污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)及深度脫水

1、污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)及深度脫水研究進(jìn)展胡芝娟，董濤，錢秋蘭，沈序輝，趙利卿（天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津， 300400）摘要 水泥窯協(xié)同處置剩余污泥避免了其他方式處置不徹底，存在二次污染等問 題，是一種理想的污泥處置手段。 污泥入窯前的干化脫水過程需要消耗大量的熱 量和電能，導(dǎo)致成本偏高。采用化學(xué)調(diào)質(zhì) +機(jī)械壓濾的深度脫水方式先將污泥含 水率降到 55%以下，避開污泥的粘滯區(qū)， 再采用廢煙氣余熱進(jìn)行干化， 則可以顯 著降低污泥脫水的成本。 本文概述了國內(nèi)外污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的研究進(jìn)展， 分析了污 泥深度脫水和普通脫水的區(qū)別， 以期為污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)和深度脫水方法的選擇提供 關(guān)鍵詞： 污泥；化學(xué)調(diào)質(zhì)；深

2、度脫水1.前言活性污泥法處理污水過程中， 會(huì)產(chǎn)生大量的剩余污泥， 其體積約占處理水量 的 0.5%1.0%（以含水率 97%計(jì)）1 。隨著污水處理率的提高和處理程度的深化， 在污水處理過程產(chǎn)生的污泥量將大量增加。 污泥中含有大量病原菌、 重金屬含量 高、且易腐敗產(chǎn)生惡臭，如處置不當(dāng)，將引起嚴(yán)重的二次污染 2 。與填埋、堆肥 和焚燒等目前常用的處置方式相比， 用水泥窯來協(xié)同處置剩余污泥是一種非常理 想處置手段。 水泥窯的高溫避免了二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生， 污泥中的大量重金 屬被固定在水泥熟料中， 從而避免了其他方式處置不徹底， 存在二次污染等問題。一般污水處理廠出廠污泥的含水率在 80%85%，

3、含有大量水分。目前，用 水泥窯處置污泥的方式有兩種， 濕污泥直接入窯和濕污泥干化后入窯， 這些協(xié)同 處置方式均有工程實(shí)例。 重慶拉法基南山工廠將污水廠來的污泥直接泵入分解爐 中，由于污泥含水量大，為了避免破壞窯的熱工制度，污泥的處理量較小，約為 150t/d。濕泥干化后入窯可采用煙氣間接干燥或直接干燥。我院參與設(shè)計(jì)的北京 水泥廠污泥焚燒項(xiàng)目采用水泥廠高溫?zé)煔庀葘?duì)污泥進(jìn)行間接干燥， 然后投入回轉(zhuǎn) 窯中焚燒。我院設(shè)計(jì)的廣州越堡水泥公司水泥窯處置污泥項(xiàng)目則采用煙氣對(duì)污泥 進(jìn)行直接干燥，然后再入窯焚燒。濕泥干燥后，含水率降低到 30%以下，減少了支持本研究獲天津市市長(zhǎng)基金項(xiàng)目 大沽排污河底泥及城市污泥

4、處置集成技術(shù)研究及應(yīng)用水分對(duì)窯況的影響，污泥處理量顯著提高，以越堡為例，處置能力達(dá)730t/d。去除污泥中水分的過程是能量?jī)粝牡倪^程， 高能耗導(dǎo)致的高處理成本，成 為污泥深度脫水的瓶頸。特別是，含水率在55%65%之間的污泥，處于粘滯區(qū)域。此時(shí)，污泥粘性大，輸送和干燥的能耗電耗很高，也導(dǎo)致整個(gè)污泥干化過 程能耗電耗居高不下。如果能先將污泥脫水至含水率 55%以下，則可以大大降低 污泥干化的能耗，同時(shí)還可以采用水泥廠余熱發(fā)電出來的廢熱 （180C）作為干 化熱源，不但降低了污泥處置的成本，同時(shí)也降低了水泥生產(chǎn)的成本。污泥深度脫水是指對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理， 破除細(xì)胞壁，釋放結(jié)合水、吸附水和細(xì) 胞內(nèi)水，

5、改善污泥的脫水性能，使處理后的污泥含水率達(dá)到60%以下的脫水方式。 目前來說，比較現(xiàn)實(shí)可行的污泥深度脫水方式是化學(xué)調(diào)質(zhì)+機(jī)械脫水”污泥先經(jīng)化學(xué)調(diào)質(zhì)，使污泥中的間隙水和部分結(jié)合水釋放出來， 然后通過機(jī)械壓榨將水 分離出來。采用的壓榨設(shè)備最好是隔膜壓濾機(jī)或板框壓濾機(jī)，離心式和帶式壓濾機(jī)無法滿足低含水率要求。本文從污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的角度，對(duì)目前污泥深度脫水的 調(diào)質(zhì)方法加以總結(jié)和論述。2污泥中的水分污泥是由菌膠團(tuán)和懸浮固體形成的膠體結(jié)構(gòu)。 由于污泥顆粒表面特性和污泥 團(tuán)的結(jié)構(gòu)所決定，污泥顆粒表面吸附有各種荷電離子以及由微生物在其代謝過程 中分泌于細(xì)胞體外的胞外聚合物等。這些荷電離子和胞外聚合物具有很強(qiáng)的持

