论文部分内容阅读
摘 要在污水处理厂的建设和运行中存在的一大难题就是污泥的处理和处置。要寻找一种适合于污水处理厂使用的操作简单、成本低廉的污泥脱水调理剂以替代目前常用的PAM调理剂，达到降低污泥处理成本，减少二次污染的目地。本次以中牟县县城污水处理厂剩余污泥为研究对象，经过大量的试验遴选出了石灰调理剂和CTS（壳聚糖）调理剂，石灰的最佳投加量为21g/100ml，CTS的最佳投加量为120mg/L，均可使污泥比阻由1014m/kg降至1011m/kg数量级。所形成的污泥滤饼，可作为烧制墙体材料的辅助原料，实现了污泥的资源化利用和良性最终处置。
关键词污水处理厂；污泥脱水絮凝剂；替代研究
中图分类号TQ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0190-02
中牟县污水处理厂位于中牟县县城东北侧，贾鲁河和陇海铁路交叉口西南角。采用奥贝尔氧化沟处理工艺。污泥处理采用污泥带式浓缩脱水一体机脱水方案，污泥脱水絮凝剂采用阳离子聚丙烯酰胺PAM，投加量3g/kgMLSS。在实际运行中发现，污泥比阻很大，脱水很难，PAM费用昂贵，使运行成本很高，且PAM易对环境造成二次污染。因此，本文旨在寻找既简单又经济的污泥脱水剂，可以完全替代PAM，从而降低污泥处理的成本，同时提高污泥脱水效率，减少对环境的二次污染。
1中牟县污水处理厂工艺流程
奥贝尔氧化沟工艺的主要处理构筑物包括：粗格栅进水泵房、细格栅、旋流沉砂池、厌氧池、氧化沟、二沉池、加氯间、接触池等处理构筑物；还包括回流及剩余污泥泵房、污泥浓缩机房等污泥处理构筑物。
2实验方法和材料
2.1方法
污泥脱水过滤的比阻抗r被定义为单位干重滤饼引起的阻力（m/kg或s2/g），简称污泥比阻，它是反映污泥脱水性能的一个重要指标。污泥比阻值可由实验数据依据下式计算而得：
（注：r—污泥脱水过滤比阻抗，m/kg；b—过滤时间/滤液体积与滤液体积所形成直线的斜率，s/m6；ΔP—过滤压力，N/m2；A—过滤面积，m2；ρc—单位滤液所产生滤饼干重，kg/m3；μ—滤液的动力粘滞度，（N·s）/ m2。）
量取100ml污泥样品置于250ml的烧杯中，在不断人工搅拌的条件下加入一定量的调理剂，连续搅拌直到混合均匀后倒入布氏漏斗中，开启真空泵抽滤脱水，每隔一定时间（前4min内，每10s一计，以后每20s一计）记录一次滤液的体积，测抽滤至真空度破坏或滤液达到85ml时滤液的总体积、pH、浊度、色度和滤饼的含水率，并计算污泥的比阻值。
2.2材料
1）原状污泥样，取自中牟县污水处理厂二沉池污泥，经实测，原状污泥含水率为95.86%，污泥挥发份54.84%，污泥灰分45.16%，比阻值为1.026×1014（m/kg）。
2）工业品石灰，过0.08mm筛分。
3）CTS（壳聚糖），配制浓度为1g/L。
3试验结果及分析
3.1石灰对污泥比阻调理机理
本次实验选用的石灰为生石灰，经过0.08mm筛分处理。石灰是一类较好的污泥调理剂，较适合于生污泥的调理与稳定化。生石灰的主要成分是CaO，加水溶解后，CaO基本转化为Ca（OH）2，而Ca（OH）2是微溶物质，作用是调节污泥的pH值，并且提供CaCO3和Ca（OH）2，供给污泥以多孔状格网的骨架，改变污泥颗粒结构破坏胶体的稳定性，其中Ca2+可起到压缩带负电荷胶体双电层的作用。
3.2石灰对污泥比阻调理结果
由表1可见，石灰对污泥脱水起到了较好的作用，改善了污泥的脱水性能，随着石灰投加量的增大，每次实验的抽滤时间越来越短，在很短的时间内就可抽干，在布氏漏斗内形成白色块状泥饼，甚至泥饼本身也出现较大裂纹。且泥饼与滤纸较易剥离，泥饼的含水率也在逐漸下降，污泥比阻亦降低很多，在石灰投加浓度为21g/100ml时，出现污泥比阻的最小值。
3.3CTS对污泥比阻调理机理
甲壳素（chitin）是一种天然多糖，它广泛地存在于虾、蟹和昆虫的外壳以及菌类和藻类的细胞壁中，在自然界的含量仅次于纤维素，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，可以说是一种用之不竭的生物资源。壳聚糖（Chitosan）是甲壳质脱N一乙酰基的衍生物，壳聚糖为弱阳离子型絮凝剂，可起到电性中和、吸附架桥作用，有良好的生物相容性，具有其他人工合成絮凝剂无法比拟的无毒、环境友好等特点。
