（环境工程专业论文）化学污泥脱水性能研究.pdf

导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者：尹小延日期：劲o 年y 月；日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门 或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学 可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文 或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 尹，j 、延 日期：切加年支月弓7 日 摘要 摘要 从污水处理工艺中排出的污泥含水率高，体积庞大，易腐败发臭，不利于 运输和处置，需要脱水。混凝法处理污水产生的化学污泥成分的复杂性，决定 了预处理改善其脱水性能更加困难。常用的脱水方法有自然干燥和机械脱水。 在进行机械脱水前往往需要调节污泥的性质。 本文主要研究漯河大豆蛋白混凝处理工艺所产生的化学混凝污泥的脱水问 题，由于其有机物含量高，p h 偏低，絮凝效果差，常用的化学调理改善其脱水 性能效果不显著。采用微波、絮凝剂、超声波三类不同方法调节污泥的性质， 对化学污泥的主要特性进行测定。探讨其脱水性能变化的机理。结果表明： ( 1 ) d b h l 7 0 0 和d b n 3 1 2 型絮凝剂对化学污泥脱水性能有明显的改善： d b h l 7 0 0 絮凝剂的最佳投加量为1 3 3 ，比阻降为1 4 3 1 0 m c m g ；d b n 3 1 2 絮凝剂最佳投加量为1 0 ，比阻降为7 7 1 0 1 0 c m g ；d b c 2 7 2 5 絮凝剂对化学污 泥调理效果不明显，最佳投加量为1 0 时，比阻降至2 8 4 1 0 1 0c m g 。在调节 p h 值至6 7 之间时，d b c 2 7 2 5 絮凝剂最佳投加量为1 3 3 ，比阻降为1 6 9 1 0 m c m g ；d b n 3 1 2 絮凝剂最佳投加量为1 3 3 ，比阻降为1 8 3x1 0 1 0c m g ；d b h l 7 0 0 絮凝剂最佳投加量为1 0 ，比阻降为3 0 6 1 0 1 0c m g 。污泥的脱水性能和絮凝 剂的种类和投加量有关，絮凝剂的最佳投加量较大。 ( 2 ) 适宜的微波辐射可明显改善污泥的脱水性质，8 0 0 w 、1 0 0 w 和6 0 w 改善污 泥脱水性能的最适宜时间分别6 0 s 、1 2 0 s 和1 2 0 s ，上清液中多糖的含量介于 4 6 0 4 7 0 m g l 时污泥脱水性能最佳。适宜的微波辐射能够改善该污泥的脱水! i 蝴皂 ，过量的微波辐射则使污泥脱水性能恶化。 ( 3 ) 超声波能够调整污泥结构，改善污泥脱水性能。作用时间和声能密度对污 泥脱水性能有着至关重要的影响。作用时间过长，将完全破坏污泥絮体结构， 污泥颗粒粒径变小，比表面积剧增，脱水性能恶化。在声能密度为0 4 5 w m l ， 超声辐射1 5 s 时，能较好的改善污泥的脱水性能，比阻降至5 4 1 0 1 0 c m g ，滤 饼含水率降至7 5 3 。 关键词：脱水性能化学污泥比阻聚丙烯酰胺微波能超声波 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec o n t a i n i n gw a t e rr a t ea n db u l k yo fs l u d g ew h i c hi sf r o ms e w a g es l u d g e t r e a t m e n tp r o c e s si su s u a l l yh i g h ，a n de a s yt os t i n ko fc o r r u p t i o n ，n o tc o n d u c i v et o t h et r a n s p o r ta n dd i s p o s a l i tn e e d st od e h y d r a t i o nt of u r t h e rd i s p o s e t h es e w a g e s l u d g ew h i c