污泥化学调质及深度脱水(下)

董涛，钱秋兰，胡芝娟，沈序辉，赵利卿

大量实践证明，要达到好的污泥脱水效果，常常需要将无机混凝剂和有机絮凝剂结合使用。赵立志等[19]研究了无机混凝剂与聚丙烯酰胺系列有机絮凝剂在处理废水中的协同作用。结果表明：在处理钻井废水时，FeCl3与PAM 系列絮凝剂复合使用处理效果优于单纯使用FeCl3的处理效果；为达到较好的处理效果，应先加无机混凝剂；PAM 相对分子质量应大于500 万，才能有比较好的絮凝效果。刘立华[20]等对二甲基二烯丙基氯化铵与聚合硫酸铁单独及组合使用时污泥的脱水性能进行比较，结果表明，二者复配对污泥比阻的降低和滤液浊度与COD 的去除效果最好，二者组合使用时，所需用量仅为单独使用的一半。林红艺[21]采用聚合氯化铝铁与PAM 复合絮凝剂进行脱水调理试验，污泥含水率可从91.8%降至86.8%，污泥体积则由原先的45%降至28%。复合药剂无机与有机的最佳配比（质量比）为100：l；而且在相同的处理条件下，采用复合絮凝剂不但较大幅度提高处理效果，而且药剂成本比单一采用无机药剂有所降低。孔乐等[22]采用“阳离子聚丙烯酰胺+铁盐”和“石灰（氢氧化钙）+铁盐”不同的加药方案，在移动式板框脱水机上进行对比试验，结果表明阳离子PAM 可大幅度提升设备处理能力。在相同的设备条件和运行周期下，阳离子PAM 产生的泥饼更干，处理泥量比用石灰加药时提高20%以上。结果显示，阳离子聚丙烯酰胺和铁盐联用，一般情况下泥饼含固率高于40%，最高能达到52%。“铁盐+阳离子聚丙烯酰胺”方式较之“铁盐+石灰”方式，虽然絮凝剂部分的成本偏大，但泥饼增容小。

（2）助凝剂和助滤剂

凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂均可称为助凝剂。助凝剂本身可以起凝聚作用，也可不起凝聚作用，但与混凝剂一起使用时，它能促进水的混凝过程，产生大而结实的矾花。助凝剂可以分成三类：酸、碱类，用以调整水的pH 值，借以控制良好的反应条件，最常用的是石灰；绒粒核心类，用以增加矾花的骨架材料和改善矾花的结构，加大矾花的粒度和结实性，如粉煤灰、木屑、活化硅酸、粘土或沉泥等；氧化剂类，可用来破坏起干扰作用的有机物，如投加表面活性剂Cl2、O3等。

用硫酸对活性污泥进行脱水前预处理，可使污泥中水分分布发生有利于机械脱水的变化，即结合水含量减少、可脱水程度增大，从而改善活性污泥脱水效果。只加阳离子PAM对污泥进行调理，经过板框压滤脱水后泥饼含水率为76.14%，经过酸化预处理后再加阳离子PAM 可以使泥饼含水率降至70.24%。无论是过滤脱水还是离心脱水，酸处理对污泥脱水速率都没有太大影响，却可以提高污泥可脱水程度[23]。表面活性剂通过作用于污泥絮体中的胞外聚合物（ECP），可溶解有高度水合作用的ECP，使污泥絮体结构分散解体，释放出原絮体内部的结合水[24～26]。污泥进行酸处理时，H+与污泥的结合，改变了污泥的表面电荷特性，促进了污泥絮体间进一步的絮凝，使ECP发生水解，降低了絮体对水的亲和力，从而提高了污泥的可脱水程度[27]。毛细水占污泥中水分的比例很小，因此，无论是采用酸还是采用表面活性剂对污泥进行预处理，提高污泥脱水性的能力都相对有限，必须结合其他的调质过程[28]。但同时应该明确的是，酸处理或表面活性剂预处理过程都会引起滤液COD的升高[29]。