6、水性。污泥顆粒相互聚集組成污泥團(tuán)，形成許多的毛細(xì)孔道。圖1污泥中水分的分類毛須水圖2污泥膠體的雙電層結(jié)構(gòu)污泥中的水分按其狀態(tài)共分為四種（圖1）： （1）間隙水或游離水，間隙水是存在于污泥顆粒間隙中的游離水分， 一般占污泥總含水量的70%左右；（2）毛細(xì)水，毛細(xì)水是污泥顆粒之間或顆粒裂隙中由于毛細(xì)作用與污泥顆粒結(jié)合在一起 的水分，占總水量的 20%左右；（3）吸附水，吸附水是由于表面張力的作用吸附 在污泥顆粒表面的水分，由于污泥顆粒小，具有極強(qiáng)的表面吸附力； （ 4）結(jié)合水 或細(xì)胞水， 結(jié)合水是包含在污泥中微生物細(xì)胞內(nèi)的水分， 或無機(jī)污泥中金屬化合 物所帶的結(jié)晶水等， 只有改變污泥顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

7、才能將結(jié)合水分離， 結(jié)合水和 吸附水共占污泥中總含水量的10%左右 5。但這種劃分目前沒有定量測(cè)定的方法，因此在大多數(shù)對(duì)水分的定量測(cè)定中簡(jiǎn)單的將污泥中的水分劃分為自由水和束 縛水6,7。四種水分的結(jié)合強(qiáng)度依次為間隙水 毛細(xì)水 吸附水 結(jié)合水。間隙水理論上 容易脫除，可通過重力沉淀（濃縮壓密）而分離，但是由于污泥是有絮狀的膠體 集合而成，顆粒很細(xì)而且很軟，由于軟顆粒具有一定的壓縮性，當(dāng)外力增加時(shí)， 顆粒會(huì)在過濾介質(zhì)表面形成一層空隙非常小的膜， 從而使水很難通過， 脫水也就 顯得異常困難。 毛細(xì)水可通過施加離心力、負(fù)壓力等外力，破壞毛細(xì)管表面張力 和凝聚力的作用力而分離。吸附水可采用混凝方法，通過

8、膠體顆粒相互絮凝， 排 除附著在表面的水分。而毛細(xì)水，吸附水和結(jié)合水則較難去除， 特別是微生物細(xì) 胞內(nèi)的結(jié)合水，必須從細(xì)胞內(nèi)滲出才能去除 8。一般的污泥重力濃縮法和機(jī)械方 法僅能去除污泥中的間隙水和部分毛細(xì)水 9。污泥顆粒表面的吸附水和部分毛細(xì) 水，與污泥表面的結(jié)合力很強(qiáng)，無法用機(jī)械方法去除。因此研究污泥深度脫水， 應(yīng)將重點(diǎn)放在對(duì)毛細(xì)水、吸附水和結(jié)合水的去除上，有效改變污泥的化學(xué)、生化 學(xué)、物理特性是去除這兩部分水的重要方法。3.污泥的化學(xué)調(diào)質(zhì)3.1污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的作用污水廠污泥中的固體物質(zhì)主要是膠質(zhì)微粒， 與水的親和力很強(qiáng)， 若不作適當(dāng) 的預(yù)處理，脫水將非常困難。污泥顆粒帶有同性電荷， 它們之

9、間的靜電斥力阻止 微粒間彼此接近聚集成較大的顆粒； 其次，帶電荷的膠粒和反離子都能與周圍的 水分子發(fā)生水合作用，形成一層水化膜， 阻礙顆粒相互結(jié)合。 剩余活性污泥的含 水率一般在99.5%99.8%。經(jīng)過濃縮作用和機(jī)械脫水后，污泥的含水率仍高達(dá) 75%85%，解決不了污泥干化時(shí)消耗大量能量的問題10 o在污泥脫水前進(jìn)行的預(yù)處理， 稱為污泥調(diào)質(zhì)。 其作用是使污泥粒子改變物化 性質(zhì)，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，減少其與水的親和力，從而改善其脫水性能，現(xiàn)在 常用的方法有物理調(diào)質(zhì)和化學(xué)調(diào)質(zhì)兩大類。 物理調(diào)質(zhì)有凍融法、 超聲波法及熱調(diào) 質(zhì)等，化學(xué)調(diào)質(zhì)則主要向污泥中投加化學(xué)藥劑， 改善其脫水性能。 以上調(diào)質(zhì)方法

10、在實(shí)際中都有應(yīng)用，但以化學(xué)調(diào)質(zhì)為主， 原因在于化學(xué)調(diào)質(zhì)流程簡(jiǎn)單， 操作不復(fù) 雜，且調(diào)質(zhì)效果很穩(wěn)定。污泥的化學(xué)調(diào)質(zhì)就是要克服水合作用和電排斥作用， 通過改變污泥結(jié)構(gòu)， 以 提高其可脫水性。其途徑有二：第一是脫穩(wěn)、凝聚，脫穩(wěn)依靠在污泥中加入無機(jī) 鹽、離子型有機(jī)聚合物等混凝劑，使顆粒表面性質(zhì)改變并凝聚起來，即混凝；第 二是改善污泥顆粒間的結(jié)構(gòu)， 降低污泥的可壓縮性， 減少過濾阻力和過濾介質(zhì) （濾 布）堵塞，這類藥劑屬助凝劑或助濾劑 11 。3.2 化學(xué)調(diào)質(zhì)的機(jī)理如上所述， 污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)方法有混凝、助凝和助濾?；炷椭墙Y(jié)合 在一起的，沒有特別明顯的區(qū)分。助濾的機(jī)理很簡(jiǎn)單， 主要是增強(qiáng)濾餅的不可

