王金鑫，趙可，張小雨，李春明

復(fù)合填料強(qiáng)化活性污泥沉降和脫水性能的研究

王金鑫，趙可，張小雨，李春明

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

為了研究復(fù)合填料對(duì)活性污泥沉降和脫水性能的影響及影響機(jī)理，通過(guò)改變復(fù)合填料、腐殖土、復(fù)合填料釋放出陽(yáng)離子的投加量，考察活性污泥沉降和脫水性能的變化。以期從陽(yáng)離子的角度明確復(fù)合填料對(duì)活性污泥沉降和脫水性能的影響機(jī)制。結(jié)果表明：隨著復(fù)合填料投加量的增加，SVI和CST值降低，在投加量為5 g·L-1時(shí)，SVI和CST分別為32.81 mL·g-1、8.3 s，沉降性能和脫水性能分別提高32.2%和42%。復(fù)合填料有利于提高活性污泥沉降和脫水性能，且對(duì)活性污泥沉降和脫水性能的改善效果優(yōu)于腐殖土；復(fù)合填料中釋放出的二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)于污泥沉降和脫水性能起強(qiáng)化作用。

沉降性； 脫水性； 陽(yáng)離子； 腐殖土

活性污泥法是當(dāng)前世界應(yīng)用最為廣泛的污水處理工藝之一，其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的剩余污泥。剩余污泥的處理和處置一直是該工藝處理的焦點(diǎn)?；钚晕勰嗟某煞謴?fù)雜，含有大量的水、有機(jī)物和微生物外，還有多種重金屬元素。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)剩余污泥的處理，主要有物理、化學(xué)或生物三種方法改善活性污泥的沉降和脫水性能[1]。腐殖土主要是由植物腐爛后形成的一種混合物，在我國(guó)土壤中含量豐富。YG Choi、魏傳銀等研究發(fā)現(xiàn)[2-3]，日本某公司所生產(chǎn)的腐殖土填料通過(guò)釋放出陽(yáng)離子以改善活性污泥的沉降性和脫水性?；诖?，本文在前人的研究基礎(chǔ)上，以國(guó)內(nèi)腐殖土、貝殼粉、黃黏土、污泥干粉等原材料，制作復(fù)合填料。采用實(shí)驗(yàn)室模擬的方式，對(duì)比和分析復(fù)合填料、腐殖土與復(fù)合填料釋放金屬陽(yáng)離子對(duì)活性污泥沉降和脫水性能的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用復(fù)合填料

復(fù)合填料的主要原料為腐殖土、黃黏土、貝殼粉、污泥干粉等。通過(guò)研磨復(fù)合填料并利用60目（250μm）篩網(wǎng)制備試驗(yàn)用粉末，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。復(fù)合填料有機(jī)物含量為密度為1.062 g·cm-3，孔隙率為47.6%。復(fù)合填料與1 L純凈水在130 r·min-1轉(zhuǎn)速下混合2 h后陽(yáng)離子濃度幾乎保持不變。1 g復(fù)合填料在純凈水中釋放陽(yáng)離子濃度為1.9 meq Ca2+、2.4 meq Mg2+、0.51 meq Na+、0.03 meq K+，Ca2+、Mg2+釋放量遠(yuǎn)大于Na+、K+?；旌? h后，不同質(zhì)量的復(fù)合填料粉末在純凈水中釋放的主要一價(jià)、二價(jià)陽(yáng)離子濃度呈線性變化，如圖1所示。根據(jù)從復(fù)合填料在水中釋放出的 Ca2+、Mg2+濃度，使用氯化鈣、氯化鎂制備二價(jià)陽(yáng)離子混合液。

圖1 復(fù)合填料在水中陽(yáng)離子的釋放

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將對(duì)照污泥與0.5、1.0、2.0、5 .0 g復(fù)合填料、腐殖土以及添加釋放二價(jià)陽(yáng)離子的活性污泥在容量為1 L的六連攪拌器中以130 r·min-1的速度攪拌。污泥取自長(zhǎng)春某污水廠二沉池，經(jīng)SBR系統(tǒng)培養(yǎng)3周，污泥濃度為4 600 mg·L-1。復(fù)合填料與污泥濃度的比例分別為0.11、0.22、0.43、1.09?；旌蠑嚢? h，記錄SV30與污泥濃度，計(jì)算SVI值。污泥沉降2 h，去除自由水，并在3 500 r·min-1下離心5 min，使用英國(guó)Triton 304B CST污泥毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)試儀測(cè)試活性污泥CST值。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合填料對(duì)活性污泥沉降性的影響

