王 蓉

（廣東紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528000）

樟村水質(zhì)凈化廠采用一級(jí)加藥強(qiáng)化處理工藝處理東莞運(yùn)河河水，加入藥劑聚氯化鋁（PAFC），聚丙烯酰胺（PAM）.首期處理能力為260萬噸/天，日產(chǎn)生含水率為80%的污泥為800噸左右.處理后的水回流到東莞運(yùn)河，污泥經(jīng)脫水處理后外運(yùn)填埋.由于東莞運(yùn)河中混有工業(yè)廢水，生活污水和初雨水，水質(zhì)復(fù)雜，而本實(shí)驗(yàn)所研究的對(duì)象為一級(jí)化學(xué)混凝強(qiáng)化處理后的污泥，即污泥的大部分組成應(yīng)是加入化學(xué)藥劑之后所產(chǎn)生的化學(xué)沉淀，所以這些污泥并非普通的活性剩余污泥，而是化學(xué)混凝污泥.

1 化學(xué)混凝污泥成分分析

1.1 泥樣成分檢測

污泥中各種成分的組成與含量，是分析污泥污染程度和進(jìn)行脫水處理的基礎(chǔ).而污泥的性質(zhì)隨著季節(jié)、污水污染物種類等的不同，各種組分含量也不盡相同，但短時(shí)間內(nèi)的各種成分的組成和含量變化不大.因此在試驗(yàn)過程中，分別在不同時(shí)間抽樣進(jìn)行了各種成分的檢測.檢測結(jié)果見附表1.

1.2 與其他種類污泥比較結(jié)果及分析

有比較才有鑒別.現(xiàn)將樟村水質(zhì)凈化廠污泥的成分檢測結(jié)果與其他種類污泥進(jìn)行了幾個(gè)方面的比較，從表中我們可以看出此種污泥和其他種類污泥在基本理化成分、植物養(yǎng)分比較、燃燒值幾個(gè)方面的不同之處，分別見附表2、附表3、附表4.

在基本理化成分上，從附表2可以看出，化學(xué)混凝污泥的pH值呈弱酸性，而剩余活性污泥和厭氧消化泥在中性左右變化，初沉池污泥酸性較強(qiáng)；含固率較低，稍高于剩余活性污泥，大大低于其它兩種污泥；有機(jī)物含量在幾種污泥中是最低的；固體顆粒密度和比重在幾種污泥中最高.由此可以看出化學(xué)混凝污泥的組成與其他類型污泥不同，它是以無機(jī)物含量為主的污泥，而其他類型污泥基本上是以有機(jī)物含量為主.

污水廠污泥含有豐富的植物養(yǎng)分，可轉(zhuǎn)化為植物培植基質(zhì)（人造表土、土壤調(diào)理劑、有機(jī)肥等）.污水廠污泥植物養(yǎng)分的組成主要取決于污水水質(zhì)和處理工藝.污泥中的營養(yǎng)成分是污泥農(nóng)業(yè)資源化利用的主要參數(shù)，一般以氮、磷、鉀元素的含量來反映污泥中營養(yǎng)成分的多寡.附表3對(duì)樟村水質(zhì)凈化廠的化學(xué)混凝脫水污泥中的各營養(yǎng)元素的含量與其他類型污泥中各營養(yǎng)元素的含量進(jìn)行對(duì)照分析，該廠污泥中的氮、磷元素含量相對(duì)較少，鉀元素相對(duì)最多，且有機(jī)物和腐殖質(zhì)含量很低，無機(jī)物含量很高.

污泥的能量含量可以其燃燒熱值來表征，燃燒熱值的大小不僅與其燃燒能量轉(zhuǎn)化的效能有關(guān)，也是污泥生物與熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)化的依據(jù).城市污水廠產(chǎn)生的各類污泥的熱值如附表4所示.顯然，就干固體而言，污泥具有較高的能量利用價(jià)值，但污泥含水率會(huì)“稀釋”這種價(jià)值，與其他種類污泥相比，化學(xué)混凝污泥的燃燒熱值過低無法測出，推斷其原因應(yīng)該與該類型的污泥含有大量無機(jī)化學(xué)藥劑沉淀物，有機(jī)物含量相對(duì)較低有關(guān).