3.4CTS对污泥比阻调理结果
从表2可以看出，壳聚糖（CTS）对污泥脱水起到了很好的作用，改善了污泥的脱水性能，在CTS投加量为120mg/L时，出现污泥比阻的最小值。抽滤时间较短，很快形成泥饼，泥饼与滤纸容易剥离，滤液体积均很大，降低了泥饼含水率。滤液需重新进行生化处理。
3.5分析
我们遴选絮凝剂的标准是：①能明显有效地降低污泥比阻；②价格低廉，可适宜于中小型污水处理厂的低成本投入；③防止二次污染，如果能选用其它工业废料作为污泥脱水的调理剂，变废为宝，符合循环利用则更好；④加入絮凝剂后，所获得的污泥滤饼如能够得到循环再利用作为最终处置为最好。
石灰是极为普遍的低端工业产品，来源广泛，价格低廉，用于污泥脱水调理剂不会太提升污水厂处理成本，所形成的石灰—污泥泥饼，亦可用于烧制建筑材料，可实现污泥的良性最终处置。
应用壳聚糖对剩余污泥进行调理的处理成本略高于聚丙烯酰胺，这可能是目前影响壳聚糖推广应用的最重要因素。但是处理后的干污泥有可能回收利用，可以产生一定的经济价值，并且从人类生存环境和人类健康的角度来说，用壳聚糖代替聚丙烯酰胺对剩余污泥进行调理在经济上是可以接受的。而且，随着壳聚糖工业的发展，其价格也会逐渐下降，因而可以选用壳聚糖来处理剩余污泥。
4结束语
1）石灰、壳聚糖均可用作污水厂污泥比阻调理剂，石灰最佳投加量为21g/100ml；壳聚糖最佳投加量为120mg/L。可使污泥比阻由1014m/kg降至1011m/kg数量级，滤饼含水率在60%以下，滤饼可在滤纸上容易分离，不粘连。
2）滤饼出路问题，以石灰或CTS壳聚糖为污泥絮凝剂所产生的滤饼，可考虑做空心砖，大墙板，作为一种建筑材料。这样可以降低污泥对环境的二次污染，最终实现污泥的资源化利用。
参考文献
[1]何品晶,顾国维,李笃中.城市污泥处理与利用[M].北京:科学出版社,2003.
[2]张自杰主编. 排水工程(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
[3]王吉龙.壳聚糖用于活性污泥絮凝性能的研究[J].石化技术,1998,5(4):222-223.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词污水处理厂；污泥脱水絮凝剂；替代研究
中图分类号TQ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0190-02
中牟县污水处理厂位于中牟县县城东北侧，贾鲁河和陇海铁路交叉口西南角。采用奥贝尔氧化沟处理工艺。污泥处理采用污泥带式浓缩脱水一体机脱水方案，污泥脱水絮凝剂采用阳离子聚丙烯酰胺PAM，投加量3g/kgMLSS。在实际运行中发现，污泥比阻很大，脱水很难，PAM费用昂贵，使运行成本很高，且PAM易对环境造成二次污染。因此，本文旨在寻找既简单又经济的污泥脱水剂，可以完全替代PAM，从而降低污泥处理的成本，同时提高污泥脱水效率，减少对环境的二次污染。
1中牟县污水处理厂工艺流程
奥贝尔氧化沟工艺的主要处理构筑物包括：粗格栅进水泵房、细格栅、旋流沉砂池、厌氧池、氧化沟、二沉池、加氯间、接触池等处理构筑物；还包括回流及剩余污泥泵房、污泥浓缩机房等污泥处理构筑物。
2实验方法和材料
2.1方法
污泥脱水过滤的比阻抗r被定义为单位干重滤饼引起的阻力（m/kg或s2/g），简称污泥比阻，它是反映污泥脱水性能的一个重要指标。污泥比阻值可由实验数据依据下式计算而得：
（注：r—污泥脱水过滤比阻抗，m/kg；b—过滤时间/滤液体积与滤液体积所形成直线的斜率，s/m6；ΔP—过滤压力，N/m2；A—过滤面积，m2；ρc—单位滤液所产生滤饼干重，kg/m3；μ—滤液的动力粘滞度，（N·s）/ m2。）
量取100ml污泥样品置于250ml的烧杯中，在不断人工搅拌的条件下加入一定量的调理剂，连续搅拌直到混合均匀后倒入布氏漏斗中，开启真空泵抽滤脱水，每隔一定时间（前4min内，每10s一计，以后每20s一计）记录一次滤液的体积，测抽滤至真空度破坏或滤液达到85ml时滤液的总体积、pH、浊度、色度和滤饼的含水率，并计算污泥的比阻值。
