摘要：采用聚合氯化鋁（PAC）作為化學(xué)調(diào)理劑，對濃縮池污泥進(jìn)行調(diào)理。以污泥比阻為主要指標(biāo)考察了投藥量、調(diào)理劑濃度、pH值和攪拌強度對污泥過濾脫水性能的影響；同時，考察了污泥經(jīng)過沉降后上清液的濁度變化。調(diào)理實驗結(jié)果表明，PAC的適宜調(diào)理參數(shù)為：投加量25mL，濃度6%，pH為7（未調(diào)節(jié)），快速攪拌速度130rpm，慢速攪拌速度50rpm。污泥經(jīng)PAC調(diào)理后，比阻降低到3.2×1014m/kg。
在污水處理過程中通常會產(chǎn)生一些固體沉淀物質(zhì)，這些物質(zhì)被稱為污泥，污泥中除了含有細(xì)菌、微生物、寄生蟲、懸浮物質(zhì)和膠體物質(zhì)之外，還通常含有一些其他有害物質(zhì)，剩余污泥若不進(jìn)行及時處理，長時間堆放，污泥易產(chǎn)生消化，從而產(chǎn)生沼氣。干化后的污泥易隨風(fēng)飛揚，產(chǎn)生粉塵污染。還有一些污泥本身就含有易揮發(fā)的有毒有機物質(zhì)，會散發(fā)毒氣，這都會對大氣產(chǎn)生污染。
污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分?jǐn)?shù)稱為污泥含水率。一般污水處理廠初始的污泥含水率很高，大于99%，相對密度接近1，所以降低污泥的含水率對污泥的減量化有著十分重要的參考意義。
在污泥脫水之前需要通過物理、化學(xué)或物理化學(xué)作用，改善污泥的脫水性能，該操作稱之為污泥調(diào)理。通過調(diào)理可以改變污泥的組織結(jié)構(gòu)，減小污泥的黏性，降低污泥的比阻，從而達(dá)到改善污泥脫水性能的目的。污泥經(jīng)調(diào)理后，不僅脫水壓力可大大減少，而且脫水后污泥的含水率可以大大降低。本實驗采用聚合氯化鋁（PAC） 作為無機調(diào)理劑對污泥脫水的效果進(jìn)行研究，為污泥處理提供理論參考。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
本實驗所用污泥取自某水務(wù)有限公司，污泥取自濃縮池出口。原污泥比阻約為5.92×1014m/kg，屬于難過濾污泥。原污泥的pH值為7.5，沉降30min時上清液的濁度為151NTU。
PAC溶液的制備：用分析天平稱取一定質(zhì)量的PAC于燒杯中，加入50mL蒸餾水，用玻璃棒不斷攪拌，直至溶解。移入100mL容量瓶中，加蒸餾水至刻度線，混勻備用。
1.2 實驗方法
污泥調(diào)理方法：取250mL原污泥與1000mL燒杯中，加入一定量的調(diào)理劑，置于六聯(lián)恒溫（25℃）電動攪拌機上快速攪拌1min后，進(jìn)行慢速攪拌5min，關(guān)閉攪拌機。
污泥過濾脫水方法：取經(jīng)過調(diào)理的污泥100mL，進(jìn)行真空抽濾，測定污泥的比阻。
2 結(jié)果與分析
2.1 PAC投加量對污泥脫水性能的影響
在5個燒杯中分別加入原污泥250mL，依次加入13mL、20mL、25mL、28mL、30mL濃度為5%的PAC溶液，50rpm慢速攪拌，120rpm快速攪拌，然后，進(jìn)行調(diào)理和抽濾實驗，并對污泥比阻進(jìn)行測定和計算，同時測定污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度。實驗結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出，在投加量適宜時，污泥比阻可以達(dá)到較小，污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度較小。由化學(xué)調(diào)理機理可知調(diào)理劑可以壓縮溶液膠體中雙電層，降低膠粒的ζ電位，當(dāng)調(diào)理劑的投加量達(dá)到一定值時，膠粒的ζ電位為0，膠體排斥勢能消失，膠粒便發(fā)生凝聚。另外，PAC由于通過預(yù)聚合，含有大量的Al13聚合體。PAC投入水中后，Al13及其聚集體將在一定時間內(nèi)保持其原有形態(tài)并立即吸附在顆粒物表面，由于其分子量大而且電荷值較高，其粘結(jié)架橋作用和電中和脫穩(wěn)能力較強。而PAC投加過多，會因吸附電中和作用使絮體帶上反號電荷，出現(xiàn)反混凝，使得污泥比阻增加。
PAC的投加量為25mL時，污泥的比阻較小，比阻值為8.03×1014， 調(diào)理效果較好。確定PAC投加量為25mL，即6.383g/L（污泥）。
2.2 PAC濃度對污泥脫水性能的影響
在5個燒杯中分別加入原污泥250mL，依次加入25mL濃度分別為3%、4%、5%、6%、7%的PAC溶液，50rpm慢速攪拌，120rpm快速攪拌，然后，進(jìn)行調(diào)理和抽濾實驗，并對污泥比阻進(jìn)行測定和計算，同時測定污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度。實驗結(jié)果如圖2所示。
從圖2可以看出，在相同的投加量下如果PAC配置濃度不同，調(diào)理的污泥脫水效果也會有所差異。這是由于PAC是介于AlCl3和Al(OH)3之間的一種水溶性無機高分子聚合物，溶液濃度不同PAC的鏈狀結(jié)構(gòu)的長鏈分解及伸展?fàn)顩r不同。濃度較低時，部分PAC長鏈在水中可能會分解成短鏈結(jié)構(gòu)，造成吸附架橋及網(wǎng)捕卷掃能力的下降；濃度較高時，長鏈分子之間可能會互相粘附，不能有效伸展，造成吸附污泥膠粒的活性基總量減少，絮凝效果下降。
