渗沥液浓缩液制酸调理对污泥脱水性能的研究

张 健，林姝灿，黄 皇

（上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302）

随着我国经济的快速发展与城市化进程的加快，垃圾产量逐年递增，渗沥液处理行业迎来了高速发展时期。垃圾渗沥液处理过程中会产生部分生化污泥和化学沉淀污泥，其含水率高，有机物含量高，还有大量病原体及微生物等有害物质，易腐化产生异味[1]。由于其产生体量大，但颗粒比重小，组分复杂呈非均质体状，仅通过简易沉降难以实现固液分离，易造成二次污染，必须进行减量化与无害化处理。

污泥处理的关键在于对其中水分的去除。常见的脱水方法包括机械压滤、热干化、热水解、水热厌氧等[2]。本文主要针对机械压滤前的预处理进行分析。污泥在机械脱水之前，须通过化学调理改善污泥脱水性能。常见的化学调理方式是向污泥中投加絮凝剂、石灰干粉等一类调理剂。单一采用絮凝剂时，虽然污泥颗粒会产生团聚效果，但由于絮凝剂属于高分子结构，溶于水后有一定黏性，脱水压滤时，会对滤布产生黏堵，且团聚沉降去除的主要为污泥的间隙水，经絮凝剂调理后的泥饼含水率仍然较高。采用石灰干粉等进行调理，虽然能使泥饼的含水率大大降低，但石灰增加了泥饼中的固体含量，且呈现强碱性，对滤液的后处理要求较高。石灰中的钙离子也限制了泥饼后续的资源化。随着污泥处理的各项标准的提高，石灰粉剂已被市场淘汰。

何文远[3]等研究发现，酸处理作为脱水前预处理，能够让活性污泥中细胞外聚合物水解、微生物细胞瓦解，有效降低结合水含量，使污泥水分分布发生变化，从而改善污泥的脱水效果；李桃[4]等发现，酸化调理能够改变污泥性质，提高脱水性能，同时去除污泥中的部分重金属，且不增加污泥干基物质。垃圾渗沥液浓缩液通过分子选择膜后再经两道电驱动膜，可分离出浓盐水制备酸，将其用于替代传统酸液调理剂，降低成本，两废共治，具备可行性。

为探究渗沥液浓缩液酸和污泥的协同资源化与处置效益，本文设计将渗沥液浓缩液电解制备酸用作调理剂，配合聚合氯化铝作为助凝剂，酸化调理污泥，分析浓缩液酸调理对污泥脱水性能的影响与机制，为后续渗沥液浓缩液酸调理污泥工艺提供基础。

1 材料与方法

1.1 实验原料

实验污泥：氧化塘的生化污泥和反渗透处理系统化学软化处理系统所产生的化学沉淀污泥，以1∶1的比例混合后，静置6 h 后，去除上清液，备用。混合污泥含固率为 4.5%～7.8%，pH 值为 8～9。

聚合氯化铝：介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，取质量浓度为10%的工业级溶液。

实验酸：垃圾渗沥液浓缩液制备的酸液，提取自上海市某渗沥液处理厂膜浓缩液，pH 值为1～2。

1.2 实验装置与设备

实验室装置：烧杯、电搅拌机、不锈钢压滤机、含水率测量仪。10 t/d 污泥深度脱水处理中试系统设备如表1 所示。

表1 中试系统设备

1.3 垃圾渗沥液浓缩液酸制备

垃圾渗沥液浓缩液制酸基本工艺如图1 所示。

图1 垃圾渗沥液浓缩液制酸工艺

浓缩液通过分子选择膜与电力驱动膜两道膜后，浓盐水采用电位差定向迁移作用，实现离子分离和水的解离，从而实现由盐向酸、碱的转变。电位双极的膜在外加反向直流电场作用下，H2O 分子在催化剂作用下解离成H+和OH-，并分别通过阳层和阴层向膜两侧的主体溶液迁移，实现水解离的发生。

1.4 污泥调理

1.4.1 小试实验

设置酸化时间为2 d，聚合氯化铝投加量为干基质量的5%。酸液投加量以污泥的干基为基准，设置10%、20%、30%、40%、50%共 5 个梯度。

实验步骤：1）取等量混合污泥浓缩液各500 mL，pH 值为8，含固率为6.5%；2）分别向样品 1 到样品5 中投加干基的 10%、20%、30%、40%、50%的酸液，搅拌均匀后，测定pH 值，静置2 d，以样品6 作为空白对照，不添加酸液；3）向酸化处理过的泥浆投加干基5%的聚合氯化铝，搅拌5 min；4）将前步骤中的调理泥浆泵入到不锈钢压滤机进行压滤，保压时间为30 min。测定压滤后泥饼的含水率。

