刘峰铭，单凤君，杜晓庆



城市生活污水剩余污泥深度脱水研究

刘峰铭，单凤君，杜晓庆

（辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001）

通过污泥沉降比和泥饼含水率及脱水率的测定，分析絮凝剂和助凝剂对城市生活污水剩余污泥深度脱水性能的影响。对三氯化铝、阳离子聚丙烯酰胺、壳聚糖以及壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复合絮凝剂的絮凝效果进行比较。结果表明，30 mg/L壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复合絮凝剂的污泥絮凝效果最好。同时，在壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺条件下，对石灰、粉煤灰、十二烷基苯磺酸钠和硅藻土的脱水效果进行比较研究，结果表明，30 mg/L壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺复合絮凝剂，15%石灰、10%粉煤灰、pH为3，污泥含水率降低至51.36%。

城市生活剩余污泥；絮凝剂；助絮凝剂；深度脱水

随着城镇化水平和污水处理量的增加，城市污水处理的副产物—剩余污泥污量预计在2020年将超过6 000万t (以含水率80%计)[1]。剩余污泥中除含水率高之外，还含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低[2]。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》中明确把卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等作为我国污泥处理处置最佳可行技术[3]，其中，污泥卫生填埋处置(H2O<60%)和焚烧处置(H2O<50%)[4]。此外，我国“十二五”规划规定城市污水处理厂污泥含水率必须低60%才能外运。因此污泥深度脱水是国内学者研究的热点[5-7]。本文以城市污水剩余污泥为原料，研究絮凝剂、助凝剂的种类和浓度以及酸碱度，对污泥的脱水效果的影响，筛选和优化絮凝剂和助凝剂组合。

1 实验部分

1.1 实验仪器与材料

实验仪器：六联搅拌仪、污泥比阻装置、马弗炉、电子天平、电热鼓风干燥箱。

实验所用原污泥取自锦州某污水处理厂初沉池和二沉池排出的混合浓缩污泥，含水率为97.0%，采样后储存于4 ℃的冰箱中。

药剂：阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、聚合氯化铝(PAC)、壳聚糖(CS)、十二烷基苯磺酸钠(SDS)、硅藻土、生石灰、粉煤灰等。

1.2 实验方法

（1）取6组污泥样品分别放于250 mL烧杯中，编号。分别加入一定浓度梯度的絮凝剂，然后在六联电动搅拌器上，先以400 r/min搅拌3 min，再以100 r/min搅拌15 min，然后最上述污泥进行脱水性能测试[8]。

（2）在（1）实验基础上，进行一系列不同质量浓度的助凝剂的污泥脱水实验。

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂对污泥脱水性能的影响

污泥是由絮状的负电荷胶体颗粒集合而成的凝胶，污泥胶体颗粒较小，能在水中稳定分布，沉降性能差，靠重力沉降之能将污泥与游离水分开，絮凝剂的加入能改善污泥的沉降性能，使胶粒脱稳并黏附在一起，达到泥水分离的目的，同时将表面附着的水转化成游离水，故污泥的沉降性能可作为衡量絮凝剂性能的重要指标。

由图1可以看出，不同絮凝剂30 min的污泥沉降比有显著差别。壳聚糖-阳离子聚丙烯酰胺(1CS：1CPAM)复合絮凝剂投加浓度为30 mg/L时，污泥的沉降速率最快，污泥的沉降性能最好。投加浓度为40 mg/L壳聚糖(CS)次之，投加浓度为30 mg/L聚合氯化铝(PAC)最差。由于复合絮凝剂CS-CPAM所带的正电荷可以中和污泥表面的负电荷，减小了污泥之间的静电斥力，增加了污泥的可压缩性，从而使沉降性能得到了改善。

图1 不同絮凝剂对污泥沉降性能的影响

(a) CS；(b) CPAM；(c) PAC；(d) CS-cPAM

2.2 絮凝剂对泥饼含水率及脱水率的影响

图2为沉降性能最好的絮凝剂及其投加量下的泥饼含水率和脱水率的柱状图。由图2可知，在相同抽滤时间内，CS-CPAM调理后的污泥含水率为67.82%，脱水率为98.97%