11、壓 縮性，以降低過濾的阻力。這里介紹混凝的主要機(jī)理。按機(jī)理，混凝可分為壓縮 雙電層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕四種。（1）壓縮雙電層 由膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)可知（圖 2），反離子的濃度在膠粒表面最大，沿 著膠粒表面向外的距離呈遞減分布， 最終與溶液中的離子濃度相等。 當(dāng)向溶液中 投加電解質(zhì)， 溶液中的反離子濃度增高， 加入的反離子與擴(kuò)散層原有反離子之間 的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中， 從而使擴(kuò)散層厚度縮小， 反離子 更多地?cái)D入滑動(dòng)面與吸附層，使膠粒帶電荷數(shù)減少，Z電位降低。膠粒間的排斥力減小，距離減小，吸引力增大，膠粒得以迅速凝聚。（2）吸附電中和膠粒表面對(duì)異號(hào)離子、 異號(hào)膠

12、粒、鏈狀離子或分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈 的吸附作用，由于這種吸附作用中和了電位離子所帶部分電荷， 減少了靜電斥力， 降低了 E電位，使膠體的脫穩(wěn)和凝聚易于發(fā)生。當(dāng)三價(jià)鋁鹽或鐵鹽凝聚劑投量過 多，因?yàn)槟z粒吸附了過多的反離子，使原來的電荷變號(hào)，排斥力變大，從而發(fā)生 了再穩(wěn)定現(xiàn)象，混凝效果反而下降的現(xiàn)象，可以用吸附電中和的機(jī)理解釋。3）吸附架橋吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、 范德華力和氫鍵力等 作用下，通過活性部位與膠粒和細(xì)微懸浮物等發(fā)生吸附橋聯(lián)的過程。 高分子絮凝劑在膠粒表面的吸附取決于聚合物同膠粒表面二者化學(xué)結(jié)構(gòu)的 特點(diǎn)。 高分子絮凝劑因其線性長(zhǎng)度較大，當(dāng)它的一端吸附某一膠粒

13、后， 另一端又 吸附另一膠粒，在相距較遠(yuǎn)的兩膠粒間進(jìn)行吸附架橋，形成 “膠粒-高分子 -膠?！?的絮凝體。使顆粒逐漸變大，形成粗大絮凝體。高分子絮凝劑投加后，通常可能 出現(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象：高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；但投加過多， 會(huì)出現(xiàn)“膠體保護(hù) ”現(xiàn)象。（4）沉淀物網(wǎng)捕當(dāng)采用硫酸鋁、 石灰或氯化鐵等高價(jià)金屬鹽類作混凝劑時(shí)， 當(dāng)投加量大得足 以迅速沉淀金屬氫氧化物如 Al（OH）3、Fe（OH）3 或帶金屬碳酸鹽如 CaCO3 時(shí)，水中的膠粒和細(xì)微懸浮物可被這些沉淀物在形成時(shí)作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng) 捕。絮凝劑最佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多， 金屬凝聚劑投 加量越少。以上介紹

14、的混凝的四種機(jī)理，在水處理中往往可能是同時(shí)或交叉發(fā)揮作用 的，只是在一定情況下以某種機(jī)理為主而已。 低分子電解質(zhì)的混凝劑， 以雙電層 作用產(chǎn)生凝聚為主； 高分子聚合物則以架橋聯(lián)接產(chǎn)生絮凝為主。 故通常將低分子 電解質(zhì)稱為混凝劑，而把高分子聚合物單獨(dú)稱為絮凝劑。3.3污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)的藥劑和影響因素3.3.1化學(xué)調(diào)質(zhì)劑 污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)所加藥劑可以分為混凝劑、 助凝劑和助濾劑三類， 常見的混凝 劑如表 1 所示。（1）混凝劑化學(xué)調(diào)質(zhì)中的混凝劑可使溶膠脫穩(wěn)， 利于溶膠聚沉。 一般的混凝劑分為無機(jī) 混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑。無機(jī)混凝劑是一種電解質(zhì)化合物，主要有鋁鹽、 鐵 鹽及其高分子聚合物。 有機(jī)高分子絮凝

15、劑主要是聚丙烯酰胺及其衍生物， 根據(jù)所 帶電性可分為陽離子型，陰離子型，非離子型及兩性離子型。無機(jī)混凝劑主要通過電性中和， 壓縮雙電層，降低斥力電位，從而減少微粒 間的排斥能，達(dá)到聚沉的目的， 稱為凝聚作用。 有機(jī)高分子絮凝劑則主要利用高分子化合物能在分子上吸附多個(gè)微粒的能力，通過搭橋效應(yīng)將許多微粒聚集在 起，形成一些較大體積的松散絮團(tuán)，達(dá)到聚沉目的。表1常見混凝劑無機(jī)鋁系鐵系硫酸鋁，明磯，聚合氯化鋁，聚合硫酸鋁適宜5.58適宜511pH :pH :三氯化鐵， 聚合氯化鐵硫酸亞鐵，硫酸鐵，聚合硫酸鐵，陽離子型： 合物；聚丙烯酰胺，含氨基、業(yè)氨基的聚人工陰離子型：水解聚丙烯酰胺；有機(jī)合成非離子型