1.4.2 中试试验

设置酸化时间为2 d，聚合氯化铝投加量为干基的5%。酸液投加量以污泥的干基为基准，设置小试实验最优的投加量，重复5 组。

试验步骤：1）取生化污泥与化学污泥1∶1 混合后置于污泥储罐1，静置1 d 后，测污泥含固率，适当去除上清液，以控制含固率在6%左右，测定pH 值在8～9；2）向污泥储罐1 中加入最优设计量的酸液并搅拌均匀，测定pH 后静置2 d；3）用泵抽取一定量的泥浆送入储罐2，并向其中加入干基5%的聚合氯化铝，搅拌20 min；4）利用泵将前步骤的污泥送入高压压滤机脱水，保压时间为60 min，对压滤后的泥饼测定含水率。

2 结果与讨论

2.1 小试实验

实验结果如表2 所示。

表2 小试实验结果

从实验结果可以看出不同浓缩液酸添加量对污泥含水率影响的变化关系：随着浓缩液酸含量的增加，溶液pH 值由弱碱性转变为酸性，污泥的含水率也呈逐渐下降的趋势，说明垃圾渗沥液浓缩液制备的酸液可用于污泥调理，见图2。

图2 酸液投加量与脱水后泥饼pH 值和含水率的关系

酸处理主要是通过创造酸性环境让活性污泥中胞外聚合物水解，破坏细胞结构。当溶液pH 值较高时，胶体颗粒间的排斥力增强，污泥脱水性能较差。反之，当溶液pH 值较低时，H+的浓度较高，污泥胶体颗粒的扩散层厚度被压缩，胶体电位降低；同时，一部分间隙水也能得到释放，从而提高污泥的脱水程度，反应时间较短。李超等研究表明，溶液pH 值在5～10 时，胶体颗粒表面电荷变化较小，因此斥力变化不大，脱水性能较为稳定[2]。故在酸液投加量达到30%之前，污泥pH 值变化小，泥饼含水率变化趋势小；因此，浓缩液酸的投加量应大于30%，在投加量在40%～50%时，会出现如图2 所示的变化坡度，实现酸调理的效果。

此外，聚合氯化铝混凝剂对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，可去除微有毒物及重金属离子，主要适用于 pH 值在 5.0～9.0 的原水。其作用效能与液体的碱化度相关，碱化度太高或太低，其胶结强度均不好，一般要求液体碱化度在46%～72%，对应的pH 值约在3.4～3.9。由图2 可以看出，取投加量30%的浓缩液酸时，pH 值为3.9。

综上，配比5%聚合氯化铝与30%浓缩液酸作为调理剂，是理论上可行的最优投加量。但实际试验数据表明，此时，脱水泥饼含水率为63%，虽然效果明显，但距离含水率60%的要求仍有一定差距，需要扩大试验考察范围及重复试验次数，确认其具体性能。

2.2 中试试验

为进一步验证酸化减量处理的可行性，设计搭建1 条处理规模为10 t/d 的污泥深度脱水处理中试系统，以上一节中样品3 的投加量（聚合氯化铝5%和酸液30%）作为中试试验设定条件。

5 次中试试验后，有2 组试验因过程中发生系统设备故障，得到有效数据3 组，如表3 所示。在与小试实验样品3 条件相同的情况下，泥饼含水率小于小试值，且都满足泥饼含水率小于60%的末端处置要求，优于小试实验的效果。这是由于在中试试验中使用的高压压滤机的压滤压力大于小试实验用的不锈钢压滤机，保压时间长，且存在二次压滤过程。

表3 浓缩液酸调理污泥中试情况

张谊彬等研究污泥化学调理中混凝剂对污泥脱水性能的影响，当混凝剂投药量为污泥干基质量的27 %，污泥脱水效果最好；也有研究通过渗透剂与聚醚胺的组合药剂实现机械脱水前的调理，组合试剂的用量为干污泥（质量）的50%。这类化学调理过程需要耗费大量的化学合成试剂，成本较高。本文所研究的垃圾渗沥液浓缩液经过两道膜处理后制备的酸，可应用于污泥酸化调理，且上述研究表明，最优浓缩液酸投加量仅为干污泥（质量）的30%，与其他调理方法相比，扩容体积较低或持平；且其属于污染物的资源化产物，达到了浓缩液与污泥两废共治、废物利用的目的，具有巨大的经济和环境效益。但目前的试验设计尚有一定的局限性，且重复次数少，有效性无法担保，在实际应用中，工艺过程的投加量、絮凝剂的配合量及具体条件设定和参数选定都需要更强的针对性。

3 结论

综上所述，垃圾渗沥液处理过程中所产生的生化污泥与化学沉淀污泥，可通过投加酸液的化学调理方式，改变污泥性质、提高脱水性能。将渗沥液浓缩液制酸替代传统酸液调理剂，不仅能起到酸调理污泥的作用，还能达到两废共治、废物利用的目的。试验证明，投加占污泥干基（质量）5%的聚合氯化铝与30%的浓缩液酸为较优的投加条件，在中试中能实现污泥脱水性能的提升，且满足泥饼含水率小于60%的处置要求。但在投入应用实现产业化前，仍需继续以酸化调理后的pH 值、 酸化时间和聚合氯化铝投加量等数值作为可变量进行交叉对比，获取垃圾渗沥液污泥酸化调理的最优条件。