hi sg e n e r a t e db yt h ec h e m i c a lc o a g u l a t i o no ft h ec o m p o s i t i o ni s c o m p l e x ，s oi ti sm o r ed i f f i c u l tt oc h a n g et h i st y p eo fs l u d g ed e w a t e r i n gp e r f o r m a n c e t h ec o m m o nm e t h o d st od e h y d r a t i o na r en a t u r a ld r y i n ga n dm e c h a n i c a ld e h y d r a t i o n i tn e e d sc h a n g i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sb ya d d i n gac e r t a i na m o u n to fc o n d i t i o n e r b e f o r ec a r r y i n go u tm e c h a n i c a ld e h y d r a t i o n t h i sp a p e rs t u d i e st h ed e w a t e r i n ga b i l i t yo fc h e m i c a ls l u d g ew h i c hp r o d u c e db y s o y b e a ni n d u s t r i a ls e w a g ei n l u oh ec i t y i ti s v e r yd i f f i c u l tt oi m p r o v et h e d e w a t e r i n ga b i l i t yu s i n gt h ec o m m o nc h e m i c a lc o n d i t i o n i n g , d u et oi t sh i g hc o n t e n t o fo r g a n i cm a t t e r , l o wo fp h ，p o o ro ff l o c c u l a t i o ne f f e c t m i c r o w a v e 、f l o c c u l a n t s 、 u l t r a s o n i cw e r es t u d i e dt oi m p r o v es l u d g ed e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c s t h em a i n c h a r a c t e r i s t i c so ft h ec h e m i c a ls l u d g ew e r ed e t e r m i n e dt oe x p l o r et h em e c h a n i s mo f c h a n g e si nd e w a t e r i n gp r o p e r t i e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： ( 1 ) t h ed e w a t e r i n ga b i l i t yo fc h e m i c a ls l u d g ei sc h a n g e ds i g n i f i c a n t l yw h e n w e u s e dd b h17 0 0a n dd b n 312f l o c c u l a n t w h e nt h ed b h17 0 0 f l o c c u l a n to fd o s a g ei s 13 3 0 ，t h er e s i s t a n c ed r o p p e dt o14 3 枣10 1 u c m g ；d b c 2 7 2 5f l o c c u l a n tc h e m i c a l s l u d g ec o n d i t i o n i n ge f f e c tw a sn o to