16、：聚丙烯酰胺；非離子型：兩性型：聚丙烯酰胺，聚氧化乙烯；天然淀粉、動(dòng)物膠、樹膠、甲殼素等；微生物絮凝劑最常用的無機(jī)混凝劑是鐵系或者鋁系鹽類。鋁鹽和鐵鹽的水解產(chǎn)物兼有凝聚 與絮凝作用的特性，在水處理混凝過程中投加鋁鹽與鐵鹽后就發(fā)生金屬離子水解 和聚合反應(yīng)過程，此時(shí)，水中膠粒能強(qiáng)烈吸附水解與聚合反應(yīng)的各種產(chǎn)物。被吸附的帶正電荷的多核絡(luò)離子能夠壓縮雙電層、降低z電位，使膠粒間最大排斥勢(shì) 能降低，從而使膠粒脫穩(wěn)，這些都屬凝聚作用。但如果一個(gè)多核聚合物為兩個(gè)或 兩個(gè)以上的膠粒所共同吸附，則這個(gè)聚合物就能將兩個(gè)或多個(gè)膠粒粘結(jié)架橋，這些屬于絮凝作用，絮凝作用的擴(kuò)大就逐步形成絮凝體（也稱磯花），從而完成整個(gè)混

17、凝過程。與硫酸鋁相比，三氯化鐵具有適用 pH值范圍較寬，形成的絮凝體 密實(shí)，處理低溫低濁水的效果好等優(yōu)點(diǎn)，但三氯化鐵腐蝕性較強(qiáng)。希莫以FeCb和Al2（ S04）3為混凝劑，通過測(cè)定污泥過濾的比阻，確定混凝劑的最佳添加量。 結(jié)果表明，同等加入量時(shí)加 FeCl3的污泥比阻較加Al 2 （S04）3的低，二者的最 佳添加量為7.9%和16.6% （占污泥干重）12。Fe2+只能生成簡(jiǎn)單的單核絡(luò)合物， 因此，不如三價(jià)鐵鹽那樣有良好的混凝效果。 殘留于水中的Fe2+會(huì)使處理后的水 帶色，當(dāng)水中色度較高時(shí)，F(xiàn)e2+與水中有色物質(zhì)反應(yīng)，將生成顏色更深的不易沉 淀的物質(zhì)。當(dāng)使用二價(jià)鐵鹽如硫酸鐵作為混凝劑劑時(shí)

18、，一般與氧化劑如氯氣或雙 氧水同時(shí)使用，先將二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵，然后再起混凝作用13。無機(jī)高分子混 凝劑常用的有聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵等，但用于污泥脫水研究的很少。與無機(jī)小分子混凝劑相比，無機(jī)高分子混凝劑對(duì)堿度降低少。 無機(jī)小分子混凝劑必須和 氧化鈣等助凝劑組合使用，以氧化鈣中和反應(yīng)產(chǎn)生的酸度。有機(jī)高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺 （PAM）的衍生物。當(dāng)對(duì)污泥脫水率要 求不高時(shí)（脫水后含水率 80%），有機(jī)高分子絮凝劑的效果要優(yōu)于無機(jī)混凝劑， 且用量較后者低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 此外，有機(jī)高分子絮凝劑幾乎不會(huì)引起堿度的 變化。一般情況下， 有機(jī)高分子絮凝劑藥劑濃度配制在 0.010.02%時(shí)，調(diào)質(zhì)效果

19、 較好，因?yàn)榈蜐舛葧r(shí)藥劑易溶解， 且大分子鏈能充分伸展開來， 充分發(fā)揮吸附架 橋作用。污泥膠體的表面帶負(fù)電荷， 因此用于污泥脫水時(shí)， 陽離子型聚丙烯酰胺的效 果要優(yōu)于陰離子型和非離子型 14。王蓉 15研究了陽離子、陰離子以及非離子和 兩性離子型聚丙烯酰胺共 25 種的污泥脫水性能。結(jié)果表明：以濾液體積和濁度 為指標(biāo)，五種陽離子型和一種兩性型 PAM 效果最好， 陰離子、非離子型 PAM 藥 劑調(diào)理化學(xué)混凝污泥的效果均不理想； 各種藥劑都有其最佳作用范圍， 投加量過 高或過低都會(huì)導(dǎo)致脫水性能的降低。 最佳調(diào)理藥劑應(yīng)該能全面改善化學(xué)混凝污泥 的脫水速率和脫水程度， 而不僅只是改善某一方面。 而楊