生石灰的作用不仅是调节pH，而且可以像粉煤灰等一样作为污泥矾花的骨架材料，改善矾花的结构，增加矾花的粒度，降低滤饼的可压缩性。通过透射电镜观察经氯化铁和氧化钙调质的污泥的结构，发现氯化铁和氧化钙都具有骨架作用[30]。黄兰[31]将粉煤灰及酸化粉煤灰按10%投加，既可改善污泥脱水性能，又可减少脱水过程中磷和氨氮随污泥脱水滤液的流失。杨斌等[32]进行污泥脱水的粉煤灰（含粗、细）、生石灰投加实验。单独投加实验表明，在投量10g/100ml 时，细粉煤灰能使比阻值降低91.8%，效果稍差于生石灰，且细粉煤灰降低泥饼含水率的效果最好。联合、单独投加对比实验表明，投量10g/100ml 时，粉煤灰与生石灰以1：1（质量比）联合投加可使比阻值降低99.8%，效果好于二者单独投加，但联合投加降低泥饼含水率的效果不如单独投加粉煤灰，仅与生石灰的效果相当。污泥不经调质过程，直接进行脱水，在高的压力下，滤饼中的滤液流动通道缩小，滤液的流动阻力急剧增大，透水性变得极差。污泥有非常大的可压缩性，因而想要达到较低的含水率是不现实的。当在污泥中添加粉煤灰类物质后，在脱水过程中能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及较低的流体阻力，从而降低泥饼的含水率[33]。因此，严格意义上讲，粉煤灰类物质更像是助滤剂而不是助凝剂。一般来说，此类物质的用量均比较大，会引起比较明显的增容作用[34]，有稀释作用大于调质作用之嫌。

3.3.2 影响化学调质的因素

影响调质效果的因素比较复杂，主要包括：水温、pH、污泥性质和浓度、混凝剂的种类投加量、絮凝设备及其相关水力参数。

王昭君和闺洪坤[35]采用阳离子型PAM（分子量约1200 万、离子度60%），研究了污泥浓度、温度、药剂浓度及污泥有机份对污泥脱水絮凝剂投加量的影响。结果表明：当污泥浓度在一定范围内时，可以达到较稳定的处理效果。若污泥浓度增加过高，则投配率上升，且处理效果变差；温度升高，处理效果改善，夏季运行时的絮凝剂投加量小于冬季；污泥有机份对投配率影响较大，有机份升高，投配率增大。郑怀礼等[36]研究了阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）调质浓缩污泥脱水的一些影响因素，如药剂投加量、污泥pH 值、环境温度、搅拌条件等，并探讨了污泥絮凝脱水机理。研究表明：CPAM 作为浓缩污泥脱水剂，在优化投加量、污泥pH 值5.0～7.5、低速搅拌时，有较好的脱水效果；环境温度夏天优于冬天处理。王志东[37]在研究无机和有机絮凝剂投加到剩余污泥的次序时发现，先投加无机絮凝剂再投加有机絮凝剂污泥的脱水效果显著。

水温控制在20～30℃为宜，温度过低混凝剂的水解速度慢，混凝效果明显降低，生成的絮体小而松散，不易沉降；温度过高（＞35℃）又会破坏絮体结构，使絮体变为碎块漂浮。

目前，大多数铝系、铁系的机絮凝剂偏酸性，而PAM 则偏碱性，两者对pH 值都有一定的要求。污水的pH 值在8.5 以上时就会影响有机高分子的水解作用，也影响其絮凝效果。而从铝系、铁系的水解反应可知，每一个水解过程都与H+有关，试验表明污泥混凝脱水最佳pH 值为6.5～8.0。