b v i o u s ，t h eb e s td o s a g ei s 10 o ，t h es p e c i f i c r e s i s t a n c ef e l lt o2 8 4 10 l oc m g w h e nd b c 2 7 2 5f l o c c u l a n t sb e s ti n v e s t m e n ti s 10 0 ，t h er e s i s t a n c ed r o p p e dt o7 7 1 0 1 u c m g ；b u tw h e nw ea d j u s tt h e b e t w e e n s6 a n d7 ，t h ed b c 2 7 2 5f l o c c u l a n tb e s td o s a g e13 3 ，t h a nt h er e s i s t a n c ed r o p p e dt o 1 6 9 1 0 1 0 c m g , b e s td b n 3 1 2f l o c c u l a n td o s a g eo f1 3 3 0 ，s p e c i f c r e s i s t a n c e r e d u c e dt o18 3 10 1 0c l t i g b e s to fa n i o n i cf l o c c u l a n td o s a g eo f10 o ，t h a nt h e r e s i s t a n c ed r o p p e dt o3 0 6 幸10 1 0c m g t h et y p ea n dd o s a g eo fc h e m i c a lf l o c c u l a n t h a v ei m p o r t a n te f f e c to nt h er e s u l t s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f e c ti sn o tv e r y s i g n i f i c a n tw h e n w ed r o p p e dl o t so fc h e m i c a lf l o c c u l a n t i i a b s t r a c t ( 2 ) i tw a so b s e r v e dt h a tt 1 1 ed e w a t e r i n ge f f i d e n c yw a si n c r e a s e dw i t ht h e o p t i m u mp r e t r e a t i n go fm i c r o w a v er a d i a t i o n w h e n8 0 0 ，10 0a n d6 0 wm i c r o w a v e w a se m p l o y e df o r6 0 ，12 0a n d12 0 sr e s p e c t i v e l y , t h ew a t e rc o n t e n to fa p t l yt r e a t e d s l u d g ed e w a t e r e dw i t hf i l t r a t i o nr e a c h e d7 6 ，w h i c hi sl o w e rt h a n t h e8 3 o f u n t r e a t e ds l u d g ea f t e rf i l t r a t i o n f u r t h e rs t u d i e sr e v e a l e dt h a ts l u d g et r e a t e db y m i c r o w a v ee n e r g yw a sa ne f f e c t i v em e t h o dt or e m o v et h ee c pf r o ms l u d g es u r f a c e a n di n d u c e ds t r u c t u r ed i s r u p t i o no fs l u d g ef l o c s ，w h i c hr e s u l t e di nt h ei m p r o v e m e