复合填料强化活性污泥沉降和脱水性能的研究

王金鑫，赵可，张小雨，李春明

复合填料强化活性污泥沉降和脱水性能的研究

王金鑫，赵可，张小雨，李春明

（吉林建筑大学，吉林 长春 130000）

为了研究复合填料对活性污泥沉降和脱水性能的影响及影响机理，通过改变复合填料、腐殖土、复合填料释放出阳离子的投加量，考察活性污泥沉降和脱水性能的变化。以期从阳离子的角度明确复合填料对活性污泥沉降和脱水性能的影响机制。结果表明：随着复合填料投加量的增加，SVI和CST值降低，在投加量为5 g·L-1时，SVI和CST分别为32.81 mL·g-1、8.3 s，沉降性能和脱水性能分别提高32.2%和42%。复合填料有利于提高活性污泥沉降和脱水性能，且对活性污泥沉降和脱水性能的改善效果优于腐殖土；复合填料中释放出的二价阳离子对于污泥沉降和脱水性能起强化作用。

沉降性； 脱水性； 阳离子； 腐殖土

活性污泥法是当前世界应用最为广泛的污水处理工艺之一，其运行过程中产生大量的剩余污泥。剩余污泥的处理和处置一直是该工艺处理的焦点。活性污泥的成分复杂，含有大量的水、有机物和微生物外，还有多种重金属元素。目前，国内外对剩余污泥的处理，主要有物理、化学或生物三种方法改善活性污泥的沉降和脱水性能[1]。腐殖土主要是由植物腐烂后形成的一种混合物，在我国土壤中含量丰富。YG Choi、魏传银等研究发现[2-3]，日本某公司所生产的腐殖土填料通过释放出阳离子以改善活性污泥的沉降性和脱水性。基于此，本文在前人的研究基础上，以国内腐殖土、贝壳粉、黄黏土、污泥干粉等原材料，制作复合填料。采用实验室模拟的方式，对比和分析复合填料、腐殖土与复合填料释放金属阳离子对活性污泥沉降和脱水性能的影响。

1 材料与方法

1.1 实验用复合填料

复合填料的主要原料为腐殖土、黄黏土、贝壳粉、污泥干粉等。通过研磨复合填料并利用60目（250μm）筛网制备试验用粉末，进行实验。复合填料有机物含量为密度为1.062 g·cm-3，孔隙率为47.6%。复合填料与1 L纯净水在130 r·min-1转速下混合2 h后阳离子浓度几乎保持不变。1 g复合填料在纯净水中释放阳离子浓度为1.9 meq Ca2+、2.4 meq Mg2+、0.51 meq Na+、0.03 meq K+，Ca2+、Mg2+释放量远大于Na+、K+。混合2 h后，不同质量的复合填料粉末在纯净水中释放的主要一价、二价阳离子浓度呈线性变化，如图1所示。根据从复合填料在水中释放出的 Ca2+、Mg2+浓度，使用氯化钙、氯化镁制备二价阳离子混合液。

图1 复合填料在水中阳离子的释放

1.2 实验方法

将对照污泥与0.5、1.0、2.0、5 .0 g复合填料、腐殖土以及添加释放二价阳离子的活性污泥在容量为1 L的六连搅拌器中以130 r·min-1的速度搅拌。污泥取自长春某污水厂二沉池，经SBR系统培养3周，污泥浓度为4 600 mg·L-1。复合填料与污泥浓度的比例分别为0.11、0.22、0.43、1.09。混合搅拌2 h，记录SV30与污泥浓度，计算SVI值。污泥沉降2 h，去除自由水，并在3 500 r·min-1下离心5 min，使用英国Triton 304B CST污泥毛细吸水时间测试仪测试活性污泥CST值。

2 结果与分析

2.1 复合填料对活性污泥沉降性的影响

复合填料、腐殖土和阳离子对活性污泥SVI的影响如图2所示，随着投加量的增加，污泥沉降性能显著提高。原污泥SVI为48.41 mL·g-1。复合填料投加量为2 g·L-1时，污泥SVI降低至33.26 mL·g-1；当复合填料投加量从2 g·L-1提升至5 g·L-1时，污泥SVI降低趋势放缓，降低至32.81 mL·g-1，降低32.2%。而腐殖土和二价阳离子，在投加量为5 g·L-1时，对沉降性能改善效果仅为27.7%、14.2%。由于复合填料不止通过化学作用，还通过物理作用影响污泥的沉降性能，根据资料，污泥絮体密度为1.02~1.06 g·cm-3 [4]，复合填料粉末密度为1.893 g·cm-3，投加复合填料粉末、腐殖土粉末的活性污泥密度远大于未投加的活性污泥，导致SVI值显著降低。故二价阳离子和复合填料对污泥SVI的影响差异较大。结果表明复合填料能够有效提高活性污泥的沉降性能，且效果优于腐殖土和二价阳离子。S Agarwal、Bruus J H等研究发现[5-6]，多价金属阳离子在固定EPS和微生物方面起着重要作用。由于活性污泥EPS带负电荷，多价阳离子和活性污泥絮体通过离子作用相结合时，絮体密度增加，使活性污泥的沉降性能提高。

