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混凝调理印染污泥脱水研究 张砾文罗建中邓俊强刘敏强 广东工业大学环境与工程学院， 广州 510006 摘要 通过对佛山市某工业园集中式印染污水处理厂的污泥进行调查和研究， 分别考察了单独使用聚合氯化铝 PAC 、 聚丙烯酰胺 CPAM 以及两种混凝剂联合使用调理印染污泥效果。实验表明 使用单一调理剂 PAC、 CPAM 时， 污泥离心脱水后含水率分别为 89. 02和 84. 88。经真空抽滤， 测得污泥比阻为 3. 46 1012， 0. 687 1012m/kg， 所得泥饼含水率分别为 77. 04和 75. 24。使用两种混凝剂联合调理印染污泥， 离心后污泥含水率为 86. 18。真 空抽滤脱水后， 污泥比阻为 6. 007 1012m/kg， 滤饼含水率为 75. 28。因此针对该污水厂产生的印染污泥， 优选投加 CPAM， 投加量为 50 mg/L。 关键词 印染污泥; 脱水; 混凝剂; 含水率; 比阻 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201407002 DEWATEＲING OF DYEING SLUDGE BY COAGULATION CONDITIONING Zhang LiwenLuo JianzhongDeng JunqiangLiu Minqiang Environmental Science and Engineering College，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China AbstractThe problem of the dyeing sludge for the centralized printing and dyeing sewage treatment were analyzed and discussed． Polyaluminium chloride PACand cationic polyacrylamide CPAMand combined both of them to improve dewatering ability of dyeing sludge，and the best optimal dosage of coagulant were studied in the experiment． The results showed that when using single conditioner PAC、 CPAMfor the centrifugal dewatering，the moisture contents were 89. 02 and 84. 88． After vacuum filtration the specific resistance were reduced to 3. 46 1012m/kg and 3. 46 1012m/kg，and water content of filter cake decreased to 77. 04 and 75. 24 by pumping． Using dual conditioners，the result showed that the moisture content was 86. 18 by centrifugal dewatering． The specific resistance was 6. 007 1012m/kg and water content of filter cake decreased to 75. 28 by pumping． Since the CPAM showed the best effect of dyeing sludge，it was selected for sludge conditioning for this centralized printing and dyeing sewage plant． Keywordsdyeing sludge;dewatering;coagulant;moisture content;specific resistance 收稿日期 2013 －09 －11 0引言 印染行业所产生的废水， 约占工业废水总排放量 的 1/10。据不完全统计， 我国每年约有 7. 2 108m3 印染废水排入水环境， 是当前最主要的水体污染源之 一 ［1 ］。目前， 印染废水的处理方法还是普遍以生物 法为主， 生物法处理效果较好， 但同时会产生大量的 剩余污泥， 产生污泥量约占处理水量的 0. 5 左右 以含水率为 97计 ; 污水处理厂中， 处理污泥的费 用约占运行总费用的 20 ～50， 甚至高达 70［2 ］， 使得纺织印染企业需要在该方面投入过多的资金， 却 不一定取得较好的处理效果， 这已经成为制约纺织行 业发展的一大重要因素。因此有必要对印染污泥的 性质以及污泥含水率进行研究［3- 4 ］。