污水廠污泥中所含的毒害物質(zhì)主要有重金屬和有機(jī)化合物兩類.盡管目前己確定的各類優(yōu)先有機(jī)毒害物均有在污泥中存在的報(bào)告，但定量的描述污泥中有機(jī)毒害物的分析數(shù)據(jù)還非常缺乏和不全面.城市污水廠污泥中有害物質(zhì)的現(xiàn)有分析結(jié)果以重金屬含量為主.重金屬會(huì)對(duì)作物和土壤產(chǎn)生較大影響，污泥中的重金屬含量，主要取決于城市污水中工業(yè)污水的比例及工業(yè)性質(zhì).附表5為農(nóng)業(yè)用污泥重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)（GB4284-84）及樟村水質(zhì)凈化廠污泥重金屬含量的分析結(jié)果，對(duì)比我國農(nóng)業(yè)部規(guī)定的酸性土壤農(nóng)業(yè)用污泥標(biāo)準(zhǔn)，樟村水質(zhì)凈化廠的化學(xué)混凝污泥除有銅、鋅、鎘三項(xiàng)元素超標(biāo)以外，其他指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)，因此可以適當(dāng)考慮作為農(nóng)業(yè)用肥.

2 化學(xué)混凝污泥性質(zhì)對(duì)污泥脫水的影響

2.1 化學(xué)混凝污泥中各種水分的特點(diǎn)及其分離方法

從微觀上說，化學(xué)混凝污泥是由大量無機(jī)物和有機(jī)物混雜在一起的絮凝懸濁液，成分以無機(jī)物為主，其中包含一級(jí)強(qiáng)化工藝中加入的聚合氯化鋁藥劑水解所形成的各種形態(tài)聚合物，它們與水分子結(jié)合緊密，難以分離，以及少量活的或死的微生物胞外聚合物交織在一起形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).這些水分較難通過機(jī)械方法脫除，因此，機(jī)械脫水后的污泥的含水率仍很高.同時(shí)，聚合氯化鋁水解形成的各種形態(tài)聚合物使帶有同性電荷的污泥顆粒形成很多微小的絮體，其絮凝作用對(duì)污泥脫水有利；但它本身通過選擇吸收、官能團(tuán)電離等作用可以吸附、吸收水分，其高度水合作用又對(duì)污泥脫水不利.

對(duì)于化學(xué)混凝污泥而言，用重力濃縮的方法去除間隙水的效果并不理想，這一點(diǎn)通過前面重力沉降試驗(yàn)的結(jié)果可以得到證明，化學(xué)混凝污泥加藥后靜置24小時(shí)后其SV值依然高達(dá)90%以上，說明其沉降性能不佳，依靠重力沉降的方法分離污泥中的水分將使?jié)饪s池體積龐大且達(dá)不到預(yù)期效果；而單純機(jī)械脫水只能去除一部分化學(xué)混凝污泥中的間隙水，但對(duì)于污泥中大量的水分去除效果不理想，這些都是樟村凈水廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題.

2.2 污泥絮體特性對(duì)污泥脫水的影響

幾乎所有的研究者都認(rèn)為，污泥絮體特性與污泥的脫水性能之間有很密切的關(guān)系.許多研究證明在污泥脫水中絮體尺寸、密度、結(jié)構(gòu)等都起了重要作用.

聚合氯化鋁水解形成的各種形態(tài)聚合物對(duì)化學(xué)混凝污泥絮凝、沉降及脫水性能效果具有相當(dāng)?shù)挠绊?，化學(xué)混凝污泥難脫水的原因之一就在于它的存在.在化學(xué)混凝污泥中投加PAM藥劑進(jìn)行調(diào)理的目的，就是要使這些分散狀態(tài)的聚合氯化鋁水解沉淀產(chǎn)物在PAM藥劑的絮凝作用下形成尺寸較大且密實(shí)的絮團(tuán)，過濾速度得以提高，以利于后續(xù)的機(jī)械脫水.