n t o fd e w a t e r i n g t h ed e w a t e r i n gw a si n c r e a s e dw h e nt h ep o l y s a c c h a r i d ec o n t e n ti n e c pw a sb e t w e e n4 6 0 a n d 4 7 0 m g l w h e nt h ec e l lw a l lw a sd e s t r o y e db ye x c e s s i v e m i c r o w a v ee n e r g y , t h ef l o o do fi n t r a c e l l u l a rp o l y m e ri n d u c e dt h ei m p r o v e m e n to f v i s c o s i t ya n dt h ew o r s e n i n go fd e w a t e ra b i l i t yo fs l u d g e ( 3 ) t h ed e w a t e r i n ga b i l i t yo fs l u d g ew a si m p r o v e db ya d j u s t i n gi t ss t r u c t u r eu s i n g u l t r a s o n i c h o w e v e r , t h er o l et i m eo fu l t r a s o n i ca n de n e r g yd e n s i t y h a sa f u n d a m e n t a le f f e c to nd e w a t e r i n ga b i l i t y i ft h eu l t r a s o n i ca c t i o nt i m ei st o ol o n g ，t h e f l o cs t r u c t u r eo fs l u d g ew i l lb ec o m p l e t e l yd e s t o r i e da n dt h es l u d g ep a r t i c l es i z e s m a l l e r , t h es u r f a c ea r e ai si n c r e a s e d ，t h ed e w a t e r i n ga b i l i t yw a sd e t e r i o r a t i o n w h e n t h ee n e r g yd e n s i t yw a s0 4 5 w m la n dt h e u l t r a s o n i ct i m ew a s15 s ，t h es p e c i f i c r e s i s t a n c ef e l lt o5 4 1 0 1 0c m g , f i l t e rc a k em o i s t u r ec o n t e n td o w nt o7 5 3 k e yw o r d s ：d e w a t e r a b i l l i t y c h e m i c a l s l u d g e s r fp a mm i c r o w a v ee n e r g y it 1 仃a s o u n d i i i 目录 目录 1绪论1 1 1 概述1 1 2 污泥的组成和性质2 1 2 1 污泥的组成2 1 2 2 化学污泥的特性2 1 3 污泥的脱水的影响因素3 1 4 传统调理方法及研究进展4 1 4 1 物理法。4 1 4 2 化学预处理的方法一5 1 4 3 新预处理技术调理污泥。8 1 5 论文研究的内容、目的和意义。1 2 1 5 1 研究内容。1 2 1 5 2 研究目的和意义1 2 1 5 3 本论文的创新之处1 3 2 实验材料及分析方法1 4 2 1 实验材料的来源1 4 2 2 实验仪器和试剂。15 2 2 1 实验装置及实验仪器15 2 2 2 实验试剂1 6 2 3 污泥脱水性能参数分析方法1 7 2 3 1 污泥沉降性能的测定1 7 2 3 2 污泥比阻的测定1 7 2 3 3 污泥含水率的测定方法18 v 2 3 8 污泥絮体粒径的测定2 1 3 化学调节对化学污泥脱水性能的影响2 2 3 1 絮凝剂对滤液浊度和污泥粒径的影响。