化学调理城市剩余污泥脱水性能研究

尹翠琴 涂敏 汪文 王萌 曾娜娜 陈俊

摘 要：以城市污水处理厂二沉池剩余污泥为研究对象，通过臭氧催化剂以及超声波和臭氧作用，并结合单因素分析法和响应曲面法研究城市剩余污泥脱水性能。结果表明：超声波联合多相臭氧催化氧化污泥的最佳试验条件为：超声波作用4.02min，臭氧浓度507.81mg/h，投加臭氧催化剂的量为0.48g，污泥比阻值为0.26×109s2/g，此时污泥易过滤脱水。

关键词：脱水性能；污泥比阻；化学调理；响应曲面

中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）11-0065-02

Abstract：The dewatering performance of surplus sludge in urban sewage treatment plant was studied by catalytic oxidation，ultrasonic and ozone，and combined with single factor analysis and response surface method.The results showed that when the ultrasonic action time was 4min，the ozone concentration was 507.81mg/h，the amount of the ozonation catalyst was 0.48g，specific resistance of sludge was 0.26×109 s2/g，the sludge was easily filtrated and dehydrated.

Key words：Dewatering performance；Specific resistance；Chemical conditioning；Response surface

城市污水剩余污泥处理成本高，占污水处理厂处理总成本的一半甚至更多，污泥处理逐渐成为污水处理厂最为棘手的问题。因此，研究如何增强城市污水处理厂的剩余污泥脱水性能是一个非常重要的课题[1]。

污泥脱水调理主要是利用化学法、物理法、生物法或者化学物理联合方法，以降低其含水率。为提高机械脱水的效率，国内外大多采用投加调理剂的方式，使污泥颗粒间的胶体形式得到破坏，降低污泥颗粒的亲水性[2-4]。本研究采用臭氧氧化剂等联合工艺，并结合单因素法和响应曲面法对城市污水剩余污泥进行研究[5-6]。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

1.1.1 仪器 DK2-2水浴恒温振荡器，上海南荣实验设备有限公司生产；TD-3500超声波清洗仪上海南荣实验设备有限公司生产；500mg/h臭氧发生器，南京易德高臭氧有限公司生产；HAD-TG-250污泥比阻仪，北京恒奥德仪器仪表有限公司生产。

1.1.2 实验材料 实验所用剩余污泥取自合肥市国祯环保经开区生活污水处理厂的二沉池剩余污泥，实验开展前未进行任何处理。

1.2 实验方法 通过测定污泥比阻的大小，并通过Design-Expert 8.0.6Trial 软件设计和分析实验来判断污泥脱水的性能[7]。臭氧催化剂通过煅烧碳化制得。

2 结果与分析

2.1 不同超声波作用时间对污泥脱水性能的影响 取250mL污水处理厂二沉池剩余污泥于烧杯中，利用超声波处理，结果如图1所示。由图1可知，在2min时间内，随着超声波作用时间的增加，污泥比阻值越来越大，但是随着作用时间的持续，超声波作用的效果越来越好，并在5min时达到最佳处理效果，此时的污泥比阻值为0.052×1010s2/g，泥饼含水率为71.33%，属于中等难度可过滤的污泥。

2.2 不同臭氧浓度对污泥脱水性能的影响 取250mL污水处理厂二沉池剩余污泥于烧杯中，利用不同浓度臭氧处理，结果如图2所示。由图2可知，随着臭氧浓度的增加，污泥脱水性能呈先提高后降低的趋势，在臭氧浓度为1000mg/h时，处理效果最好，此时污泥比阻为0.59×1010s2/g，为中等难度可过滤的污泥。在臭氧浓度超过1000mg/h之后，污泥脱水性能逐渐变差，加入臭氧浓度为2500mg/h时，污泥比阻为0.178×1010s2/g，已经是难过滤污泥了，这和高浓度臭氧致使有机物氧化有关。

2.3 单独使用污泥炭载铁催化剂对污泥脱水性能的影响 取250mL城市污水处理厂剩余污泥于烧杯中，分别投加别投加0、1%、3%、5%的污泥炭载铁臭氧催化剂1g、3g、5g，充分反应30min之后，测定污泥比阻，结果如图3所示。由图3可知，相同浓度的载铁催化剂随着投加量的增加，污泥比阻减小，经浓度为3%的污泥炭载铁催化剂处理之后的污泥比阻达到0.055×1010s2/g，泥饼含水率为72.28%，属于中等难度可过滤的污泥。投加量相同时，载铁臭氧催化剂浓度越大，污泥脱水性能越好。

2.4 响应曲面法超声波联合多相臭氧催化氧化调理污泥脱水性能 采用响应曲面法对3种方法联合调理污泥脱水性能进行研究，响应曲面如图4所示。图4为改变臭氧超声或者载铁浓度其中1个变量的计算过程（其中纵坐标为污泥比阻值），经过Design-Expert 8.0.6 Trial软件的严密计算和统计最后得出41组数据，从得到的数据结果中可知，在超聲波作用4.02min、臭氧浓度507.81mg/h、投加催化剂的量为0.48g时得到的污泥比阻值为0.26×109s2/g，此时的条件即最佳调理条件。

3 结论

实验表明，污泥炭载铁催化剂，联合超声波和臭氧，能有效提高污泥脱水性能，单独使用某一条件对污泥脱水性能有一定的改善，但是并不能达到很理想的结果，通过超声波联合多相臭氧催化氧化调理污泥，采用响应曲面法可以获得最佳实验条件，污泥比阻值达到最低值0.26×109s2/g（当比阻值低于0.04×1010s2/g即为易过滤污泥），污泥脱水性能最佳。

参考文献

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[2]Neyens E，Baeyens J.A review of thermal sludge pre-treatment processes to improve dewaterability[J].Journal of Hazardous Materials，2003，98（1-3）：51-67.

[3]肖航，杨硕，史佳晟，等.城市污泥脱水速率与泥饼含水率的表征差异性研究[J].环境科学学报，2016，36（2）：564-568.

[4]桂轶，孙世群.城市生活污水污泥处理方法研究——以合肥市为例[J].安徽农学通报，2007，13（23）：57-59.

[5]吕凯，季文芳，韩萍芳，等.超声、臭氧处理石化污水厂剩余活性污泥研究[J].环境工程学报，2009，3（5）：907-910.

[6]袁文兵，吴金苗，刘亮，等.氯化铁/臭氧组合工艺改善活性污泥性质的研究[J].工业水处理，2016，36（4）：73-76.

[7]李亚林，刘蕾，魏添，等.电渗透污泥脱水的影响因素分析及响应曲面优化[J].应用化工，2017，46（1）：127-131.

（责编：张宏民）