混凝过程需要经混合和絮凝两个阶段。在混合阶段并不要求形成大的絮体，当混凝剂投入水中后则需激烈搅拌以使药剂迅速而均匀地扩散到水中（即快速混合）；在絮凝阶段则要求水力紊动强度逐渐减弱，并延长停留时间，以使絮体之间产生更多的碰撞机会和良好的吸附条件，使微小的初级絮体继续凝聚成为大絮体而沉降，这就是混凝工艺对水力条件的要求。

复合混凝剂是无机混凝剂、助凝剂和有机高分子絮凝剂的组合，对污泥中的有机物所构成的分散系具有破坏其双电层结构的高效絮凝作用。但当有机高分子絮凝剂过早地与无机混凝剂混合时，会使有机高聚物凝固而丧失其絮凝作用，特别是铁盐和PAM 的衍生物联合使用时，由于铁会引起PAM 降解，更应特别注意。因此，两种混凝剂不能同时在同一地点投加，必须分批加入才能充分发挥无机与有机两种混凝剂各自的作用。

4 污泥深度脱水与普通脱水的不同

目前，污泥深度脱水与普通脱水并没有明显的界定。从污水处理厂经调质压滤后，污泥的含水率在80%左右。只有将污泥的含水率降至60%以下，才属于深度脱水的范畴。可以人为地将60%的含水率脱水效果作为界定污泥深度脱水和普通脱水的分界点。

依据环保政策的要求，国内对污泥脱水的研究多集中在普通脱水，对深度脱水关注较少，而对普通脱水的一些研究结论并不能完全适用于深度脱水。比如在污泥普通脱水时，认为PAM 类高分子有机絮凝剂的效果和脱水成本远低于无机混凝剂，但对于污泥深度脱水，使用有机高分子絮凝剂是不可能达到低含水率要求的。有机高分子絮凝剂能加速污泥的沉降，但对污泥自由水的含量影响不大，因此无法提高污泥的脱水程度[38]。深度脱水则必须要使部分毛细水和结合水变成自由水，否则无法满足低含水率的要求。此外，有机高分子絮凝剂的主要作用是架桥絮凝作用，使污泥絮体尽可能增大并沉降，但增大的污泥絮体也会使更多的水分包含在絮体中，不易被脱除[39]。从这个角度讲，有机高分子絮凝剂反而对深度脱水不利。

因此，在污泥深度脱水时，铁盐和石灰的组合更优于高分子絮凝剂。目前用于深度脱水的配方也都是以铁盐+生石灰的组合为主。广州普得环保[7]对已脱水泥饼进行二次深度脱水，调质添加剂含Fe3+盐0.3%～2%和Ca2+盐0.5%～5%。首先将污泥稀释为含水90%，按湿基比例，先加入铁盐，搅拌若干分钟后，再加入钙盐，搅拌后采用板框机在1.5～2.5MPa 下保压30～70min，可脱水至含固率35%～45%。谢小青等[40]以FeCl3和CaO 对污泥进行调质，采用高压隔膜厢式压滤机研究污泥的深度脱水效果，结果表明，污泥经深度脱水后，泥饼含水率＜60%。调质过程提高了泥饼的透气性，自然放置7d 后，含水率可进一步降至45%左右，且泥饼基本无臭味，20d 后，泥饼含水率降至14.5%。污泥普通脱水最常用的带式压滤机和离心式脱水机不能达到深度脱水的要求，因此深度脱水一般都采用板框压滤机或者隔膜压滤机。总而言之，污泥的深度脱水和普通脱水有很多的不同，对污泥普通脱水时得到的结论或研究成果，用于深度脱水时要谨慎对待。

5 结语

我国污泥产生量已达到3000 万吨/年（以含水率80%计），如果污泥通过干化使含水率降至30%，则需要大量的能耗和电耗。采用化学调质+机械压滤的方式先将污泥含水率降到55%以下，避开污泥的粘滞区，再采用废烟气余热进行干化，则可以显著降低污泥脱水的成本。但是采用化学调质对污泥进行深度脱水是一个新课题，需要进行大量的实验研究和工程实践，才能实现污泥的成本最优处置。

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