2 2 3 2 絮凝剂对化学污泥比阻的影响2 4 3 3p h 对污泥比阻的影响2 6 3 4 絮凝剂对滤饼含固率和离心含固率的影响2 7 3 5 结论。2 9 4 微波能对化学污泥脱水性能的影响3 0 4 1 微波能对污泥比阻和沉降性能的影响。3 0 4 2 微波能对化学污泥滤饼含固率的影响3 1 4 3 微波能对化学污泥沉降性能和的影响3 2 4 4 微波能对污泥上清液中蛋白质和多糖含量的影响j oo0 3 3 4 5 微波能对污泥的颗粒粒径的影响3 5 4 6 结论3 6 5 超声波对化学污泥脱水性能的影响3 7 0 1 超声波对滤饼含固率的影响3 7 5 2 超声波作用时间对污泥比阻的影响3 8 5 3 超声波对污泥上清液中胞外多糖含量的影响4 0 5 4 超声波对上清液中蛋白质含量的影响4 l 5 5 超声波对污泥粒径的影响4 1 5 6 结论4 3 v i 目录 6 结论和展望4 4 6 1 结论4 4 6 2 展望。4 5 参考文献4 6 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果5 0 致谢5 l v i i 1 绪论 1 绪论 1 1 概述 1 9 9 8 年为止，我国的污水处理能力约为1 0 0 0 万m 3 d ，已建成和在建的城 市污水处理厂已近3 0 0 座。城市污水处理率从1 9 9 5 年的1 9 4 上升到2 0 0 0 年 的4 7 。据统计，我国城市污水处理厂每年排放干污泥约2 0 万吨，湿污泥约为 5 5 0 万吨，并以每年2 0 的速度递增【l 】。处理污泥的费用约占污水处理厂的全部 建设费用2 0 5 0 ，甚至高达7 0 。即使不断开发应用新污水处理技术，污泥 产量不断增加的趋势仍是不可改变。与国外发达国家相比较，我国污水处理中 的污泥处理技术刚刚起步。在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的 比重还不到四分之一，处理工艺和配套设备较为完善的约占十分之一。目前， 我国的污水处理厂投资高昂，且基本受到国内外大公司的垄断，其投资的约9 0 来自国内外各种贷款，大部分设备都依赖进口【2 1 ，这种不正常的经济模式给我 国的城市污水污泥处理处置带来巨大的经济压力。我国污水污泥处理处置工作 任重道远。 污泥是一种存在潜在危害的物品。首先它富含氮、磷等植物营养元素，若 处理不当会加剧水体水质富营养化问题；其次污泥上面不仅寄生着多样的复杂 细菌和病毒，还浓缩了锌、铜、铅、铬等重金属无机化合物以及有毒有机化合 物。因此污泥处理不当必然导致重金属污染和病毒传播等严重的环境问题。在 污泥处理处置中存在以下突出问题：( 1 ) 体积大、非均质、两相流的特性决定其 运输困难及处置效率低，导致运输、处置和贮存费用高；( 2 ) 运输、处置和贮存 过程中不安全，有潜在病原菌传播的危险；( 3 ) 湿污泥热值低，燃烧不经济。基 于污泥以上特点，必须对处置的方法和结果给予足够的重视。合理处理污泥既 可以变废为宝，又可以减少环境污染。 当前废水处理的主流方式是集中生化处理，但由于经济原因，国内往往把 污泥处置和污水处理分割开来，形成污水处理优先、污泥处理置后的模式。污 泥处理处置工程相对比较落后。目前，我国大部分污水厂采用延时曝气工艺直 接浓缩脱水- 夕 运的污泥减量模式【3 j 。 在污泥处理处置中，脱水能将污泥的体积减到原来的1 1 0 - - , 1 5 ，减少了污 1 绪论 泥的体积为后续处理创造必要的条件【3 】。因此在污泥的处理处置中首先应以减量 化为主要手段，以稳定化为主要目的，以提高污泥脱水性为切入点来研究开发 污泥处理的新工艺。 1 2 污泥的组成和性质 1 2 1 污泥的组成 污泥的化学组成很大程度决定于处理的水质和方法以及污泥的来源，其化 学构成主要分固相和流动相。 1 固相由有机相和无机相组成。有机相主要有元素、化学、微生物组成。元素 组成主要是碳、氢、氮、硫、磷等有机物元素。化学组成主要包括毒害性的有 机物，醇、醋、酸醛、醚等有机官能团化合物和蛋白质、多糖、脂肪等有机生 物质；微生物的主要组成部分是致病菌、病毒、寄生虫卵。无机相主要由毒害 无机物、植物营养组分和无机矿物质组成。