復(fù)合填料、腐殖土和陽(yáng)離子對(duì)活性污泥SVI的影響如圖2所示，隨著投加量的增加，污泥沉降性能顯著提高。原污泥SVI為48.41 mL·g-1。復(fù)合填料投加量為2 g·L-1時(shí)，污泥SVI降低至33.26 mL·g-1；當(dāng)復(fù)合填料投加量從2 g·L-1提升至5 g·L-1時(shí)，污泥SVI降低趨勢(shì)放緩，降低至32.81 mL·g-1，降低32.2%。而腐殖土和二價(jià)陽(yáng)離子，在投加量為5 g·L-1時(shí)，對(duì)沉降性能改善效果僅為27.7%、14.2%。由于復(fù)合填料不止通過(guò)化學(xué)作用，還通過(guò)物理作用影響污泥的沉降性能，根據(jù)資料，污泥絮體密度為1.02~1.06 g·cm-3 [4]，復(fù)合填料粉末密度為1.893 g·cm-3，投加復(fù)合填料粉末、腐殖土粉末的活性污泥密度遠(yuǎn)大于未投加的活性污泥，導(dǎo)致SVI值顯著降低。故二價(jià)陽(yáng)離子和復(fù)合填料對(duì)污泥SVI的影響差異較大。結(jié)果表明復(fù)合填料能夠有效提高活性污泥的沉降性能，且效果優(yōu)于腐殖土和二價(jià)陽(yáng)離子。S Agarwal、Bruus J H等研究發(fā)現(xiàn)[5-6]，多價(jià)金屬陽(yáng)離子在固定EPS和微生物方面起著重要作用。由于活性污泥EPS帶負(fù)電荷，多價(jià)陽(yáng)離子和活性污泥絮體通過(guò)離子作用相結(jié)合時(shí)，絮體密度增加，使活性污泥的沉降性能提高。

圖2 復(fù)合填料、腐殖土、二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)SVI的影響

2.2 復(fù)合填料對(duì)活性污泥脫水性的影響

復(fù)合填料、腐殖土、陽(yáng)離子對(duì)活性污泥CST的影響如圖3所示，活性污泥CST隨著復(fù)合填料投加量的增加而降低。原污泥CST為14.3 s。復(fù)合填料投加量為2 g·L-1時(shí)，污泥CST降低至9.3 s；當(dāng)復(fù)合填料投加量提升至5 g·L-1時(shí)，污泥CST降低趨勢(shì)放緩，降低至8.3 s，降低42%。而相同條件下，投加腐殖土和二價(jià)陽(yáng)離子的活性污泥CST為9 s和11 s，僅降低36.8%和22.8%。如圖3所示，二價(jià)陽(yáng)離子（Ca2+、Mg2+）、腐殖土與復(fù)合填料對(duì)活性污泥CST的影響趨勢(shì)基本相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合填料對(duì)活性污泥脫水性能的改善效果優(yōu)于腐殖土和二價(jià)陽(yáng)離子；復(fù)合填料中釋放出的二價(jià)陽(yáng)離子有助于提高污泥脫水性能，二價(jià)陽(yáng)離子吸附架橋作用影響污泥EPS，導(dǎo)致CST降低。Forster C F、S Agarwal研究發(fā)現(xiàn)[7-8]：向活性污泥中投加Ca2+離子會(huì)降低活性污泥中結(jié)合水的含量，這將提高活性污泥絮體密度，從而提高活性污泥的脫水性能。

圖3 復(fù)合填料、腐殖土或陽(yáng)離子對(duì)CST的影響

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)研究表明復(fù)合填料能夠有效提高污泥的沉降和脫水性能，主要結(jié)論如下：

1）復(fù)合填料有利于提升活性污泥的沉降性能和脫水性能，對(duì)污泥沉降性能和污泥脫水性能的改善效果為32.2%和42%。

2）復(fù)合填料對(duì)活性污泥特性的改善效果優(yōu)于腐殖土。相同投加量的情況下，復(fù)合填料對(duì)活性污泥沉降和脫水性能的改善效果相較于腐殖土分別提高4.5%和5.1%。

3）復(fù)合填料釋放出的二價(jià)陽(yáng)離子（Ca2+、Mg2+）對(duì)活性污泥沉降性能和脫水性能的改變起著重要作用，隨著復(fù)合填料或等效二價(jià)陽(yáng)離子投加量的增加，污泥SVI和CST降低。

［1］楊文鋒, 張慶芳, 楊期勇, 等. 市政污泥脫水及生物淋濾調(diào)理技術(shù)綜述[J]. 工業(yè)水處理, 2018, 38 (04): 11-16.

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［3］魏傳銀, 馬玉華, 吳敏, 等. 腐殖土對(duì)污泥沉降和脫水性能的影響及其機(jī)理[J]. 環(huán)境工程, 2018, 36 (05): 145-149.

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［8］Agarwal S, ABU-ORF M, NOVAK J T. Conditioning and Dewatering of ATAD Sludges: The Role of Chemical Precipitation[C]// Proceedings of the 4th IWA Water Congress. 2004.

Study on the Effect of Composite Fillers to Enhance the Settling and Dewatering Properties of Activated Sludge

,,,

(Jilin Jianzhu University, Changchun Jilin 130000, China）

In order to study the influence of composite fillers on the settling and dewatering properties of activated sludge and the influence mechanism, the changes of settling and dewatering properties of activated sludge were investigated by changing the dosage of cations released by composite fillers, humus soil and composite fillers.The effect mechanism of composite fillers on the settling and dewatering performance of activated sludge was investigated from the perspective of cationic.The results showed that the SVI and CST values decreased with the increase of the dosage of composite filler. When the dosage was 5g·L-1, the SVI and CST values were 32.81 mL·g-1and 8.3s, the settling property and dehydration property increased by 32.2% and 42%.The composite fillers improved the settling and dewatering properties of activated sludge, and the improvement effect of the settling and dewatering properties of activated sludge was better than that of humus soil.The divalent cations released from the composite filler enhanced the sludge settling and dewatering performance.

Setting; Dewatering ; Cations; Humus soil

吉林省省級(jí)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018c044-4）。

2021-03-02

王金鑫（1996-），男，浙江省嵊州市人，碩士學(xué)位，研究方向：復(fù)合填料SBR系統(tǒng)中污泥特性方面的研究。

X703

A

1004-0935（2021）04-0442-03