20、興濤 16等研究了陽離子 型 PAM 和陰離子型 PAM AN934 PWG 對(duì)污泥脫水性能的影響。 卻發(fā)現(xiàn)陰離子型 PAM 能有效改善污泥的脫水性能， 且投加量較陽離子型 PAM 低。原因是選擇的 PAM 的分子量不同，其所研究的陽離子型 PAM 的分子量為 1000 萬，而陰離子 型 PAM 的分子量為 1300 萬1600萬。眾所周知，有機(jī)絮凝劑的作用主要是吸附 架橋，分子量越大，該作用就越明顯 17。在比較不同離子型 PAM 的污泥脫水效 果時(shí)，應(yīng)選擇相近的分子量的PAM。Lee和Liu18將兩種高分子絮凝劑結(jié)合使用 對(duì)污泥調(diào)質(zhì)，污泥的絮體結(jié)構(gòu)較僅使用一種強(qiáng)，且可一定程度避免藥劑過量。

21、大量實(shí)踐證明， 要達(dá)到好的污泥脫水效果， 常常需要將無機(jī)混凝劑和有機(jī)絮 凝劑結(jié)合使用。趙立志等 19研究了無機(jī)混凝劑與聚丙烯酰胺系列有機(jī)絮凝劑在處 理廢水中的協(xié)同作用。結(jié)果表明：在處理鉆井廢水時(shí)，F(xiàn)eCb與PAM系列絮凝劑 復(fù)合使用處理效果優(yōu)于單純使用 FeCb的處理效果；為達(dá)到較好的處理效果，應(yīng) 先加無機(jī)混凝劑； PAM 相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)大于 500 萬，才能有比較好的絮凝效果。 劉立華 20等對(duì)二甲基二烯丙基氯化銨與聚合硫酸鐵單獨(dú)及組合使用時(shí)污泥的脫 水性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明，二者復(fù)配對(duì)污泥比阻的降低和濾液濁度與 COD 的 去除效果最好， 二者組合使用時(shí)， 所需用量?jī)H為單獨(dú)使用的一半。 林

22、紅藝 21采用 聚合氯化鋁鐵與 PAM 復(fù)合絮凝劑進(jìn)行脫水調(diào)理試驗(yàn)，污泥含水率可從 91.8降 至 86.8，污泥體積則由原先的 45降至 28。復(fù)合藥劑無機(jī)與有機(jī)的最佳配 比（質(zhì)量比）為100: I;而且在相同的處理?xiàng)l件下，采用復(fù)合絮凝劑不但較大幅 度提高處理效果，而且藥劑成本比單一采用無機(jī)藥劑有所降低。 孔樂等 22采用“陽 離子聚丙烯酰胺 +鐵鹽”和“石灰（氫氧化鈣） +鐵鹽”不同的加藥方案，在移動(dòng) 式板框脫水機(jī)上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明陽離子 PAM 可以大幅度提升設(shè)備處理 能力。在相同的設(shè)備條件和運(yùn)行周期下，陽離子 PAM 產(chǎn)生的泥餅更干，處理泥 量比用石灰加藥時(shí)提高 20以上。結(jié)果顯

23、示陽離子聚丙烯酰胺和鐵鹽聯(lián)用，一 般情況下泥餅含固率高于 40，最高能達(dá)到 52?！拌F鹽 +陽離子聚丙烯酰胺” 方式比“鐵鹽 +石灰”方式雖然絮凝劑部分的成本偏大，但泥餅增容小。（ 2）助凝劑和助濾劑 凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學(xué)藥劑均可稱為助凝劑。 助凝劑本身可 以起凝聚作用，也可不起凝聚作用， 但與混凝劑一起使用時(shí)， 它能促進(jìn)水的混凝 過程，產(chǎn)生大而結(jié)實(shí)的礬花。 助凝劑可以分成: 酸、堿類，用以調(diào)整水的 pH 值， 籍以控制良好的反應(yīng)條件，最常用的是石灰;絨粒核心類， 用以增加礬花的骨架 材料和改善礬花的結(jié)構(gòu)， 加大礬花的粒度和結(jié)實(shí)性， 如粉煤灰， 木屑，活化硅酸， 粘土或沉泥等;

24、氧化劑類，可用來破壞起干擾作用的有機(jī)物，如投加表面活性劑 CI2、O3 等。用硫酸對(duì)活性污泥進(jìn)行脫水前預(yù)處理， 可使污泥中水分分布發(fā)生有利于機(jī)械 脫水的變化， 即結(jié)合水含量減少、 可脫水程度增大， 從而改善活性污泥脫水效果。 只加陽離子 PAM 對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，然后經(jīng)過板框壓濾脫水后泥餅含水率為 76.14%，經(jīng)過酸化預(yù)處理后再加陽離子 PAM 可以使泥餅含水率降至 70.24%。不 管是過濾脫水還是離心脫水過程， 酸處理對(duì)污泥脫水速率沒有太大影響， 卻可以 提高污泥可脫水程度 23 。表面活性劑通過作用于污泥絮體中的胞外聚合物（ECP），增溶作用可溶解有高度水合作用的 ECP。使污泥絮體結(jié)構(gòu)

