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聚氯化鋁改善污泥脫水性能的研究

發(fā)布時間:2014年3月7日

污泥是城市污水處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物。隨著城鎮(zhèn)化的加快,污水量也在不斷地增加,污泥的產(chǎn)量也在不斷地增多。污泥含水率高,且有大量的有毒有害物質(zhì),如果處置不當,則會產(chǎn)生二次污染。

污泥的傳統(tǒng)處置方法有填埋、焚燒、土地利用等,但是它們的應(yīng)用都因為污泥的高含水率等問題受到局限,因此,降低污泥的含水率是解決污泥處理難題的關(guān)鍵。目前的污泥處理中,通常是加入高分子無機絮凝劑使其絮凝脫水,既利用高分子的橋架絮凝作用,又能夠中和污泥上的負電荷,使粒子增加凝聚力,改善污泥的脫水性能。本實驗通過添加聚合氯化鋁( PAC) 來改善污泥的脫水性能,并研究其改善污泥脫水性能的機理。

1 實驗部分

1. 1 材料與儀器污泥取自武漢市某污水處理廠污泥調(diào)節(jié)池,采樣后置于冰箱冷藏保存。為了保證實驗的可比性,實驗污泥均在采樣后5 天內(nèi)用完。污泥含水率為 92. 62%,pH 為6. 71。

主要化學(xué)試劑: 聚合氯化鋁( PAC) ; 所用水均為蒸餾水。

主要儀器: BS224S 型電子天平( 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司) ; DBJ—623 型電子變速攪拌機 ( 中國人民解放軍第四三三二工廠) ; 101 型電熱鼓風干燥箱( 北京永光明醫(yī)療儀器廠) ; UV—2500 紫外分光光度計( 日本島津) ; 2XZ—1 型旋片式真空泵( 臨海市精工真空設(shè)備廠) 。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 污泥處理方法

在6 個500 mL 的燒杯中分別加入400 mL 污泥,以及一定量的PAC,在150 r /min 轉(zhuǎn)速下攪拌 1 min,然后50 r /min 轉(zhuǎn)速下攪拌5 min,使得PAC 與污泥充分反應(yīng)。

1. 2. 2 污泥沉降性能的測定量取100 mL 污泥,投入一定量的PAC,采用 1. 2. 1中的處理方法進行制備,然后倒入100 mL 量筒中,按照污泥沉降實驗方案中的規(guī)定,每隔幾分鐘 ( 由于污泥沉降的特性間隔時間逐漸延長) 記錄一次污泥體積,共計時30 min。在相同條件下,改變投加PAC 的量,得到一組數(shù)據(jù)以比較污泥的沉降性能。

1. 2. 3 濾餅含水率的測定

將100 mL 經(jīng)過處理后的污泥倒入布氏漏斗,在恒定的壓力( 0. 075 MPa) 下抽濾一段時間,然后取出部分污泥泥餅置于表面皿中,于烘箱中105 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量,冷卻后稱質(zhì)量,較后代入式( 1) 計算濾餅的含水率:

α = (W2 - W3)/ (W2 - W1) × 100% ( 1)

式( 1) 中a 為濾餅含水率,%; W1 為空蒸發(fā)皿質(zhì)量,g; W2 為蒸發(fā)皿質(zhì)量+ 濕樣質(zhì)量,g; W3 為蒸發(fā)皿質(zhì)量+ 干樣質(zhì)量,g。

1. 2. 4 過濾速度的測定

將100 mL 經(jīng)過不同處理后的污泥放于布氏漏斗,恒定過濾壓力為0. 075 MPa。每隔20 s 記錄一次濾液體積,共計3 min。在抽濾過程中不斷地調(diào)整壓力,使其保持恒定。通過濾液體積的變化,考察 PAC 對污泥過濾速度的影響。

1. 2. 5 濾液中蛋白質(zhì)含量的測定取100 mL 處理后的污泥,真空抽濾后取其濾液,采用雙縮脲法,在紫外條件下測出吸光度,再以牛血清蛋白為標準蛋白測定出濾液中胞外蛋白質(zhì)含量。標準曲線的測定是在相同的外界條件下進行。

2 結(jié)果與討論

2. 1 PAC 對污泥絮體結(jié)構(gòu)的影響污泥的胞外聚合物EPS 是污泥絮體的重要組成部分,它對污泥的沉降、自身絮凝等都有很重要的影響.EPS 的成分很復(fù)雜,但是其中含量較多的是蛋白質(zhì)。實驗中,測定投加PAC 后污泥濾液中蛋白質(zhì)的含量來考察其對污泥絮體的影響,結(jié)果如圖1 所示。