整个污泥处理系 统中， 脱水是最重要的污泥减量化手段， 进行脱水之 前， 需要进行污泥调理， 改变污泥的组织结构， 减小污 泥的黏性， 降低污泥比阻。但在实际生产中， 污水厂 加入过多的调理剂对污泥进行调理， 反而会降低污泥 脱水性能， 所以， 找到适合印染污泥脱水的调理剂以 及最佳的调理剂的投加量是至关重要的。 1佛山市某工业园集中式印染污水处理厂污泥概况 佛山市某工业污水处理厂集中处理工业园区 20 多家牛仔服装加工企业排放的浆染及牛仔洗水， 每日 处理水量 4 万 t。每日产生的污泥经过重力浓缩后含 6 环境工程 Environmental Engineering 水率为97. 2 ～97. 7， 污泥量为2 000 m3。浓缩污 泥进行加药调理后， 由带式压滤机进行机械脱水， 该 厂的污泥处理工艺如图 1 所示。 图 1污泥脱水工艺流程 Fig．1Flow chart of dewatering of dyeing sludge treatment process 2实验部分 2. 1实验原料 实验污泥 印染污泥样品取自佛山市某工业污水 处理厂污泥浓缩池， 污水处理厂采用水解酸化 － 生物 接触氧化工艺处理浆染废水及牛仔洗水。浓缩池污 泥静置沉淀 24 h 后得到实验用泥。印染污泥性质如 表 1 所示。 表 1污泥基本特征 Table 1The basic characteristics of the sludge pH ρ MLSS / g L －1 ρ COD / mg L －1 ρ 氨氮 / mg L －1 含水率/ 比阻/ 1012m kg －1 6. 9319. 99703. 656. 1297. 3911. 37 注 COD 和氨氮的测定由污泥浸出液测得， 浸出液获得方法见 HJ 5572009［5 ］。 化学试剂 聚合氯化铝 PAC ， 实验时浓度分别 配成 2， 3， 3. 75， 4. 5， 5. 25， 6， 7. 5 g/L。阳离子聚丙烯 酰胺 CPAM ， 实验时浓度分别配成 25， 40， 50， 75， 100， 125， 150 mg/L。水是去离子水， 其他化学药品为 分析纯试剂。 主要仪器 D90- 2F 电动搅拌机， PS- WN- 066 污泥 比阻测定实验装置， TDL- 40B 台式离心机， 202- AON 电热恒温干燥箱， PHS- 3C 精密 pH 计以及实验室常 用仪器。 2. 2实验方法 2. 2. 1混凝剂调理污泥 1 单一混凝剂实验 从污泥浓缩池取一定量污泥 于250 mL 烧杯中， 每个烧杯倒入200 mL 污泥水样， 加 入不同浓度调理剂， 使用 D90- 2F 电动搅拌机进行搅 拌， 先以 180 r/min 的转速搅拌 1 min， 改变转速为 80 r/min再搅拌2 min 使药剂与污泥水样充分混合， 进 行后续的离心脱水实验以及混合液的比阻实验。 2 两种混凝剂实验 取一定量污泥浓缩池污泥 于 250 mL 烧杯中， 每个烧杯倒入 200 mL 污泥水样， 先加入一种污泥调理剂， 使用 D90- 2F 电动搅拌机进 行搅拌， 先以 180 r/min 的转速搅拌 1 min， 再加入另 一种污泥调理剂， 以 180 r/min 搅拌 1 min， 之后以 80 r/min搅拌 2 min， 使之充分混合并反应， 之后进行 离心脱水实验以及混合液的比阻实验。 2. 2. 2污泥样品脱水实验 1 污泥离心脱水实验 将之前已经加入调理剂 调理好的污泥样品， 倒入离心杯中， 在 TDL- 40B 台式 离心机里以 3 500 r/min 转速下离心 10 min， 倒出离 心杯中的上清液， 取出杯底的滤饼， 测出滤饼含水率。 2 污泥比阻实验 取 100 mL 已经调理好的污泥 样品倒入烧杯中， 参照污泥比阻实验装置 ［6 ］， 真空抽 滤脱水至无水滴 真空度不变 ， 记录不同时间 t 以及 相对应的滤液体积 V， 以 V 为横坐标， t/V 为纵坐标， 用图解法求出斜率 b， 计算污泥比阻 γ， 并测出相应的 滤饼的含水率。污泥比阻是表示污泥过滤性的综合 性指标， 反应了污泥的脱水性能。污泥比阻越大， 过 滤性能越差， 反之过滤性能越好。 γ 2PF2b μc 式中 P 为过滤时压强降， g/cm2; F 为介质过滤面积， cm2; b 是图解法求出 t/V 与 V 形成的直线的斜率; μ 为 滤液黏滞系数， N/ S m2 ; C 为滤液产生滤饼干质量， g/mL， 根据污泥以及滤饼中的干污泥量计算得出。 3结果与讨论 3. 1聚合氯化铝 PAC 单独调理污泥 分别对 8 个烧杯的污泥样品加入不同浓度的 PAC 进行实验， 图 2 表示为污泥样品进行调理过后， 污泥比阻随着 PAC 投加量的变化关系。图 3 则表示 污泥投加了调理剂 PAC 之后， 污泥含水率以及抽滤 脱水后泥饼含水率的改变。 图 2 PAC 的投加量对污泥比阻的影响 Fig．2The effect of PAC dosage on the specific resistance to filtration 7 水污染防治 Water Pollution Control 图 3 PAC 投加量对污泥含水率及滤饼含水率的影响 Fig．