图2 不同絮凝剂对泥饼含水率和脱水率的影响

2.3 助凝剂种类及浓度的测定

由3图可知，对于所有助凝剂，随着添加量的增加含水率均会下降，主要是因为污泥中的固体干基的增加，而石灰、粉煤灰的效果明显优于其他试剂。由于石灰对污泥酸碱度造成较大的影响，此外，考虑成本和经济效益，需要设计正交实验完成助凝剂的最佳用量设计。

由表4极差分析可知，石灰添加量对污泥含水率的影响最大，其次粉煤灰添加量，酸碱度影响最小，因此，3个因素对污泥含水率影响的大小顺序为：>>，即石灰添加量>酸碱度>粉煤灰添加量。剩余污泥深度脱水的最佳工艺为321，即添加30 mg/L复合絮凝剂CAM-CPAM，15%石灰，10%粉煤灰，pH为3，处理后的污泥含水率降低至51.36%。

图3 不同助凝剂对泥饼含水率的影响

2.4 助凝剂及pH的优化

表1 正交实验结果分析表

表2 助凝剂及pH正交实验因素水平表

4 结 论

（1）由不同絮凝剂的沉降性能和泥饼含水率及脱水率的对比分析可知，当复合絮凝剂CS-CPAM质量浓度为30 mg/L，污泥沉降性能最好。

（2）当复合絮凝剂CS-CPAM质量浓度为30 mg/L，不同助凝剂对污泥脱水率的对比研究可知，石灰和粉煤灰对污泥深度脱水影响显著。

（3）正交实验优化结果可知，石灰15%、粉煤灰10%，pH为3，污泥含水率降低至51.36%。

[1] 姜惠民,朱芬芬,梁远.市政污泥深度脱水药剂优化研究[J]. 环境工程学报, 2014, 8(2):697-701.

[2] 周振,胡大龙,李昊.不同混凝剂对深度脱水污泥水的预处理效果研究[J]. 给水排水,2014, 40(3):128-131.

[3] 曹仲宏,王秀朵.城市污水处理厂污泥处理处置方案的选择[J]. 中国给水排水,2013,29(2):13-15.

[4] 张强,邢智炜,刘欢.不同深度脱水污泥的热解特性及动力学分析[J]. 环境化学,2013,32(5):839-846.

[5] 台明青,张磊,杨希.草木灰分散祸合生物发酵对剩余污泥深度脱水[J]. 深圳大学学报理工版,2014,31(5): 544-550.

[6] 谢小青,黄珍艺,戴兰华.厦门城市污泥深度脱水处理及资源化利用研究[J]. 中国给水排水,2010,26(5):138-140.

[7] 姚萌,程国淡,谢小青.城市污水厂污泥化学调理深度脱水机理[J]. 环境工程学报,2012,6(8):2787-2792.

[8] 黄朋, 叶林. 壳聚糖/蒙脱土复合絮凝剂的结构及污泥脱水性能[J]. 高分子材料科学与工程, 2014,30(4):119-123.

Study on the Deep Dewatering of Municipal Sewage Sludge

（School of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001, China）

The influence of types and dosages of flocculant and coagulant aid on the deep dewatering performance of municipal sewage sludge was analyzed through the determination of sludge settling ratio, water content and dewatering rate of sludge cake. Flocculating efficiencies of AlCl3,CPAM,CS and CPAM-CS composite flocculants were compared. The results showed that the flocculation effect of 30mg/L CPAM-CS composite flocculants is the best. At the same time, the dewatering effect of lime, fly ash, SDBs and diatomite was compared under the condition of using CPAM-CS composite flocculants. The results showed that when the dosage of CPAM-CS was 30 mg/L and the mass ratio of lime and fly ash were respectively 15% and 10% and pH was 3, the water content of sludge cake reduced to 51.36%.

municipal sewage sludge; flocculant; flocculant aid; deep dewatering

2017-11-20

刘峰铭（1994-），男，辽宁省营口市，研究方向：固体废弃物资源化。

单凤君（1971-），女，副教授，博士，研究方向：废弃物的资源化和环境材料研究。

辽宁省教育厅大学生实践教育基地建设项目，项目号：2015029。

TQ 085

A

1004-0935（2017）12-1171-03