25、分散解體， 釋放出原絮體內(nèi)部的結(jié)合水2426。污泥進(jìn)行酸處理時(shí)，H+與污泥的結(jié)合，改變 了污泥的表面電荷特性，促進(jìn)了污泥絮體間進(jìn)一步的絮凝，使 ECP 發(fā)生水解， 降低了絮體對(duì)水的親和力， 從而提高污泥的可脫水程度 27。毛細(xì)水占污泥中水分的比例很小，因此， 無論是酸或表面活性劑對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理， 提高污泥脫水性 的能力相對(duì)有限， 必須結(jié)合其他的調(diào)質(zhì)過程 28。但同時(shí)應(yīng)該明確的是， 酸處理或 表面活性劑預(yù)處理過程會(huì)引起濾液 COD 的升高29 。生石灰的作用不僅僅是調(diào)節(jié) pH，而且也可以像粉煤灰等一樣，作為污泥磯 花的骨架材料，改善礬花的結(jié)構(gòu)，增加礬花的粒度，降低濾餅可壓縮性。通過透 射電鏡觀

26、察經(jīng)氯化鐵和氧化鈣調(diào)質(zhì)的污泥的結(jié)構(gòu)， 發(fā)現(xiàn)氯化鐵和氧化鈣都具有骨 架作用 30 。黃蘭31將粉煤灰及酸化粉煤灰按 10投加， 既可改善污泥脫水性能， 又可減少脫水過程中磷和氨氮隨污泥脫水濾液的流失。 楊斌等 32進(jìn)行污泥脫水的 粉煤灰（含粗、細(xì)） 、生石灰投加實(shí)驗(yàn)。單獨(dú)投加實(shí)驗(yàn)表明，在投量10g/100ml時(shí)，細(xì)粉煤灰能使比阻值降低 91.8%，效果稍次于生石灰；且細(xì)粉煤灰降低泥餅 含水率的效果最好。聯(lián)合、單獨(dú)投加對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，投量 10g/100ml 時(shí)，粉煤灰 與生石灰以 1：1（質(zhì)量比）聯(lián)合投加降低比阻值達(dá) 99.8%，效果好于二者單獨(dú)投 加，但聯(lián)合投加降低泥餅含水率的效果不如單獨(dú)投加粉

27、煤灰， 僅與生石灰的效果 相當(dāng)。污泥不經(jīng)調(diào)質(zhì)過程，直接進(jìn)行脫水，在高的壓力下，致使濾餅中的濾液流 動(dòng)通道縮小，濾液的流動(dòng)阻力急劇增大，透水性變的極差。 污泥的非常大得可壓 縮性，使得想要達(dá)到較低的含水率是不現(xiàn)實(shí)的。 當(dāng)在污泥中添加粉煤灰類物質(zhì)后， 在脫水過程中能形成多孔餅層的剛性顆粒， 使濾餅有良好的滲透性及較低的流體 阻力，從而降低泥餅的含水率 33 。因此，嚴(yán)格意義上講， 粉煤灰類物質(zhì)更像是助 濾劑而不是助凝劑。 一般來說，此類物質(zhì)的用量均比較大， 會(huì)引起比較明顯的 “增 容”作用 34，還有“稀釋”作用大于 “調(diào)質(zhì)”作用之嫌。3.3.2影響化學(xué)調(diào)質(zhì)的因素影響調(diào)質(zhì)效果的因素比較復(fù)雜，主要包

28、括：包括水溫、pH、污泥性質(zhì)和濃度、混凝劑的種類投加量、絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。王昭君和閨洪坤35采用陽離子型PAM （分子量約1200萬、離子度60%）, 研究了污泥濃度，溫度，藥劑濃度及污泥有機(jī)份對(duì)污泥脫水絮凝劑投加量的影響。 結(jié)果表明：當(dāng)污泥濃度在一定范圍內(nèi)時(shí)?？梢赃_(dá)到較穩(wěn)定的處理效果，若污泥濃 度增加過高，則投配率上升，且處理效果變差，溫度升高，處理效果改善，夏季 運(yùn)行時(shí)的絮凝劑投加量小于冬季。污泥有機(jī)份對(duì)投配率影響較大，有機(jī)份升高， 投配率增大。鄭懷禮等36研究了陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）調(diào)質(zhì)濃縮污泥脫水 的一些影響因素，如藥劑投加量、污泥 pH 值、環(huán)境溫度、攪拌條件等。探討了

29、 污泥絮凝脫水機(jī)理。研究表明： CPAM 作為濃縮污泥脫水劑，在優(yōu)化投加量下、 污泥 pH 值 5.07.5、低速攪拌時(shí)， 有較好的脫水效果。 環(huán)境溫度夏天優(yōu)于冬天處 理。王志東 37在研究無機(jī)和有機(jī)絮凝劑投加到剩余污泥的次序時(shí)發(fā)現(xiàn)， 先投加無 機(jī)絮凝劑再投加有機(jī)絮凝劑污泥的脫水效果顯著。水溫控制2030C為宜，溫度過低混凝劑的水解速度慢，混凝效果明顯降低， 生成的絮體小而松散，不易沉降；溫度過高（35C）又會(huì)破壞絮體結(jié)構(gòu)，使絮 體變?yōu)樗閴K漂浮。目前大多數(shù)鋁系、鐵系的機(jī)絮凝劑偏酸性；而 PAM 則偏堿性，兩者對(duì) pH 值都有一定的要求。污水的pH值在8.5以上時(shí)就會(huì)影響有機(jī)高分子的水解作用，