3Effect of PAC on sludge moisture content and the moisture content of sludge cake 图 2 表明投加 PAC 有助于降低污泥比阻， 且有 利于污泥脱水。图 3 得出， 投加 PAC 也会降低污泥 离心后的含水率以及滤饼含水率。当 PAC 投加量在 3 ～3. 75 g/L 时， 污泥的比阻最小， 且污泥离心脱水的 含水率与污泥滤饼的含水率均最小。此时污泥比阻 为 3. 46 1012m/kg， 污泥离心脱水后含水率为 89. 02， 污 泥 滤 饼 的 含 水 率 从 83. 83 减 小 到 77. 04。之后， 随着 PAC 投加量的增加， 污泥的比 阻也随之增大， 脱水效果变差。主要是因为 PAC 是 阳离子型的电解质， 利用其正电的水解产物可以吸附 在带负电的污泥表面， 但过量 PAC 会使污泥表面带 正电， 从而失去 PAC 与污泥颗粒发挥电中和的优势。 因此， 污泥的比阻增大， 脱水性能变差 ［7 ］。从实验现 象来看， 加入 PAC 对污泥絮体的形成影响不大， 肉眼 几乎看不到污泥絮体的形成。 3. 2阳离子聚丙烯酰胺 CPAM 单独调理污泥 分别对 7 个烧杯的污泥样品加入不同浓度的 CPAM 进行实验， 图 4 为污泥样品经过 CPAM 调理之 后， 污泥比阻随 CPAM 投加量的改变。图 5 则表示， 投加了 CPAM 之后， 污泥离心脱水的含水率以及污泥 抽滤脱水后泥饼含水率的改变。 图 4 CPAM 对污泥比阻的影响 Fig．4The effect of CPAM dosage on the specific resistance to filtration CPAM 对污泥比阻和含水率的减小均有明显效 果， 通过比阻和污泥含水率的变化趋势来看， CPAM 的最佳投加量在 50 mg/L。此时污泥比阻为 0. 687 1012m/kg， 离心及真空抽滤后滤饼的含水率分别为 图 5CPAM 投加量对污泥含水率及滤饼含水率的影响 Fig．5Effect of CPAM on sludge moisture content and the moisture content of sludge cake 84. 88、 75. 24。当投加少量 CPAM 时就可以观察 到污泥结团， 这是因为污泥带有负电荷， 而 CPAM 带 有很高的电荷密度， 容易与污泥发生电性中和， 因而 结团。当污泥投加过量的 CPAM 时， 污泥又带上正电 荷， 重新相互排斥而失稳， 使其脱水性能降低 ［8 ］。已 形成的这些絮体将包裹其周围的部分游离水结合成 更大的团粒， 这种团粒含有大量的游离水， 脱水困难， 滤饼含水率升高［9 ］。 3. 3两种絮凝剂复合调理污泥 先在污泥中加入 PAC 溶液， 质量浓度保持在 3. 75 g/L 不变。以180 r/min 的转速搅拌1 min， 之后 加入 CPAM 溶液， 其投加量分别为 0， 25， 40， 50， 75， 100， 125 mg/L。充分搅拌 3 min 进行实验， 实验结果 如图 6、 图 7 所示。 图 6复合混凝剂投加量对污泥比阻的影响 Fig．6The effect of both PAC and CPAM dosage on the specific resistance to filtration 图 7复合混凝剂投加量对污泥及滤饼含水率的影响 Fig．7Effect of both PAC and CPAM on sludge moisture content and the moisture content of sludge cake 8 环境工程 Environmental Engineering 从图6、 图7 得知 PAC 溶液的用量对污泥脱水性能 影响较小， 而最佳的投加方式是先加一定量的 PAC 溶 液， 之后再加入 CPAM 溶液， 综合比阻和含水率的两方 面因素， PAC 和 CPAM 的最佳投加量分别为 3.75 g/L、 40 mg/L。但 这 种 投 加 方 式 污 泥 比 阻 的 最 小 为 6. 007 1012m/kg。污泥离心后含水率为 86. 18， 滤饼含水率为 75. 28。实验结果比单纯只加 CPAM 调理污泥的比阻值要大， 其原因是， 在对污水进行预 处理阶段， 已经向污水投加了一定量的 PAC， 所以， 在 污泥浓缩池中未进行带式压泥机之前的污泥可以单 纯的只加 CPAM 调理污泥。Sommese 等也提出了一 种新的处理污泥方法 首先向难脱水的污泥中加入一 定量无机絮凝剂; 然后加入一定量的微粒组分; 最后， 向混合液中加入高分子絮凝剂。其原因是由于污泥 中胶质颗粒多带负电荷， 加入 PAC 之后， PAC 在水中 形成各种形态的水和络合物可以吸附带负电荷的胶 体粒子， 通过压缩双电层、 电荷中和、 羟基间的桥连等 作用， 使胶体脱稳。CPAM 的吸附架桥作用使已经脱 稳的胶体迅速形成大的絮体， 实现固液分离［10 ］。 