有毒害无机物主要是砷、铬、锡、 铜、铅、汞、铝、镍、硒等重金属；植物营养元素和无机矿物主要是在城市生 活污水中富含的大量碳、氢、氮、磷、钾、钙、锰和硫等植物生长所需要的常 量营养元素。在有的污水处理工艺中需投加氮磷等营养元素和铁、锰、锌等微 量元素【引。 2 流动相主要是由水分和水溶性组分组成。 1 2 2 化学污泥的特性 用化学沉淀法处理污水产生的污泥称为化学污泥或化学沉渣。化学污泥一 般含水率高，质轻且蓬松，呈凝胶状，若不改变其物理性质它将保持半流化状 态。化学污泥主要是由物理聚集、生化繁衍吸附、化学凝聚或三者共存的方式 凝结聚集的悬浮固体。化学污泥颗粒的絮凝体，一般粒径相对较小、比较密实； 结构松散，形状极其不规则，比表面积与孔隙率较高，呈分形结构，外观上具 有类似绒毛的分支与网状结构 6 1 。污泥含水率和脱水性与污泥物理结构紧密相 关。化学污泥中有机物含量和水质有着密切关系。 化学污泥是向废水中投加某些化学物质，( 如用混凝沉淀法去除污水中的 磷或投加硫化物去除污水中的重金属离子；投加石灰中和酸性污水产生的沉渣 夕 1 绪论 以及酸、碱污水中和处理产生的沉渣。) 使它和废水中欲去除的污染物发生化 学反应，生成难溶于水的沉淀物。所以化学污泥的沉降性能和p h 值的大小有 重要的关系，一般情况下，对化学污泥进行酸碱处理或投加高分子絮凝剂都对 污泥的沉淀和脱水性能有一定程度的影响。分析认为：污水污泥的来源和形成 过程十分重要，不同来源的污泥，其污泥的化学和微生物学特性存在显著差异， 正确地了解污泥的各种性能是选择合适的污泥预处理方法和处理工艺的基础及 污泥最终处置的方法。 1 3 污泥的脱水的影响因素 污泥脱水性能的影响因素很多，目前研究的主要是颗粒尺寸、密度、粘度、 分形尺寸、电势能、污泥水分的存在方式、污泥的来源，以及污泥形成的外部 条件，这些影响因素互相联系的【7 j 。 1 污泥水分的存在方式对脱水性能的影响：污泥水分存在方式主要表现在由于 不同存在方式的水分与污泥颗粒间的作用力大小不同。间隙水和污泥颗粒几乎 没有力的作用，只需浓缩或搅拌就能去除。结合水与固体颗粒之间有键的作用， 需依靠外界作用力破坏污泥固体颗粒间的键的作用力和稳定性，才能去除【s 】。 所以结合水含量越多，越难脱水。相反，自由水越多，脱水越容易。 2 污泥的颗粒粒径大小是衡量污泥脱水效果最重要的指标。污泥颗粒粒径越小， 总体的比表面积就越大。污泥颗粒自有的电荷相互作用，最终形成一个稳定的 系统。因此，污泥颗粒大粒径所占的比例越高，脱水性能就越好。 3 污泥颗粒的密度是影响污泥脱水性能的因素。污泥颗粒密度与颗粒尺寸是相 互联系的，研究表明：污泥的有效密度随尺寸增大而减小，污泥有效密度越大 脱水性能越差。 4 污泥的化学组成对污泥脱水的影响：活性污泥难脱水的原因之一在于e p s ( 胞 外聚合物) 的存在，它在活性污泥凝聚、沉降及脱水方面有相当的影响。e p s 是 微生物在一定环境条件下产生的高分子物质，主要成分为多糖、蛋白质及d n a 等。e p s 像一个高度水化的胶囊包裹着细菌，阻止细胞干燥，作为“离子交换 树脂”，可以控制离子从溶液进入细胞，从而帮助细菌细胞生存【8 圳。e p s 因含 有蛋白质，多糖等亲水性物质，对水分有强烈的粘性，改变污泥中的e p s 对污 3 1 绪论 泥的脱水性能有重要的影响。s a n i n 和v e s i l i n d 1 0 j 研究认为：污泥水分中e p s 浓 度的适度增加在某种程度上能够改善污泥的絮凝性能。增大污泥颗粒粒径，减 小了污泥的表面积，改善了污泥的脱水性能【1 1 1 。一旦污泥絮凝达到最佳的状态， 进一步增加e p s 含量会恶化污泥的脱水性能。 5 污泥处理方式对污泥脱水性能的影响。研究表吲1 2 15 】：经过好氧消化的污泥 由于好氧消化增加了对水吸附作用非常强的生物细胞的量。大量的外部水转化 为内部水很难在脱水中去除；另一方面，细菌在好氧消化过程中处于内源呼吸 阶段，会有一些絮体解体，减小污泥的平均粒径。恶化污泥的脱水性能。相反， 经过厌氧消化的污泥，大部分情况会改善污泥的脱水性能。厌氧消化能增大污 泥颗粒粒径减小比表面积，转化了部分水分的存在形式，改善污泥的脱水性能。 另外，污泥的停留时间、酸碱度和搅拌方法都能对污泥的脱水性能产生直接或 间接的影响。 