30、也影響其絮凝效果。而從鋁系、鐵系的水解反應(yīng)可知，每一個(gè)水解過程都與 H+ 有關(guān)，試驗(yàn)表明污泥混凝脫水最佳 pH=6.58.0?；炷^程需要經(jīng)混合和絮凝兩個(gè)階段。在混合階段并不要求形成大的絮體， 當(dāng)混凝劑投入水中后就需激烈攪拌以使藥劑迅速而均勻地?cái)U(kuò)散到水中 （所謂快速 混合），在絮凝階段則要求水力紊動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，并延長(zhǎng)停留時(shí)間，以創(chuàng)造足 夠的使絮體之間產(chǎn)生更多的碰撞機(jī)會(huì)和良好的吸附條件， 使微小的初級(jí)絮體繼續(xù) 凝聚成為大絮體而沉降。這就是混凝工藝對(duì)水力條件的要求。復(fù)合混凝劑是由無機(jī)混凝劑、 助凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑的組合， 對(duì)污泥中 的有機(jī)物所構(gòu)成的分散系具有破壞其雙電層結(jié)構(gòu)的高效絮凝作用。

31、但當(dāng)有機(jī)高分 子絮凝劑過早地與無機(jī)混凝劑混合時(shí)會(huì)使有機(jī)高聚物凝固而喪失其絮凝作用， 特 別是鐵鹽和 PAM 的衍生物聯(lián)合使用時(shí)，由于鐵會(huì)引起 PAM 降解，更應(yīng)特別注 意。因此兩種混凝劑不能同時(shí)在同一地點(diǎn)投加， 而必須分批加入才能充分發(fā)揮無 機(jī)與有機(jī)兩種混凝劑各自的作用。4.污泥深度脫水與普通脫水不同 目前，污泥深度脫水與普通脫水并沒有明顯的界定。 從污水處理廠經(jīng)調(diào)質(zhì)壓 濾后，污泥的含水率在 80%左右。只有將污泥的含水率降至 60%以下，才屬于 深度脫水的范疇?？梢匀藶橐?60%的含水率脫水效果作為界定污泥深度脫水和普 通脫水的分界點(diǎn)。由于環(huán)保政策的要求， 國內(nèi)對(duì)污泥脫水的研究多集中在普通脫

32、水， 而對(duì)深度 脫水關(guān)注較少。在普通脫水時(shí)的一些研究結(jié)論并不能完全適用于深度脫水。 比如， 在污泥普通脫水時(shí)，認(rèn)為 PAM 類高分子有機(jī)絮凝劑的效果和脫水成本遠(yuǎn)低于無 機(jī)混凝劑， 但對(duì)于污泥深度脫水， 使用有機(jī)高分子絮凝劑是不可能達(dá)到低含水率 要求的。有機(jī)高分子絮凝劑能加速污泥的沉降， 但對(duì)污泥自由水的含量影響不大， 因此，無法提高污泥的脫水程度 38 。深度脫水則必須要使部分毛細(xì)水和結(jié)合水變 成自由水，否則無法滿足低含水率的要求。 此外， 有機(jī)高分子絮凝劑主要作用是 架橋絮凝作用， 使污泥絮體盡可能的增大并沉降下來， 但增大的污泥絮體也會(huì)使 更多的水分包含在絮體中， 不易被脫除 39 。從這

33、個(gè)角度講， 有機(jī)高分子絮凝劑反 而對(duì)深度脫水是不利的。因此， 在污泥深度脫水時(shí)，鐵鹽和石灰的組合要更優(yōu)于高分子絮凝劑。 目前 用于深度脫水的配方也都是以鐵鹽 +生石灰的組合為主。廣州普得環(huán)保 7對(duì)已脫 水泥餅進(jìn)行二次深度脫水，調(diào)質(zhì)添加劑含 FeT鹽0.32%和Ca2+鹽0.55%。首先 將污泥稀釋為含水 90%，按濕基比例，先加入鐵鹽，攪拌若干分鐘后，再加入鈣 鹽，攪拌后采用板框機(jī)在 1.52.5MPa 下保壓 3070 分鐘，可脫水至含固率 3545%。謝小青等40以FeCb和CaO對(duì)污泥，進(jìn)行調(diào)質(zhì)，然后采用高壓隔膜廂 式壓濾機(jī)研究污泥的深度脫水效果，結(jié)果表明， 污泥經(jīng)深度脫水后， 泥餅含水

34、率 <60。調(diào)質(zhì)過程提高了泥餅的透氣性，自然放置7d 后，含水率可進(jìn)一步降至45左右，且泥餅基本無臭味。 20d 后泥餅含水率降至 14.5%。污泥普通脫水最 常用的帶式壓濾機(jī)和離心式脫水機(jī)不能深度脫水的要求， 深度脫水一般都采用板 框壓濾機(jī)或者隔膜壓濾機(jī)。 總而言之，污泥的深度脫水和普通脫水有很多的不同， 對(duì)污泥普通脫水時(shí)得到的一些結(jié)論或研究成果，用于深度脫水時(shí)要謹(jǐn)慎對(duì)待。5.結(jié)語我國污泥產(chǎn)生量已達(dá)到 3000， 0000噸/年（以含水率 80%計(jì)），如果污泥通 過干化使含水率降至 30%，則需要大量的能耗和電耗。采用化學(xué)調(diào)質(zhì) +機(jī)械壓濾 的方式先將污泥含水率降到 55%以下，避開污泥