取不同PAM藥劑在最佳投加量下調(diào)理后的污泥，用微生物顯微鏡觀察污泥的絮體結(jié)構(gòu)，如圖 6所示（放大倍數(shù)為 400）.生物顯微鏡相片顯示：不加藥的化學(xué)混凝污泥，絮體很小，很分散；加入陽離子型PAM藥劑KP208BM后，生成了很明顯的絮狀物，絮體也很大，孔隙也比較大，絮體比較疏松；加入PAM藥劑Z8110后，也生產(chǎn)了很大的絮體，但這種絮體比較密實(shí)，絮狀物的邊界很清晰，有更多水分析出，因而含水率更低.

圖6 不同污泥的形態(tài)結(jié)構(gòu)

2.3 化學(xué)混凝污泥機(jī)械脫水的影響因素

1）污泥的種類和性質(zhì)

污泥的性質(zhì)將直接影響污泥脫水效果，污泥中污泥顆粒粒徑的大小及其分布決定過濾脫水的難易程度和好壞，污泥中的有機(jī)物含量及污泥顆粒大小還直接影響化學(xué)藥劑的投加量.

2）過濾壓力

在本次試驗(yàn)中把過濾壓力作為了一個(gè)考察的重要因素，因?yàn)槲勰噙^濾脫水性能越差，會(huì)使過濾壓力增大，動(dòng)力消耗增加，從而污泥處理成本提高.因此，污泥過濾脫水時(shí)必須選擇適當(dāng)?shù)膲毫?，同時(shí)滿足處理效果和經(jīng)濟(jì)性要求，本次試驗(yàn)結(jié)果顯示，壓力為20 kPa效果最好.

3）混凝劑的種類和投加量

混凝劑的種類和投加量對(duì)污泥脫水效果的影響如化學(xué)調(diào)質(zhì)部分所述.

4）過濾介質(zhì)

過濾機(jī)械不同，采用的過濾介質(zhì)也不同.壓濾脫水機(jī)械中，主要采用織物制品.濾布不同，過濾后，濾餅脫落的難易程度不同.本次試驗(yàn)中最初考慮用樟村凈水廠壓濾機(jī)的濾布作為過濾試驗(yàn)材料，但由于濾布的孔徑太大，無法在試驗(yàn)中精確測出結(jié)果而用濾紙代替，但在試驗(yàn)條件一致采用濾紙的情況下，用濾紙過濾得出的試驗(yàn)結(jié)果同樣能適用于用濾布過濾的情況.

2.4 化學(xué)混凝污泥化學(xué)調(diào)質(zhì)效果的影響因素

1）聚合氯化鋁水解和沉淀產(chǎn)物對(duì)調(diào)節(jié)效果的影響

從化學(xué)混凝污泥成分的分析可以看出，污泥中有機(jī)物成分很少，僅占總量的五分之一，其余約五分之四都是無機(jī)物，而鋁元素占污泥總量的3.5%，絕大部分的鋁應(yīng)該來自于污水處理過程中投加的聚合氯化鋁藥劑，這些藥劑在反應(yīng)過程中形成了各種形態(tài)的水解產(chǎn)物，通過混凝作用把東莞運(yùn)河水中的污染物質(zhì)吸附到自身，并凝聚形成沉淀從污水中分離，這些沉淀便是化學(xué)混凝污泥的主要成分，對(duì)污泥脫水性能起著決定性影響.

2）污泥種類和性質(zhì)對(duì)調(diào)節(jié)效果的影響

污泥作為化學(xué)調(diào)節(jié)的對(duì)象，其種類和性質(zhì)直接影響化學(xué)調(diào)節(jié)的效果.本試驗(yàn)研究的污泥不同于剩余活性污泥，其成分和性質(zhì)的影響前面已經(jīng)詳細(xì)討論，不再贅述.

3）pH對(duì)調(diào)節(jié)效果的影響

pH值影響聚合氯化鋁的水解產(chǎn)物形態(tài)，在不同pH時(shí)，A13+水解物種有很大不同.因Al(OH)3是典型的兩性化合物，pH值過高或過低都可使Al(OH)3溶解.