1 4 传统调理方法及研究进展 传统的预处理主要是通过物理、化学和生物的方法对污泥的性质进行调理， 调理的目的是破坏污泥水分和固体颗粒间的结合力，减小与水的亲和力，打破 原有絮体的稳定性，改变污泥结构，改善污泥的脱水性能。 1 4 1 物理法 物理法调理污泥包括加热、冻融、淘洗等方法。 1 加热法：通过加热法处理污泥，能够使污泥中部分亲水性有机胶体物质水解， 改变污泥颗粒结构，改善其沉降性能和脱水性能。一般分为高温加压和低温加 压法。加热法不仅能够改善污泥脱水性甜1 2 。4 】，还可以杀灭其中的寄生虫卵和 致病微生物起到消毒的作用。b r o o k s 1 2 。1 3 】等研究发现，在1 8 0 * c j j i j 热污泥，能 够使蛋白质、糖类、脂类等胞内聚合物变性，改善污泥脱水性能。但是此法需 要耗费大量的热能，费用高、且在处理中产生严重的臭气和难处理的上清液 ( b o d ，c o d 含量高) ，应用有限。 2 冻结熔融法：它是指先在低温下将污泥冷冻，再将其融解的方法。经过冷冻 和融解后污泥的胶体的稳定性完全破坏，降低污泥结合水含量，污泥颗粒能够 迅速沉降【1 5 】。然而冻结熔融法调理技术受气候条件的限制，只有在较冷的地方 4 1 绪论 能够实现，很难大面积推广。 1 4 2 化学预处理的方法 化学调理法即在污泥中加入助凝剂、混凝剂之类的化学药剂，增加颗粒絮 凝性，增大污泥颗粒尺寸分布，改善脱水性能。一般助凝剂本身不起混凝作用， 主要起到改变污泥颗粒的性质、结构，破坏胶体稳定性、调节污泥的p h 值、 改善絮凝剂的絮凝效果，增强絮体强度等作用。常用的助凝剂主要有：硅藻土、 锯屑、石灰和粉煤灰。 常用的混凝剂有无机和有机高分子两大类。常用于污水处理和污泥调理的 无机混凝剂有铝盐和铁盐，如氯化铝、硫酸铁、氯化铁及聚合铝( p a c ) 等；常用 于污泥处理的有机高分子混凝剂主要是聚丙烯酰胺胺( p a m ) ，一般根据官能团 上的电性分为为阴离子型、阳离子型、非离子型三大类种。目前使用高分子有 机絮凝剂是化学调理的主流方向。一般的污水处理厂大都采用絮凝剂对污泥进 行调理。但是调理效果与絮凝剂本身性质和污泥性质有很大关系，目前为止， 调理剂的选择和确定调理剂的最佳用量仍然要以现场试验为准则。 最近几年出现了药剂联用调理污泥的研究，包括无机和有机混凝剂、阴阳 离子和非离子型絮凝剂联用、表面活性剂和无机盐联用。如：郭亚萍【1 6 】等考察 三氯化铁、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺对城市生活污泥脱水性能的影响。实验表明： 三氯化铁与聚乙烯醇按4 ：1 配合使用时，脱水效果优于单独使用任何一种絮凝 剂的效果。l e e c h 和“u j c 【1 7 】研究了阳和非离子型絮凝剂联合使用调理污泥。 结果表明：联合使用能够加强絮体强度，避免了单独使用一种絮凝剂容易出现 投加量过大导致脱水效果急剧下降情况的发生。陈银广等研究了表面活性剂、 三氯化铁和石灰水联用对污泥脱水性能的影响【1 8 】。研究表明：污泥经过滤脱水 后的含水率比单独使用无机盐调理调节的小的多。 1 4 2 1 絮凝剂的调节原理 由于化学调理是个非常复杂的物理、化学过程，受水温、p h 值、水质、絮 凝剂的种类和性质等因素影响，其调理的机理目前仍未完全清楚。d e r i a g u i n 、 l a n d a u 、v e r v e y 和o v e r b e e k 四人提出胶体稳定理论，简称d l v o 理论，是目 前解释絮凝化学原理的一种比较完善的理论。 5 1 绪论 污泥胶体的稳定性：污泥中的各种颗粒时刻受到水分子热运动的撞击，对 于大颗粒来说受到不同方向的撞击的机会均等，各方向撞击力基本平衡抵消， 由于大颗粒质量相对较大，能在重力作用下沉降。较小胶体颗粒与大颗粒不同， 受到的撞击次数较少，各方向撞击力很难平衡抵消，且因微粒质量小故重力影 响甚微，致使污泥中的胶体颗粒处于高速运动并趋于均匀分布的状态。这种运 动即为“布朗运动”，由此形成胶体稳定性。污泥的胶体颗粒间存在着静电排斥 力和范德华吸引力两种相反的作用力。污泥中胶体颗粒能否相互接近乃至结合， 则取决于布朗运动的动力、范德华力和静电斥力三者产生的能量对比。在温度 一定的情况下，布朗运动产生的动能基本上为一定值。静电斥力和范德华引力 产生的势能与胶体颗粒间距离有关。