聚合硫酸铁对浓缩污泥的调理研究

王凤鹭　杜慧玲　董彭旭

摘要[目的]研究聚合硫酸铁（PFS）对浓缩污泥的脱水效果，为污水处理厂的污泥处理提供理论参考。[方法]以PFS作为调理剂，对浓缩池污泥进行调理，以污泥比阻为主要指标，研究了投药量、调理剂浓度、pH和搅拌强度对污泥过滤脱水性能的影响。[结果]PFS的投加量为1 mL，浓度为6%，pH为7（未调节），快速搅拌速度为120 r/min，慢速搅拌速度为50 r/min的条件下，污泥由较难过滤转变为易过滤，污泥经过沉淀后上清液浊度减小。[结论]PFS对浓缩污泥具有较好的调理效果。

关键词 聚合硫酸铁；污泥；化学调理；脱水

中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）05-078-02

Abstract[Objective]To research the dehydration effects of Polymeric Ferric Sulfate （PFS） to concentrated sludge， and to provide theoretical references for the sludge treatment of sewage treatment plant.[Method]With PFS as the conditioner， sludge in concentrated tank was adjusted. With sludge specific resistance as the main index， effects of drug injection quantity， conditioner concentration， pH value and stirring intensity on sludge filtration dehydration performance were researched.[Result]Under the conditions of 1 mL PFS injection quantity， 6% conditioner concentration， 7 pH value， 120 r/min rapid stirring rate and 50 r/min slow stirring rate， sludge could be changed from difficult filtration to easy filtration. After sedimentation， turbidity of sludge supernatant decreased.[Conclusion]PFS has relatively good conditioning effects on concentrated sludge.

Key words PFS； Sludge； Chemical conditioning； Dehydration

城镇污水处理厂采用活性污泥法处理污水所产生的生化污泥含水率高，体积庞大，不易于运输、贮存，同时含有细菌、微生物、寄生虫、悬浮物质和胶体物质以及较高含量的氮、磷等元素和重金属及有害化学物质[1]，这些污泥若得不到及时处理可产生二次污染。我国对污泥处理的费用已占到污水处理厂总运行费用的20%～50%[2]，因此研究一种有效的污泥脱水处理方法具有重要意义。目前，常采取的措施包括浓缩、脱水、稳定化、干化、焚烧、填埋等[3]。处理方法的选择取决于污泥的含水率和最终处置方式，城市生活污水处理厂产生的剩余污泥的含水率均在99%以上，如何降低污泥的含水率，提高污泥的脱水性能，在污泥的处理处置过程中显得至关重要[4]。污泥调理是污泥处理处置的关键，通过调理可以改变污泥的组织结构，减小污泥的黏性，降低污泥的比阻，从而达到改善污泥脱水性能的目的[5]。国内外对此做了多年的研究开发[6-10]，希望在目前常用的调理剂调理污泥的基础上开发出具有高效质量和成本效益的调理药剂，以代替在经济、质量和环境效益上都存在缺陷的传统药剂。笔者以污水处理厂浓缩池出口的污泥为研究对象，采用聚合硫酸铁（PFS）作为无机调理剂对其进行调理，对污泥的脱水效果进行研究，旨在为污水处理厂的污泥处理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

污泥取自某污水处理厂浓缩池出口，曝气池混合液取自曝气池出口。原污泥pH为7.5，沉降30 min上清液的浊度为151 NTU，污泥比阻约为5.92×1014 m/kg，属难过滤污泥。选用聚合硫酸铁（PFS）作为无机调理剂。仪器设备有六联电动搅拌器（JJ4，国华电器有限公司）、数字浊度仪（WGZ1，上海第三光学仪器厂）、PH计（PHS2F，天津市光复精细化工研究所）、电热鼓风干燥箱（1010，天津市泰斯特仪器有限公司）、电子分析天平（TG238A/S，上海天平仪器厂）、真空泵（JY7142，中航技贸集团公司）、自制污泥抽滤装置等。

1.2 方法

取原污泥于烧杯中，加入一定量的调理剂，室温下先快速搅拌1 min，然后慢速搅拌5 min。将调理后的污泥倒入抽滤装置中静置，抽滤至真空度破坏或滤出液基本不变停止抽滤，取出滤室中的污泥，测定污泥比阻及浊度。通过平行试验比较调理剂的投加量、浓度、pH和搅拌强度对污泥过滤脱水性能的影响。