2.2材料
1）原状污泥样，取自中牟县污水处理厂二沉池污泥，经实测，原状污泥含水率为95.86%，污泥挥发份54.84%，污泥灰分45.16%，比阻值为1.026×1014（m/kg）。
2）工业品石灰，过0.08mm筛分。
3）CTS（壳聚糖），配制浓度为1g/L。
3试验结果及分析
3.1石灰对污泥比阻调理机理
本次实验选用的石灰为生石灰，经过0.08mm筛分处理。石灰是一类较好的污泥调理剂，较适合于生污泥的调理与稳定化。生石灰的主要成分是CaO，加水溶解后，CaO基本转化为Ca（OH）2，而Ca（OH）2是微溶物质，作用是调节污泥的pH值，并且提供CaCO3和Ca（OH）2，供给污泥以多孔状格网的骨架，改变污泥颗粒结构破坏胶体的稳定性，其中Ca2+可起到压缩带负电荷胶体双电层的作用。
3.2石灰对污泥比阻调理结果
由表1可见，石灰对污泥脱水起到了较好的作用，改善了污泥的脱水性能，随着石灰投加量的增大，每次实验的抽滤时间越来越短，在很短的时间内就可抽干，在布氏漏斗内形成白色块状泥饼，甚至泥饼本身也出现较大裂纹。且泥饼与滤纸较易剥离，泥饼的含水率也在逐漸下降，污泥比阻亦降低很多，在石灰投加浓度为21g/100ml时，出现污泥比阻的最小值。
3.3CTS对污泥比阻调理机理
甲壳素（chitin）是一种天然多糖，它广泛地存在于虾、蟹和昆虫的外壳以及菌类和藻类的细胞壁中，在自然界的含量仅次于纤维素，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，可以说是一种用之不竭的生物资源。壳聚糖（Chitosan）是甲壳质脱N一乙酰基的衍生物，壳聚糖为弱阳离子型絮凝剂，可起到电性中和、吸附架桥作用，有良好的生物相容性，具有其他人工合成絮凝剂无法比拟的无毒、环境友好等特点。
3.4CTS对污泥比阻调理结果
从表2可以看出，壳聚糖（CTS）对污泥脱水起到了很好的作用，改善了污泥的脱水性能，在CTS投加量为120mg/L时，出现污泥比阻的最小值。抽滤时间较短，很快形成泥饼，泥饼与滤纸容易剥离，滤液体积均很大，降低了泥饼含水率。滤液需重新进行生化处理。
3.5分析
我们遴选絮凝剂的标准是：①能明显有效地降低污泥比阻；②价格低廉，可适宜于中小型污水处理厂的低成本投入；③防止二次污染，如果能选用其它工业废料作为污泥脱水的调理剂，变废为宝，符合循环利用则更好；④加入絮凝剂后，所获得的污泥滤饼如能够得到循环再利用作为最终处置为最好。
石灰是极为普遍的低端工业产品，来源广泛，价格低廉，用于污泥脱水调理剂不会太提升污水厂处理成本，所形成的石灰—污泥泥饼，亦可用于烧制建筑材料，可实现污泥的良性最终处置。
应用壳聚糖对剩余污泥进行调理的处理成本略高于聚丙烯酰胺，这可能是目前影响壳聚糖推广应用的最重要因素。但是处理后的干污泥有可能回收利用，可以产生一定的经济价值，并且从人类生存环境和人类健康的角度来说，用壳聚糖代替聚丙烯酰胺对剩余污泥进行调理在经济上是可以接受的。而且，随着壳聚糖工业的发展，其价格也会逐渐下降，因而可以选用壳聚糖来处理剩余污泥。
4结束语
1）石灰、壳聚糖均可用作污水厂污泥比阻调理剂，石灰最佳投加量为21g/100ml；壳聚糖最佳投加量为120mg/L。可使污泥比阻由1014m/kg降至1011m/kg数量级，滤饼含水率在60%以下，滤饼可在滤纸上容易分离，不粘连。
2）滤饼出路问题，以石灰或CTS壳聚糖为污泥絮凝剂所产生的滤饼，可考虑做空心砖，大墙板，作为一种建筑材料。这样可以降低污泥对环境的二次污染，最终实现污泥的资源化利用。
参考文献
[1]何品晶,顾国维,李笃中.城市污泥处理与利用[M].北京:科学出版社,2003.
[2]张自杰主编. 排水工程(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
[3]王吉龙.壳聚糖用于活性污泥絮凝性能的研究[J].石化技术,1998,5(4):222-223.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文