4结论 1 在 PAC、 CPAM 对浓缩池污泥脱水效果实验 中， PAC 的最佳投加量为 3 ～3. 75 g/L， CPAM 的最佳 投加量为 50 g/L。比阻分别为 3. 46 1012， 0. 687 1012m/kg。PAC 加药后污泥离心含水率为 89. 02， 滤饼含水率为 77. 04。CPAM 加药后污泥离心含水 率为 84. 88， 滤饼含水率为 75. 24。二者相比较， CPAM 脱水效果远远好于 PAC。 2 在 PAC 和 CPAM 联合调理污泥的实验中， 污 泥的比阻值较不加混凝剂有了一定的改善。在 PAC、 CPAM 投加量分别为 3. 75 g/L、 40 mg/L， 比阻值减小 为 6. 007 1012m/kg。但污泥离心后含水率的结果 表明， 2 种混凝剂联合调理印染污泥效果不好， 原因 是印染污水在预处理混凝沉淀池时已加入了 PAC 用 于沉淀印染污水中悬浮颗粒。因此， 在污泥浓缩池再 加入 PAC 效果反而不好。 3 在实际生产中， 污水厂每天产生 2 000 m3的 污泥， 污泥进入压滤机之前每天 CPAM 的用量为 125 kg。通过实验得出 CPAM 最佳投加量为 50 g/L 时， 每天 CPAM 的用量减小为 100 kg， 可以减小 CPAM 的用量， 降低污水厂成本。 参考文献 ［1］韩月， 卢徐节， 陈方雨， 等． 印染废水处理技术现状研究［J］． 工业安全与环保， 2008， 34 7 12- 14. ［2］杨书铭， 黄长盾． 纺织印染工业废水治理技术［M］． 北京化 学工业出版社， 2002. ［3］张林生． 印染废水处理技术及典型工程［M］． 北京化学工业 出版社， 2005. ［4］陈世朋， 张景来． 污水处理中的污泥脱水技术研究进展［J］． 污染防治技术， 2006， 19 1 16- 19. ［5］HJ 5572010 固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法［S］ . ［6］陈泽堂． 水污染控制工程实验［M］． 北京化学工业出版社， 2003. ［7］刘秉涛， 娄渊知， 徐菲． 聚合氯化铝/壳聚糖复合絮凝剂在活性 污泥中的调理作用［J］． 环境化学， 2007， 26 1 42- 45. ［8］张跃军， 顾学芳， 陈伟忠． 阳离子絮凝剂 PDA 的合成与应用研 究 对城市污水的污泥脱水的效果比较［J］． 南京理工大学 学报， 2001， 25 2 205- 209. ［9］涂玉． 污泥调理中混凝剂对污泥脱水性能影响研究［D］． 南 昌 南昌大学， 2008. ［ 10］李明松， 李志光， 刘海林， 等． 强化混凝调理生活剩余污泥脱水 研究［J］． 环境科学与技术， 2011， 34 2 152- 155. 第一作者 张砾文 1988 － ， 女， 硕士研究生， 主要从事水污染控制技 术。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 zhangliwen5599126． com 上接第 19 页 ［ 40］Whiteley A S，Bailey M J．Bacterial community structure and physiological state within an industrial phenol bioremediation system［J］． Appl Environ Microbiol， 2000， 66 6 2400- 2407. ［ 41］Domde P，Kapley A，Purohit H J． Impact of bioaugmentation with a consortium of bacteria on the remediation of wastewater- containing hydrocarbons［J］． Environmental Science and Pollution Ｒesearch Internationa， 2007， 14 1 7- 11. ［ 42］Choi H，Zhang K，Dionysiou D D，et al． Effect of activated sludge propertiesandmembraneoperationconditionsonfouling characteristics in membrane bioreactors［J］． Chemosphere，2006， 63 1699- 1708. ［ 43］严兴． A2/O 固定生物膜法焦化废水处理系统群落空间演替模 式的系统轨迹分析及应用［D］． 上海 上海交通大学， 2007. 第一作者 蒙小俊 1981 － ， 男， 博士研究生， 主要研究方向为生物法 处理工业废水。yanjiushengmengjun163． com 通讯作者 李海波， 男， 博士， 助理研究员， 主要研究方向为工业废水处 理; 张玉秀， 女， 博士， 教授， 主要研究方向为环境生物学。 9 水污染防治 Water Pollution Control