2 结果与分析

2.1 PFS投加量对污泥脱水性能的影响

从图1可以看出，随着PFS投加量的增加，比阻和浓度均随之升高，当PFS溶液的投加量为1 mL时，污泥比阻最小，比阻值为1.140×1014 m/kg，污泥经过30 min沉淀后上清液的浊度最小，此时的脱水性能最佳。这是由于污泥胶体颗粒带有负电荷，PFS属于无机高价阳离子调理剂，起到电性中和的作用。当投加量小于1 mL时，Fe3+的电性中和作用增强，随着投加量的增加，污泥比阻呈下降趋势；当投加量超过1 mL时，会因吸附电中和作用使絮体带上反号电荷，出现反混凝，使得污泥比阻增大，污泥比阻呈上升趋势。

2.2 PFS浓度对污泥脱水性能的影响

从图2可以看出，PFS浓度为6%时，污泥比阻最小，为1.838×1014 m/kg，污泥经过30 min沉淀后上清液的浊度最小，此时污泥的脱水性能最好。在相同PFS溶液投加量下，PFS浓度小于6%时，污泥的比阻随浓度的增加而降低；当浓度大于6%时，污泥的比阻值随浓度的增加而升高。这是由于不同浓度的PFS溶液因硫酸铁聚合物长链分子的伸展不同导致脱水效果不同。浓度较低时，部分PFS长链在水中可能会分解成短链结构，造成吸附架桥及网捕卷扫能力下降；浓度较高时，长链分子之间可能会互相黏附，难以有效伸展，造成吸附污泥胶粒的活性基总量减少，絮凝效果下降；另外，浓度较高，PFS可能会有部分未溶解。

2.3 pH对污泥脱水性能的影响

从图3可以看出，污泥的pH为7（未调节）时，污泥比阻最小，仅1.587×1014 m/kg，污泥经过30 min沉淀后上清液的浊度最小，这时污泥的脱水性能最好；pH小于7时，污泥比阻随着pH的升高而下降；pH大于7（未调节）时，污泥比阻随着pH的升高而呈现增大趋势。该试验中加酸后污泥脱水效果变差，就是由于酸性环境的不利因素占主要地位，而加碱也不利于污泥脱水，这是由于PFS作为无机高分子调理剂，其作用机理接近于有机高分子，但其本质上仍是多核羟基络合物的中间产物，相对于氢氧化物沉淀是羟基不饱和的，其与颗粒物的吸附实际上是表面络合配位过程，表面羟基将会补充其未饱和位，吸附在表面后，仍会从溶液中吸取羟基，继续水解沉淀过程，直至饱和成为氢氧化物沉淀凝胶，与颗粒物生成絮团。可见，酸性条件不利于絮体的生成，而碱度过大，生成的絮体颗粒过大，过滤时泥饼的阻力增大，污泥比阻降低，污泥的pH为7（未调节）时，污泥已经由较难过滤转变为易过滤，且其脱水性能提高。因此，pH未调节时，污泥的比阻最小，污泥经过30 min沉淀后上清液的浊度最小，脱水性能最好。

2.4 搅拌强度对污泥脱水性能的影响

2.4.1 快速搅拌对污泥脱水性能的影响。

从图4可以看出，当搅拌强度为120～160 r/min时，污泥的比阻呈上升趋势，这是由于混合阶段的要求是药剂迅速均匀地扩散到水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。PFS在水中的形态不受时间影响，混合反应可以在短时间内完成，且不宜进行剧烈搅拌。因此，当搅拌强度为120 r/min时，污泥的比阻最小，仅2.29×1014 m/kg，污泥经过30 min沉淀后上清液的浊度最小，这时污泥的脱水性能最好。

2.4.2 慢速搅拌对污泥脱水性能的影响。

从图5可以看出，当搅拌强度为30～50 r/min时，污泥的比阻随搅拌速度的加快而急剧下降，当搅拌强度为50 r/min时，污泥的比阻最小，污泥经过30 min沉淀后上清液的浊度最小；当搅拌强度为50～70 r/min时，污泥的比阻随搅拌速度的加快呈上升趋势。这是由于反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体，反应阶段的搅拌强度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免结成大的絮体被打碎；若搅拌速度过低，难以形成具有良好沉淀性能的较大絮凝体。因此，搅拌强度为50 r/min时，污泥的比阻最小，脱水性能最好。

3 结论与讨论

该研究以污水厂浓缩池出口污泥为对象，通过调节污泥调理剂PFS的投加量、浓度、pH值及搅拌强度，探讨了调节机理，研究得出了最佳投药量，即在投药量为1 mL，浓度为6%，pH为7（未调节），快速搅拌强度为120 r/min，慢速搅拌强度为50 r/min的条件下，污泥的脱水性能最好，污泥经过30 min 沉降后浊度最小。聚合无机盐型污泥调理剂处理效果良好且价廉易得，处理效果好于单体无机盐，但由于处理后污泥中的无机成分比例提高，当对其进行土地利用时，导致肥力下降且形成二次污染，因此，研发对环境无二次污染的微生物调理剂是今后的研究方向。

参考文献

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