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聚氯化铝改善污泥脱水性能的研究

发布时间:2014-03-07 出自:聚合氯化铝 已被浏览:150 次

污泥是城市污水处理产生的副产物。随着城镇化的加快,污水量也在不断地增加,污泥的产量也在不断地增多。污泥含水率高,且有大量的有毒有害物质,如果处置不当,则会产生二次污染。

污泥的传统处置方法有填埋、焚烧、土地利用等,但是它们的应用都因为污泥的高含水率等问题受到局限,因此,降低污泥的含水率是解决污泥处理难题的关键。目前的污泥处理中,通常是加入高分子无机絮凝剂使其絮凝脱水,既利用高分子的桥架絮凝作用,又能够中和污泥上的负电荷,使粒子增加凝聚力,改善污泥的脱水性能。本实验通过添加聚合氯化铝( PAC) 来改善污泥的脱水性能,并研究其改善污泥脱水性能的机理。

1 实验部分

1. 1 材料与仪器污泥取自武汉市某污水处理厂污泥调节池,采样后置于冰箱冷藏保存。为了保证实验的可比性,实验污泥均在采样后5 天内用完。污泥含水率为 92. 62%,pH 为6. 71。

主要化学试剂: 聚合氯化铝( PAC) ; 所用水均为蒸馏水。

主要仪器: BS224S 型电子天平( 北京赛多利斯仪器系统有限公司) ; DBJ—623 型电子变速搅拌机 ( 中国人民解放军第四三三二工厂) ; 101 型电热鼓风干燥箱( 北京永光明医疗仪器厂) ; UV—2500 紫外分光光度计( 日本岛津) ; 2XZ—1 型旋片式真空泵( 临海市精工真空设备厂) 。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 污泥处理方法

在6 个500 mL 的烧杯中分别加入400 mL 污泥,以及一定量的PAC,在150 r /min 转速下搅拌 1 min,然后50 r /min 转速下搅拌5 min,使得PAC 与污泥充分反应。

1. 2. 2 污泥沉降性能的测定量取100 mL 污泥,投入一定量的PAC,采用 1. 2. 1中的处理方法进行制备,然后倒入100 mL 量筒中,按照污泥沉降实验方案中的规定,每隔几分钟 ( 由于污泥沉降的特性间隔时间逐渐延长) 记录一次污泥体积,共计时30 min。在相同条件下,改变投加PAC 的量,得到一组数据以比较污泥的沉降性能。

1. 2. 3 滤饼含水率的测定

将100 mL 经过处理后的污泥倒入布氏漏斗,在恒定的压力( 0. 075 MPa) 下抽滤一段时间,然后取出部分污泥泥饼置于表面皿中,于烘箱中105 ℃恒温烘干至恒质量,冷却后称质量,最后代入式( 1) 计算滤饼的含水率:

α = (W2 - W3)/ (W2 - W1) × 100% ( 1)

式( 1) 中a 为滤饼含水率,%; W1 为空蒸发皿质量,g; W2 为蒸发皿质量+ 湿样质量,g; W3 为蒸发皿质量+ 干样质量,g。

1. 2. 4 过滤速度的测定

将100 mL 经过不同处理后的污泥放于布氏漏斗,恒定过滤压力为0. 075 MPa。每隔20 s 记录一次滤液体积,共计3 min。在抽滤过程中不断地调整压力,使其保持恒定。通过滤液体积的变化,考察 PAC 对污泥过滤速度的影响。

1. 2. 5 滤液中蛋白质含量的测定取100 mL 处理后的污泥,真空抽滤后取其滤液,采用双缩脲法,在紫外条件下测出吸光度,再以牛血清蛋白为标准蛋白测定出滤液中胞外蛋白质含量。标准曲线的测定是在相同的外界条件下进行。

2 结果与讨论

2. 1 PAC 对污泥絮体结构的影响污泥的胞外聚合物EPS 是污泥絮体的重要组成部分,它对污泥的沉降、自身絮凝等都有很重要的影响.EPS 的成分很复杂,但是其中含量最多的是蛋白质。实验中,测定投加PAC 后污泥滤液中蛋白质的含量来考察其对污泥絮体的影响,结果如图1 所示。