图2 复合填料、腐殖土、二价阳离子对SVI的影响

2.2 复合填料对活性污泥脱水性的影响

复合填料、腐殖土、阳离子对活性污泥CST的影响如图3所示，活性污泥CST随着复合填料投加量的增加而降低。原污泥CST为14.3 s。复合填料投加量为2 g·L-1时，污泥CST降低至9.3 s；当复合填料投加量提升至5 g·L-1时，污泥CST降低趋势放缓，降低至8.3 s，降低42%。而相同条件下，投加腐殖土和二价阳离子的活性污泥CST为9 s和11 s，仅降低36.8%和22.8%。如图3所示，二价阳离子（Ca2+、Mg2+）、腐殖土与复合填料对活性污泥CST的影响趋势基本相同。实验结果表明，复合填料对活性污泥脱水性能的改善效果优于腐殖土和二价阳离子；复合填料中释放出的二价阳离子有助于提高污泥脱水性能，二价阳离子吸附架桥作用影响污泥EPS，导致CST降低。Forster C F、S Agarwal研究发现[7-8]：向活性污泥中投加Ca2+离子会降低活性污泥中结合水的含量，这将提高活性污泥絮体密度，从而提高活性污泥的脱水性能。

图3 复合填料、腐殖土或阳离子对CST的影响

3 结 论

实验研究表明复合填料能够有效提高污泥的沉降和脱水性能，主要结论如下：

1）复合填料有利于提升活性污泥的沉降性能和脱水性能，对污泥沉降性能和污泥脱水性能的改善效果为32.2%和42%。

2）复合填料对活性污泥特性的改善效果优于腐殖土。相同投加量的情况下，复合填料对活性污泥沉降和脱水性能的改善效果相较于腐殖土分别提高4.5%和5.1%。

3）复合填料释放出的二价阳离子（Ca2+、Mg2+）对活性污泥沉降性能和脱水性能的改变起着重要作用，随着复合填料或等效二价阳离子投加量的增加，污泥SVI和CST降低。

［1］杨文锋, 张庆芳, 杨期勇, 等. 市政污泥脱水及生物淋滤调理技术综述[J]. 工业水处理, 2018, 38 (04): 11-16.

［2］CHOI Y G, CHUNG T H. Effects of humus soil on the settling and dewatering characteristics of activated sludge[J]., 2000, 42 (9)：127-134.

［3］魏传银, 马玉华, 吴敏, 等. 腐殖土对污泥沉降和脱水性能的影响及其机理[J]. 环境工程, 2018, 36 (05): 145-149.

［4］AGARWAL S, ABU‐ORF M M, NOVAK J T. Effect of Biopolymer on the Dewatering Characteristics of Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion of Sludges[J]., 2006, 78 (3)：305-311.

［5］BRUUS J H, NIELSEN P H, KEIDING K. On the stability of activated sludge flocs with implications to dewatering[J].,1992, 26 (12)：1597-1604.

［6］赵敏. 活性污泥絮体的性状及其沉降性能的探讨[J]. 环境科学与管理, 2011, 36 (05): 106-111.

［7］FORSTER C F, LEWIN D C. Polymer Interactions at Activated Surfaces[J]., 1972, 12 (10): 520-525.

［8］Agarwal S, ABU-ORF M, NOVAK J T. Conditioning and Dewatering of ATAD Sludges: The Role of Chemical Precipitation[C]// Proceedings of the 4th IWA Water Congress. 2004.

Study on the Effect of Composite Fillers to Enhance the Settling and Dewatering Properties of Activated Sludge

,,,

(Jilin Jianzhu University, Changchun Jilin 130000, China）

In order to study the influence of composite fillers on the settling and dewatering properties of activated sludge and the influence mechanism, the changes of settling and dewatering properties of activated sludge were investigated by changing the dosage of cations released by composite fillers, humus soil and composite fillers.The effect mechanism of composite fillers on the settling and dewatering performance of activated sludge was investigated from the perspective of cationic.The results showed that the SVI and CST values decreased with the increase of the dosage of composite filler. When the dosage was 5g·L-1, the SVI and CST values were 32.81 mL·g-1and 8.3s, the settling property and dehydration property increased by 32.2% and 42%.The composite fillers improved the settling and dewatering properties of activated sludge, and the improvement effect of the settling and dewatering properties of activated sludge was better than that of humus soil.The divalent cations released from the composite filler enhanced the sludge settling and dewatering performance.

Setting; Dewatering ; Cations; Humus soil

吉林省省级产业创新专项资金项目（项目编号：2018c044-4）。

2021-03-02

王金鑫（1996-），男，浙江省嵊州市人，硕士学位，研究方向：复合填料SBR系统中污泥特性方面的研究。

X703

A

1004-0935（2021）04-0442-03