在相同PAC溶液投加量下，PAC濃度小于6%時，污泥的比阻隨濃度的增加而減小；當(dāng)PAC濃度大于6%時，污泥的比阻隨濃度的增加而增加，所以PAC濃度為6%時，污泥的比阻較小，污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度較小，此時的脫水性能較佳。
2.3 pH對污泥脫水性能的影響
在5個燒杯中分別加入原污泥250mL，分別加入25mL濃度為6%的PAC溶液，依次將pH調(diào)至5、6、7、8、9，50rpm慢速攪拌，120rpm快速攪拌，然后，進(jìn)行調(diào)理和抽濾實驗，并對污泥比阻進(jìn)行測定和計算，同時測定污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度。實驗結(jié)果如圖3所示。
由圖3可以看出，pH小于7時，污泥比阻隨著pH的升高而下降；pH大于7（未調(diào)節(jié)）時，污泥比阻隨著pH的升高而呈現(xiàn)增加的趨勢。本次實驗中加酸后脫水效果變差，而加堿使污泥處于堿性環(huán)境中時也不利于污泥脫水。這是由于PAC作用機理接近于有機高分子，但本質(zhì)上仍是多核羥基絡(luò)合物的中間產(chǎn)物，相對于氫氧化物沉淀是羥基不飽和的，與顆粒物的吸附實際上是表面絡(luò)合配位作用。表面羥基將會補充未飽和位。吸附在表面后，仍會從溶液中吸取羥基，繼續(xù)水解沉淀過程，直至飽和成為氫氧化物沉淀凝膠，與顆粒物生成絮團161。因此，溶液酸性條件不利于絮體的生成，而堿度過大，生成的絮體顆粒過大，過濾時泥餅的阻力增加，污泥比阻也會降低。
污泥的pH為7（未調(diào)節(jié)）時，污泥的比阻為1.276×1014m/kg，污泥已經(jīng)由較難過濾污泥轉(zhuǎn)變?yōu)橐走^濾污泥，而且脫水性能也提高了。因此，pH未調(diào)節(jié)時，污泥的比阻較小，污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度較小，脫水性能較好。
2.4 攪拌強度對污泥脫水性能的影響
2.4.1 快速攪拌對污泥脫水性能的影響
在5個燒杯中分別加入原污泥250mL，分別加入25mL，濃度為6%的PAC溶液，分別在120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm快速攪拌，然后，進(jìn)行調(diào)理和抽濾實驗，并對污泥比阻進(jìn)行測定和計算，同時測定污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度。實驗結(jié)果如圖4所示。
由圖4可知，當(dāng)快速攪拌強度在120r/min-130r/min時，污泥的比阻隨攪拌速度的加快而急劇下降，當(dāng)快速攪拌強度為130r/min時，污泥的比阻較小，污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度較小；當(dāng)攪拌強度在130r/min~160r/min時，污泥的比阻隨攪拌速度的加快呈上升趨勢。這是因為混合階段的要求是藥劑迅速均勻地擴散到全部水中以創(chuàng)造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩(wěn)并借顆粒的布朗運動和紊動水流進(jìn)行凝聚。對于PAC來說，由于它們在水中的形態(tài)不像無機鹽那樣受時間的影響，混合反應(yīng)可以在很短的時間內(nèi)完成，而且不宜進(jìn)行劇烈的攪拌；如果快速攪拌速度過低，則藥劑不能均勻地擴散到全部水中，所以攪拌速度不宜過小。當(dāng)快速攪拌速度為130r/min時，污泥的比阻較小，脫水性能較好。
2.4.2 慢速攪拌對污泥脫水性能的影響
在5個燒杯中分別加入原污泥250mL，分別加入25mL，濃度為6%的PAC溶液，130rpm快速攪拌，分別在30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rpm慢速攪拌，然后，進(jìn)行調(diào)理和抽濾實驗，并對污泥比阻進(jìn)行測定和計算，同時測定污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度。實驗結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知，當(dāng)慢速攪拌強度在30r/min-50r/min時，污泥的比阻隨攪拌速度的加快而急劇下降，當(dāng)慢速攪拌強度為50r/min時，污泥的比阻較小，污泥經(jīng)過30min沉淀后上清液的濁度較小；當(dāng)攪拌強度在50r/min-70r/min時， 污泥的比阻隨攪拌速度的加快呈上升趨勢；這是因為反應(yīng)階段的要求是使混凝劑的微粒通過絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝體。反應(yīng)階段的攪拌強度或水流速度應(yīng)隨著絮凝體的結(jié)大而逐漸降低，以免結(jié)大的絮體被打碎；若攪拌速度過低，則不能形成具有良好沉淀性能的較大的絮凝體。當(dāng)慢速攪拌速度為50r/min時，污泥的比阻較小，脫水性能較好。
3 結(jié)論
PAC對濃縮池污泥的調(diào)理實驗結(jié)果表明：在PAC投加量為25mL、濃度為6%、pH為7（未調(diào)節(jié)）、快速攪拌強度為130r/min、慢速攪拌強度為50r/min的調(diào)理條件下，污泥的脫水性能較好，污泥經(jīng)過30min沉降后濁度較小。污泥經(jīng)PFS調(diào)理后，比阻降低到3.2×1014m/kg。