图1 PAC 投加量对蛋白质含量的影响

从图1 可以看出,随着PAC 投加量的增加,滤液中蛋白质的含量在不断地增加。这可能是因为, PAC 水解生成的阳离子吸附在污泥絮体的表面,使得污泥表面的EPS 不断地减少,且溶于水中,从而导致滤液中的蛋白质含量增加。

2. 2 PAC 对污泥脱水性能的影响

2. 2. 1 对过滤速率的影响

图2 显示的是经过PAC 处理后污泥的过滤速率。可见原泥在180 s 内的过滤速率基本上没有变化,而经过处理的污泥在180 s 内过滤速率变化很明显地经历了快速过滤和压缩固化阶段[7]。图2 表明,投加PAC 能够显著地提高污泥的过滤速度。

图2 PAC 投加量对滤液体积的影响

2. 2. 2 对滤饼含水率的影响

PAC 投加量对滤饼含水率的影响如图3 所示。从图3 可以看出,随着PAC 投加量的增加,污泥滤饼的含水率不断地减少最后趋向于稳定。当投加量为0. 136 g /g 时达到最低值,为72. 55%,当投加量增加时,滤饼的含水率又略有上升,这可能是因为过量的PAC 使得污泥的颗粒又带上正电荷,造成污泥颗粒间的正电荷排斥分散,使得污泥脱水困难

 

图3 PAC 投加量对滤饼含水率的影响

2. 2. 3 对离心性能的影响

离心性能通常是用上清液的浊度来评价的,因此,实验中通过测定离心后上清液的浊度,来考察 PAC 对污泥离心性能的影响。在离心时间5 min,转速3 000 r /min,PAC 不同投加量条件下,上清液浊度如图4 所示。从图4 可以看出随着PAC 投加量的增加,上清液的浊度在不断地降低,在0. 149 g /g 时达到最低值,为17 NTU,而当PAC 的投加量继续增加时,上清液浊度又呈现上升趋势。这可能是因为,PAC 长链的桥架吸附作用,使污泥形成较大的絮体,污泥的离心性能得到提升,但是过量的PAC 又会使得PAC 的长链不能得到有效的伸展,造成PAC 的絮凝作用被削弱,从而污泥的离心性能反而变差。

图4 PAC 投加量对离心性能的影响

2. 3 PAC 对污泥沉降性能的影响

经过不同量的PAC 处理后的污泥的沉降体积随时间的变化如图5 所示。从图5 可以看出,随着 PAC 投加量的增加,污泥的沉降性能不断地提高,并且污泥的沉降体积也在变小。实验结果表明: PAC 释放出的Al3 + 能够中和污泥颗粒上的负电荷,使污泥的絮体团聚变大,从而便于絮凝; 同时PAC 的高分子长链的吸附桥架作用,也能够促进污泥颗粒的絮凝沉降,使得污泥的沉降性能得到提高,但是过量的PAC 又可能会使污泥颗粒带上正电荷,造成正电荷排斥现象,所以过量的PAC 又会使得污泥的沉降性能变差。

图5 PAC 投加量对污泥沉降体积的影响

3 结论

实验结果表明,在污泥处理过程中添加聚氯化铝( PAC) ,可明显改善污泥的脱水性能,具体为:

( 1) 当PAC 投加量为0. 136 g /g 时,滤饼的过滤含水率最低,为72. 55%,而投加量为0. 149 g /g 时,离心上清液浊度最低,为17 NTU。

( 2) 投加PAC 能够改变污泥的絮体结构,使得污泥表面的EPS 脱落,改善其脱水性能、脱水速度和沉降性能。

( 3) PAC 释放出的Al3 + 能够中和污泥颗粒上的负电荷,并通过高分子长链吸附桥架作用改善污泥的絮凝沉降性能。另外,投加过量的PAC,使污泥颗粒带正电荷,造成排斥作用,反而使沉降性能变差。

本文摘自《环保科技》 本文作者:齐彪 汪毅恒 柳海波;编辑:李浩

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