上時就會影響有機高分子的水解作用，也影響其絮凝效果。而從鋁系、鐵系的水解反應(yīng)可知，每一個水解過程都與H+有關(guān)，試驗表明污泥混凝脫水最佳pH=6.58.0?；炷^程需要經(jīng)混合和絮凝兩個階段。在混合階段并不要求形成大的絮體，當(dāng)混凝劑投入水中后就需激烈攪拌以使藥劑迅速而均勻地擴散到水中（所謂快速混合），在絮凝階段則要求水力紊動強度逐漸減弱，并延長停留時間，以

29、創(chuàng)造足夠的使絮體之間產(chǎn)生更多的碰撞機會和良好的吸附條件，使微小的初級絮體繼續(xù)凝聚成為大絮體而沉降。這就是混凝工藝對水力條件的要求。復(fù)合混凝劑是由無機混凝劑、助凝劑和有機高分子絮凝劑的組合，對污泥中的有機物所構(gòu)成的分散系具有破壞其雙電層結(jié)構(gòu)的高效絮凝作用。但當(dāng)有機高分子絮凝劑過早地與無機混凝劑混合時會使有機高聚物凝固而喪失其絮凝作用，特別是鐵鹽和PAM的衍生物聯(lián)合使用時，由于鐵會引起PAM降解，更應(yīng)特別注意。因此兩種混凝劑不能同時在同一地點投加，而必須分批加入才能充分發(fā)揮無機與有機兩種混凝劑各自的作用。4.污泥深度脫水與普通脫水不同目前，污泥深度脫水與普通脫水并沒有明顯的界定。從污水處理廠經(jīng)調(diào)質(zhì)

30、壓濾后，污泥的含水率在80%左右。只有將污泥的含水率降至60%以下，才屬于深度脫水的范疇。可以人為以60%的含水率脫水效果作為界定污泥深度脫水和普通脫水的分界點。由于環(huán)保政策的要求，國內(nèi)對污泥脫水的研究多集中在普通脫水，而對深度脫水關(guān)注較少。在普通脫水時的一些研究結(jié)論并不能完全適用于深度脫水。比如，在污泥普通脫水時，認(rèn)為PAM類高分子有機絮凝劑的效果和脫水成本遠低于無機混凝劑，但對于污泥深度脫水，使用有機高分子絮凝劑是不可能達到低含水率要求的。有機高分子絮凝劑能加速污泥的沉降，但對污泥自由水的含量影響不大，因此，無法提高污泥的脫水程度38。深度脫水則必須要使部分毛細(xì)水和結(jié)合水變成自由水，否則無

31、法滿足低含水率的要求。此外，有機高分子絮凝劑主要作用是架橋絮凝作用，使污泥絮體盡可能的增大并沉降下來，但增大的污泥絮體也會使更多的水分包含在絮體中，不易被脫除39。從這個角度講，有機高分子絮凝劑反而對深度脫水是不利的。因此，在污泥深度脫水時，鐵鹽和石灰的組合要更優(yōu)于高分子絮凝劑。目前用于深度脫水的配方也都是以鐵鹽+生石灰的組合為主。廣州普得環(huán)保7對已脫水泥餅進行二次深度脫水，調(diào)質(zhì)添加劑含F(xiàn)e3+鹽0.32%和Ca2+鹽0.55%。首先將污泥稀釋為含水90%，按濕基比例，先加入鐵鹽，攪拌若干分鐘后，再加入鈣鹽，攪拌后采用板框機在1.52.5MPa下保壓3070分鐘，可脫水至含固率3545%。謝小

32、青等40以FeCl3和CaO對污泥，進行調(diào)質(zhì)，然后采用高壓隔膜廂式壓濾機研究污泥的深度脫水效果，結(jié)果表明，污泥經(jīng)深度脫水后，泥餅含水率<60。調(diào)質(zhì)過程提高了泥餅的透氣性，自然放置7d后，含水率可進一步降至45左右，且泥餅基本無臭味。20d后泥餅含水率降至14.5%。污泥普通脫水最常用的帶式壓濾機和離心式脫水機不能深度脫水的要求，深度脫水一般都采用板框壓濾機或者隔膜壓濾機。總而言之，污泥的深度脫水和普通脫水有很多的不同，對污泥普通脫水時得到的一些結(jié)論或研究成果，用于深度脫水時要謹(jǐn)慎對待。5.結(jié)語我國污泥產(chǎn)生量已達到3000，0000噸/年（以含水率80%計），如果污泥通過干化使含水率降至3

33、0%，則需要大量的能耗和電耗。采用化學(xué)調(diào)質(zhì)+機械壓濾的方式先將污泥含水率降到55%以下，避開污泥的粘滯區(qū)，再采用廢煙氣余熱進行干化，則可以顯著降低污泥脫水的成本。但是，必須認(rèn)識到采用化學(xué)調(diào)質(zhì)對污泥進行深度脫水是一個新的課題，需要大量的實驗研究和工程實踐，才能實現(xiàn)污泥的成本最優(yōu)處置。參考文獻1 高健磊，閆怡新，吳建平等.城市污水處理廠污泥脫水性能研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008，31（2）：108111.2 林紅藝.城市生活污泥化學(xué)混凝脫水的研究.化工技術(shù)與開發(fā)，2010，39（8）：5963.3 胡芝娟，李海龍，趙亮等.利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物技術(shù)研究及工程實例.中國水泥，2011，4（增）：1

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