當(dāng)pH＜4時(shí)，Al(OH)3發(fā)生下列變化:

即污泥中存在 Al(OH)3沉淀和部分轉(zhuǎn)化成的Al3+離子.

當(dāng)pH＞9時(shí)，Al(OH)3又發(fā)生下列變化：

即污泥中存在Al(OH)3沉淀和部分AlO2－離子.[7]

由化學(xué)混凝污泥成分的分析可知，東莞樟村凈水廠的化學(xué)混凝污泥pH值一般保持在6～8之間，由此推測出東莞運(yùn)河污水的pH值也保持在此范圍內(nèi)，因此污泥中大量成分應(yīng)是投加聚合氯化鋁之后產(chǎn)生的氫氧化鋁沉淀以及過量的聚合氯化鋁.

4）溫度對(duì)調(diào)節(jié)效果的影響

污水的溫度過高或過低，影響東莞運(yùn)河污水的一級(jí)強(qiáng)化絮凝工藝中聚合氯化鋁的水解作用，從而影響化學(xué)混凝污泥的組成和性質(zhì).溫度過高，混凝劑反應(yīng)速度加快，形成的絮體細(xì)小，調(diào)節(jié)效果下降；而溫度過低，混凝劑的水解反應(yīng)變慢，影響污泥與混凝劑混合均勻.另外，溫度低，污泥的動(dòng)力粘度（μ）增加，污泥比阻隨之增大，從而導(dǎo)致污泥過濾脫水難度提高.以鋁鹽作混凝劑時(shí)，溫度低于5 ℃，水解生成的Al(OH)3絮體的過程極慢，調(diào)節(jié)效果差；10～15 ℃時(shí)，生成Al(OH)3絮體是無定形松散體，不易沉淀，一般高于15 ℃時(shí)，調(diào)節(jié)效果較好.

在東莞樟村凈水廠試驗(yàn)期間，氣溫在25～30 ℃內(nèi)變化，一般在27 ℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于15 ℃，對(duì)藥劑正常發(fā)揮作用沒有影響，并且，高溫加快了污泥與PAM高分子顆粒之間的布朗運(yùn)動(dòng)，更加有利于藥劑充分發(fā)揮效果.

5）混凝劑的種類和投量對(duì)調(diào)節(jié)作用的影響

PAM藥劑的種類和投量不同，對(duì)污泥調(diào)節(jié)效果也不同.在使用高分子混凝劑時(shí)，投量過多，以至每個(gè)膠體顆粒被包圍，使之失去被其它高分子的吸附作用，即吸附架橋作用喪失，膠粒又重新處于穩(wěn)定狀態(tài).這種穩(wěn)定現(xiàn)象實(shí)際上是一種保護(hù)作用，導(dǎo)致調(diào)節(jié)效果明顯下降.如果高分子吸附某一膠粒后，伸展的鏈節(jié)未能遇到其它可吸附的膠粒，鏈節(jié)則會(huì)折過來，吸附自身，這樣使得高分子物質(zhì)失去了吸附架橋的作用.另一方面，被吸附的微粒失去了被其它高分子吸附的可能性.導(dǎo)致膠體重新穩(wěn)定，調(diào)節(jié)作用喪失.

6）攪拌速度和時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)效果的影響

在投加混凝劑時(shí)，如果攪拌的速度和時(shí)間選擇適當(dāng)，可以提高調(diào)節(jié)效果.反應(yīng)階段應(yīng)慢攪，攪拌速度一般不要超過 100 轉(zhuǎn)/分鐘，以 40～80 轉(zhuǎn)/分鐘為宜.攪拌時(shí)間過短，混凝劑與污泥混合不均，攪拌時(shí)間過長，會(huì)因攪拌而打碎所形成的絮體.攪拌時(shí)間過長或過短，都不利于混凝劑對(duì)污泥的調(diào)節(jié).