圖1 PAC 投加量對蛋白質(zhì)含量的影響

從圖1 可以看出,隨著PAC 投加量的增加,濾液中蛋白質(zhì)的含量在不斷地增加。這可能是因為, PAC 水解生成的陽離子吸附在污泥絮體的表面,使得污泥表面的EPS 不斷地減少,且溶于水中,從而導(dǎo)致濾液中的蛋白質(zhì)含量增加。

2. 2 PAC 對污泥脫水性能的影響

2. 2. 1 對過濾速率的影響

圖2 顯示的是經(jīng)過PAC 處理后污泥的過濾速率。可見原泥在180 s 內(nèi)的過濾速率基本上沒有變化,而經(jīng)過處理的污泥在180 s 內(nèi)過濾速率變化很明顯地經(jīng)歷了快速過濾和壓縮固化階段[7]。圖2 表明,投加PAC 能夠顯著地提高污泥的過濾速度。

圖2 PAC 投加量對濾液體積的影響

2. 2. 2 對濾餅含水率的影響

PAC 投加量對濾餅含水率的影響如圖3 所示。從圖3 可以看出,隨著PAC 投加量的增加,污泥濾餅的含水率不斷地減少較后趨向于穩(wěn)定。當投加量為0. 136 g /g 時達到較低值,為72. 55%,當投加量增加時,濾餅的含水率又略有上升,這可能是因為過量的PAC 使得污泥的顆粒又帶上正電荷,造成污泥顆粒間的正電荷排斥分散,使得污泥脫水困難

 

圖3 PAC 投加量對濾餅含水率的影響

2. 2. 3 對離心性能的影響

離心性能通常是用上清液的濁度來評價的,因此,實驗中通過測定離心后上清液的濁度,來考察 PAC 對污泥離心性能的影響。在離心時間5 min,轉(zhuǎn)速3 000 r /min,PAC 不同投加量條件下,上清液濁度如圖4 所示。從圖4 可以看出隨著PAC 投加量的增加,上清液的濁度在不斷地降低,在0. 149 g /g 時達到較低值,為17 NTU,而當PAC 的投加量繼續(xù)增加時,上清液濁度又呈現(xiàn)上升趨勢。這可能是因為,PAC 長鏈的橋架吸附作用,使污泥形成較大的絮體,污泥的離心性能得到提升,但是過量的PAC 又會使得PAC 的長鏈不能得到有效的伸展,造成PAC 的絮凝作用被削弱,從而污泥的離心性能反而變差。

圖4 PAC 投加量對離心性能的影響

2. 3 PAC 對污泥沉降性能的影響

經(jīng)過不同量的PAC 處理后的污泥的沉降體積隨時間的變化如圖5 所示。從圖5 可以看出,隨著 PAC 投加量的增加,污泥的沉降性能不斷地提高,并且污泥的沉降體積也在變小。實驗結(jié)果表明: PAC 釋放出的Al3 + 能夠中和污泥顆粒上的負電荷,使污泥的絮體團聚變大,從而便于絮凝; 同時PAC 的高分子長鏈的吸附橋架作用,也能夠促進污泥顆粒的絮凝沉降,使得污泥的沉降性能得到提高,但是過量的PAC 又可能會使污泥顆粒帶上正電荷,造成正電荷排斥現(xiàn)象,所以過量的PAC 又會使得污泥的沉降性能變差。

圖5 PAC 投加量對污泥沉降體積的影響

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明,在污泥處理過程中添加聚氯化鋁( PAC) ,可明顯改善污泥的脫水性能,具體為:

( 1) 當PAC 投加量為0. 136 g /g 時,濾餅的過濾含水率較低,為72. 55%,而投加量為0. 149 g /g 時,離心上清液濁度較低,為17 NTU。

( 2) 投加PAC 能夠改變污泥的絮體結(jié)構(gòu),使得污泥表面的EPS 脫落,改善其脫水性能、脫水速度和沉降性能。

( 3) PAC 釋放出的Al3 + 能夠中和污泥顆粒上的負電荷,并通過高分子長鏈吸附橋架作用改善污泥的絮凝沉降性能。另外,投加過量的PAC,使污泥顆粒帶正電荷,造成排斥作用,反而使沉降性能變差。

本文摘自《環(huán)保科技》 本文作者:齊彪 汪毅恒 柳海波;編輯:李浩

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