其中排斥能的大小和颗粒表面的扩散层和 吸附层界面上的电位和颗粒半径的大小的有关：扩散层和吸附层界面上的电位 越高，排斥能越大，颗粒越不易接近；粒径小时，排斥能亦小，颗粒容易接近， 吸引能与颗粒半径成正比，与颗粒间最短距离成反比，当颗粒间的距离很小和 相当大时，相互作用能以吸引能为主，能够形成絮凝体；当颗粒间的距离处于 中等程度时，相互作用能以排斥能为主，不会形成絮凝体；当颗粒相距很远时， 吸引能和排斥能都等于零【1 8 1 。 在污泥中投加絮凝剂能够改善污泥的脱水性能主要是因为加入絮凝剂后发 生以下的三个作用： ( 1 ) 压缩双电层作用【1 9 】 吸附层和扩散层，合称双电层。当向水中加入大量电解质时，正离子就会 涌入扩散层甚至吸附层，增加扩散层及吸附层中的正离子浓度，使扩散层变薄， 降低胶核表面的负电性。双电层被压缩，颗粒间的静电斥力减小，当大量正离 子涌入吸附层以致扩散层完全消失时，胶粒间静电斥力完全消失，胶粒最容易 发生聚集。 ( 2 ) 电性中和作用 电荷的中和作用是指胶体颗粒的z e t a 电位降低到足以克服其它能量障碍产 生絮凝的过程。胶体颗粒表面的电荷被中和时，胶体颗粒间的距离缩小，在范 德华引力作用下胶体颗粒间的相互作用能处于第一最小能量值，结果形成稳定 的絮凝体。 ( 3 ) 吸附架桥作用 6 i 绪论 高分子混凝剂均为巨型分子，每个分子由许多链节组成，链节间往往以共 价键节结合，每个链节就是一个单体，链节数即为聚合度，高分子的聚合度可 多达数千至几千万。在高分子混凝剂的链节上，对污泥胶粒有较强的吸附作用， 在吸附的同时，对带电的污泥胶体颗粒起电性中和作用。此外，当高分子混凝 剂链状结构某一链上的基团吸附胶粒后，另一链节上的基团可伸展并吸附另一 胶粒，于是形成“胶粒一高分子物质一胶粒”的集合【2 0 】。 1 4 2 2 化学预处理效果的影响因素 1 p h 对调节效果的影响 p h 值的影响着混助凝剂的化学反应，一般情况下，污泥在p h 值较小的情 况下，高电荷低聚度离子占主要地位，这时通过电性中和作用降低电位；污泥 在p h 值较大的情况下，低电荷高聚度的高聚离子占主导地位，这时通过压缩 电层降低电位。当然，各种混凝剂使用时，都要求一定的p h 范围【2 4 】。 2 污泥种类和性质对调节效果的影响 污泥的种类和性质直接影响化学调节的效果，同样的絮凝剂对不同类型的 污泥调节效果不同，当污泥中有机物含量较高时，采用聚合度高的高分子混凝 剂调节效果比较好。 3 搅拌速度和时间对调节效果的影响 在投加混凝剂时，搅拌速度和时间对最终的调节效果有很大的影响。如果 搅拌大的速度和时间选择适当，可以增大调节效果。一般先进行短时间的快速 搅拌，然后进行慢速搅拌。搅拌时间过短，混凝剂与污泥不能充分混合，搅拌 时间过长，会因搅拌而破坏所絮体结构。因此，搅拌时间过长或过短，都不利 于混凝剂对污泥的调节。 4 温度对调节效果的影响 污泥的温度的高低对混凝剂的调节效果有影响。温度过高，混凝剂化学反 应速度加快，形成的絮体颗粒较细小，调节效果下降；而温度过低，污泥的动 力粘度增大，比阻也随之增大，污泥过滤脱水难度增大，混凝剂与污泥胶体间 的水解反应速度变慢，影响污泥与混凝剂均匀混合，影响絮体的结构【2 5 1 。 1 4 2 3化学预处理的三类常用絮凝剂 7 1 绪论 聚丙烯酰胺及其同系物、衍生物等线形高分子物质称为有机合成高分子絮 凝脱水剂。根据官能团离解后所带电荷性质的不同，絮凝剂可以分为阳离子型、 阴离子型和非离子型絮凝脱水剂。 7 1 阴离子型絮凝剂( h p a m ) 是在高分子链上带有活性酰胺基团的聚丙烯酰胺 的衍生物。由于阴离子型絮凝剂上的阴离子羧基基团活性高，能与多种物质发 生物理、化学反应，具有除高分子链外优异的表面活性【2 1 1 。 2 阳离子型聚丙烯酰胺( c p a m ) 是一类水溶液带正电荷的聚电解质，适合于处 理活性污泥。其机理为：自身的正电荷与污泥中水分所带的负电荷中和及吸附 架桥作用，污泥微粒脱稳、絮凝，提高污泥脱水效率1 2 2 1 。 3 非离子型聚丙烯酰胺絮凝脱水剂是指在同一高分子链节上同时带有阳离子、 阴离子两种基团。适用的范围较广泛，它在在不同介质条件下所得到离子类型 可能不同，适用于处理带不同电荷的污染物。具有加药量少，适用的p h 值范 围广等优点【2 3 】。 1 4 3 新预处理技术调理污泥 1 4 3 1 超声波技术处理污泥的原理