在本次試驗(yàn)中，經(jīng)過不同攪拌速度和攪拌時(shí)間的方案反復(fù)對(duì)比，最后決定采用玻棒以 180 r·min－1的速度快攪10 S使其充分混合，再以60 r·min－1的速度慢攪20 S讓絮團(tuán)有足夠時(shí)間聚集結(jié)大.

3 小 結(jié)

1）本試驗(yàn)的研究對(duì)象不是普通的活性剩余污泥，而是一級(jí)強(qiáng)化混凝處理工藝處理東莞運(yùn)河污水所產(chǎn)生的化學(xué)混凝污泥，因此首先對(duì)化學(xué)混凝污泥本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了分析和研究，結(jié)果表明：污泥試樣的pH值為6.5～7.0，含固率為0.6～1.5%，VS/TS為10～20%，熱值很低無法測出.與剩余活性污泥等其他類型污泥相比，污泥試樣中氮、磷元素含量相對(duì)較低，鉀元素相對(duì)較高，且有機(jī)物和腐殖質(zhì)含量很低，無機(jī)物含量很高，并且，除有銅、鋅、鎘三項(xiàng)元素超標(biāo)以外，化學(xué)混凝污泥中其他指標(biāo)均符合我國酸性土壤污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn).總的來說，化學(xué)混凝污泥中含有大量聚合氯化鋁水解形成的各種形態(tài)聚合物，對(duì)絮凝、沉降及脫水性能效果具有相當(dāng)?shù)挠绊?

2）化學(xué)混凝污泥的PAM藥劑調(diào)理機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究的結(jié)果表明：機(jī)械脫水效果由兩個(gè)方面因素影響：一是污泥脫水速率，二是污泥的可脫水程度.衡量多種藥劑改善脫水性能的效果應(yīng)全面考慮TTF、過濾速度、濾液濁度、絮體特性及污泥含固率等指標(biāo)，選擇綜合效果較好的.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；加藥后絮團(tuán)越大的泥樣過濾速度越慢，濾液越少，但濁度較低；絮團(tuán)較小的過濾速度較快，濾液較多，但濁度較大；對(duì)比過濾速度曲線和濾液濁度曲線，發(fā)現(xiàn)同一種PAM藥劑過濾速度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的投加量不一定就是濾液濁度最低時(shí)的投加量；化學(xué)混凝污泥投加PAM藥劑之后的沉降性能很差，原因與污泥成分有關(guān).

附 表：

附表1 污泥成分檢測結(jié)果

附表4 燃燒值比較

附表 2基本理化成分比較

剩余活性污泥 6.5-7.5 0.5-1.0 60-80 1.2-1.4 1.0-1.005 - 2.0-3.0 200-500厭氧消化泥 6.5-7.5 5.0-10.0 30-60 1.3-1.6 1.03-1.04 - - 2500-3500化學(xué)混凝污泥 6.5-7.0 1.1-1.9 15-25 2.0-2.5 1.04-1.06 - - -

附表3 植物養(yǎng)分比較

附表 5農(nóng)業(yè)用污泥重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)（mg·kg-1）及東莞樟村水質(zhì)凈化廠污泥的重金屬含量

[1]肖錦.城市污水處理及回用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工程出版中心，2002：378.

[2]Krishnamurthy S. Viraraghanan T. Chemical conditioning for dewatering municipal wastewater sludges. Energy Sources, 2005, 27（1-2）:113-122.

[3]萬耀強(qiáng).城市污水處理廠污泥過濾脫水性能的試驗(yàn)研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2007.

[4]王興潤，金宜英，聶永豐.國內(nèi)外污泥熱干燥工藝的應(yīng)用進(jìn)展及技術(shù)要點(diǎn)[J].中國給水排水，2007（8）:23-25.

[5]Marina M Dudkina, Andrey V. Tenkovtsev, Hartmut Komber etal. Competitive Influence of Carboxylic Groups in Ionic Complex Formation of 4-Hydroxybenzylidene Alkanones with Polyamidines. Macromolecules, 2004

[6]孫旭紅.污泥處置環(huán)境影響論述[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003，16（5）:56.

[7]陳小明，孫鵬，林蔓.絮凝劑對(duì)污泥脫水性能的改善[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2005，31（130）:16.