35、的粘滯區(qū)， 再采用廢煙氣余熱進(jìn) 行干化， 則可以顯著降低污泥脫水的成本。但是， 必須認(rèn)識(shí)到采用化學(xué)調(diào)質(zhì)對(duì)污 泥進(jìn)行深度脫水是一個(gè)新的課題， 需要大量的實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐， 才能實(shí)現(xiàn)污 泥的成本最優(yōu)處置。參考文獻(xiàn)1高健磊，閆怡新，吳建平等 . 城市污水處理廠污泥脫水性能研究 . 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2008, 31 (2): 108111.2 林紅藝.城市生活污泥化學(xué)混凝脫水的研究.化工技術(shù)與開發(fā)，2010, 39( 8) : 5963.3 胡芝娟，李海龍，趙亮等利用水泥窯協(xié)同處置廢棄物技術(shù)研究及工程實(shí)例中國水泥，2011，4 (增)：103109.4 趙培濤，牟占杰，張長(zhǎng)飛等旋轉(zhuǎn)導(dǎo)熱污泥干燥粘滯區(qū)

36、特性實(shí)驗(yàn)研究化工裝備技，2010， 31 (1)： 812. 黃瑛，趙培濤，袁凌飛 一種污泥深度脫水的方法中國專利.CN 101863611A，2010.6 鄧文義，李曉東，王飛等.不同污泥的水分分布特性研究.第二屆城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國際研討會(huì)，2007： 641645.7 荀銳，王偉，喬瑋.水熱改性污泥的水分布特征與脫水性能研究.環(huán)境科學(xué)，2009，30( 3)： 851855.8 李雷，楊海英，黃智賢等.污泥深度脫水的添加劑.中國專利.CN 1962495A，2007.9 陳嘉愉，吳學(xué)偉.污水污泥有機(jī)調(diào)質(zhì)濃縮和無機(jī)調(diào)質(zhì)脫水工藝研究.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009，3( 3)： 529532.10 柴朝暉

37、，楊國錄，劉林雙等.污泥機(jī)械脫水前處理方法研究進(jìn)展.2010,8( 5):157161.11 楊岳平，徐新華，劉傳富.廢水處理工程及實(shí)例分析M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002,121122.12 希莫，張永利.不同混凝劑作用下的污泥性能研究.當(dāng)代化工，2010,39(3): 255258.13 ErikAndersson,VedranMalkoc . Dewateringofsludge.http:/www.chemeng.lth.se/exjobb/E087.pdf .14 C. H. Lee， M and J., C. Liu. Enhanced sludge dewatering by

38、dual polyelectrolytes conditioning . Water Research,2000,34(18):44304436 .15 王蓉.絮凝劑對(duì)化學(xué)混凝污泥脫水性能的改善研究.四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010， 23 (2)： 206208.16 楊興濤，趙建偉，李榮光等.陰離子型PAM在水廠污泥脫水中的應(yīng)用.供水技術(shù)，2007， 1 (4): 3436.17 郝秋霞.陽離子聚丙烯酰胺用于污泥脫水的研究 .科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)， 2010，20(23)： 175177.18 Lee C.H.,Liu J.C. Sludge dewaterability and f

39、loc structure in dual polymerconditioning . Advances in Environmental Research,5(2),2001:129136 .19 趙立志，杜國勇，馮英等 . 水處理中的無機(jī)混凝劑與有機(jī)絮凝劑的協(xié)同作用. 化工時(shí)刊， 2005，19（1）： 2125.20 劉立華，龔竹青 . 聚二甲基二烯丙基氯化銨 聚合硫酸鐵復(fù)合絮凝劑對(duì)污泥的脫水性能. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備， 2006，7（ 7）：7782.21 林紅藝 . 城市生活污泥化學(xué)混凝脫水的研究 . 化工技術(shù)與開發(fā)， 2010，39（8）：5961.22 孔樂，范軍，錢培金等

40、.陽離子聚丙烯酰胺在板框脫水機(jī)上應(yīng)用的研究. 能源環(huán)境保護(hù)， 2009，23（ 5）：2730.23 何文遠(yuǎn)，楊海真，顧國維 . 酸處理對(duì)活性污泥脫水性能的影響及其作用機(jī)理. 環(huán)境污染與防治， 2009， 28（9）：680383.24 Yinguang Chen,Haizhen Yang,Guowei Gu.Effect of acid and surfactant treatment on activated sludge dewatering and settling.Water Research,2001,35（11）:26152620.25 蔣波，傅佳駿，蔡偉民 .陽離子表面活性劑改善污泥脫水性能的機(jī)理研究 . 中國給水 排水， 2006， 22（ 23）：5965.26 陳銀廣，楊海真，吳桂標(biāo)等 . 表面活性劑改進(jìn)活性污泥的脫水性能及其作用機(jī)理 . 環(huán) 境科學(xué)， 2000， 21（5）：97100.27 袁園，楊海真 .表面活性劑及酸處理對(duì)污泥脫水性能影響的研究. 四川環(huán)境， 2003，22（ 5）：17.28 吳桂標(biāo)，楊海真，陳銀廣等 . 表面活性劑對(duì)污泥沉降及脫水性能的影響. 中國給水排水， 200