增強垃圾滲濾液處理廠污泥脫水性能的研究

水處理網(wǎng)訊:摘 要: 以污泥比阻( SＲF)、毛細吸水時間(CST)、Zeta 電位作為污泥脫水性能的評價指標，對顯著影響污泥脫水性能的絮凝劑的添加條件進行優(yōu)化，并結(jié)合傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIＲ)對污泥脫水機理進行闡述。結(jié)果表明， 最佳投加條件下，相比 PAM 和 FeCl3 聯(lián)用，PAM 和 Al2 ( SO4 )3 聯(lián)用對污泥脫水性能更好。投加比為:6 mL 的污 泥投加1 mL 的 0． 77% PAM 聯(lián)用 6 mg Al2 ( SO4 )3，此條件下，SＲF 由 3． 49 × 1011m /kg 降至 0． 2 × 1011m /kg，CST 由 30． 2 s 降至 11． 5 s，Zeta 由 － 21． 2 mV 升至 － 6． 4 mV。FTIＲ 光譜研究也從機理上表明，PAM、Al3 + 、Fe3 + 能夠與 污泥的 O—H 等官能團相互作用，并且在最佳投加條件下，PAM 與 Al2 ( SO4 )3 聯(lián)用在 3 284． 23 cm － 1 處的紅外吸 收峰峰值明顯高于 PAM 與 FeCl3 聯(lián)用的紅外吸收峰峰值。研究證明，此方法可提高西安市江村溝垃圾填埋場污 泥脫水性能。

關(guān)鍵詞: 污泥脫水性能;毛細吸水時間;污泥比阻;Zeta 電位;FTIＲ 光譜

西安市江村溝垃圾填埋場長期運行以來，對滲濾液剩余污泥采取超濾、污泥濃縮、PAM 脫水、外運處理，該法也是目前國內(nèi)對滲濾液污泥處理的常用方法之一。現(xiàn)有污泥脫水處理手段眾多，主要有熱處理、凍結(jié)和解凍、生物水解、絮凝、超聲波預處理以及臭氧處理等，但這些方法存在污泥脫水難、費用高等問題。

該廠經(jīng) PAM 脫水后的剩余污泥含水量仍高達75% ，不滿足填埋要求，為解決該問題，本研究將沿用 PAM，并分別聯(lián)用兩種不同絮凝劑的方法，以污泥比阻(SＲF)、毛細吸水時間(CST)、Zeta 電位作為污泥脫水性能的評價指標對顯著影響污泥脫水性能的絮凝劑的添加條件進行優(yōu)化以進一步提高污泥的脫水性能，優(yōu)化西安市江村溝垃圾填埋場滲濾液污泥脫水方案。

1 實驗部分

1． 1 材料與儀器

剩余污泥、陽離子 PAM ( 溶 液 質(zhì) 量 濃 度 為0． 77% )溶液均取自于西安市江村溝垃圾滲濾液處理廠;FeCl3 (質(zhì)量分數(shù) 38% )、Al2 ( SO4 )3 (質(zhì)量分數(shù)87% )均為工業(yè)品。 304B CST 測定儀;DHG-9023A 恒溫鼓風干燥箱;B-88 循環(huán)水真空泵;Zeta 電位儀(JS94 K 型微電泳儀);FTIＲ-650 紅外光譜儀。

1． 2 實驗方法取

200 mL 垃圾滲濾液剩余污泥于 250 mL 燒杯中，按 0． 77% PAM 絮凝劑體積/污泥體積為 1 /6，加 入 0． 77% 的陽離子 PAM，置于攪拌機上，先快速攪拌(150 r/min)30 ～ 60 s，后慢速攪拌(50 r/min)3 ～ 5 min。分別經(jīng)濾紙潤濕、蒸餾水稀釋、抽濾、烘干等條件下測毛細吸水時間、Zeta 電位、污泥比阻、FTIＲ光譜各項指標。

1． 3 性能測試

1.3.1 污泥毛細吸水時間 ( CST)

分別取 50 mL 經(jīng) PAM、FeCl3、Al2 ( SO4 )3 調(diào)理過的污泥和空白污泥，倒入直徑為 15 mm 的玻璃圓柱，濾紙潤濕半徑20 mm 所用時間為 CST。

1.3.2 Zeta 電位

取一定量的調(diào)理后污泥，用蒸餾水稀釋 100 倍，用 Zeta 電位儀測量。

1.3.3 污泥比阻( SＲF)

取 50 mL 調(diào)理后的污泥樣品于直徑 150 mm 的布氏漏斗，進行抽濾。記下過濾時間 t(s)和濾液體積 V(m³)，利用 t /V 對 V 作曲線，該曲線的斜率為 b。根據(jù)下式(1)計算 SＲF。

1.3.4  FTIＲ 光譜

取空白和調(diào)理后污泥50 mL，在 80 ℃下烘干，研磨成粉狀，在 FTIＲ 光譜儀上測定。

2 結(jié)果與討論

2． 1 PAM 對污泥脫水性能的影響

表 1 為 PAM 投加體積比對污泥脫水性能的影響，污泥體積為 200 mL。

由表 1 可知，在投加 PAM 之前，CST 顯示為395． 9 s，SＲF 為 3． 49 × 1011 m /kg( ＞ 1． 0 × 1011 m /kg即為難脫水污泥)，Zeta 電位為 － 28． 4 mV。由于污泥是由帶負電荷的顆粒組成。開始階段，隨著陽離子 PAM 投加比的增加，一方面由于 PAM 的絮凝作用;另一方面由于正電荷的引入，使得污泥間的靜電斥力不斷減小，更有利于絮體的形成，因此污泥的CST與 SＲF下降較為明顯。當 PAM 體積投加比為 1 /6，滲濾液剩余污泥的 CST 和 SＲF 達到最小值，分別為 30． 2 s、0． 22 × 1011 m /kg ( ＜ 1． 0 × 1011m /kg)，Zeta 電位為 － 21． 2 mV。當 PAM 體積投加比增大到 1 /5 時，污泥的 CST、SＲF 出現(xiàn)回升，此時可能由于過量的 PAM 而增大活性污泥顆粒表面的粘度，從而不利于水分子的分離，使得污泥表面的自由水減少。在整個反應過程中由于陽離子 PAM投加體積比不斷增加，使得污泥顆粒表面引入的陽離子不斷增加，因此 Zeta 電位不斷增加，但是 Zeta電位的過分增大并不能使得污泥絮體更好的脫水。因此，從藥劑節(jié)省和脫水性能優(yōu)化兩方面綜合考慮，確定 PAM 最佳投加比為 1 /6。

2.2 PAM 投加比為 1 /6 時，F(xiàn)eCl3 溶液投加量對污泥脫水性能的影響見表 2，先加入的陽離子 PAM 對污泥進行電荷中和作用，使污泥膠體脫穩(wěn)。在開始階段，一方面投加 FeCl3 發(fā)揮絮凝的作用，形成污泥絮團，在此過程中，部分結(jié)合水被轉(zhuǎn)化為自由水，使得污泥中自由水的含量升高;另一方面，由于正電荷的引入也使得 Zeta 電位不斷增大，污泥間的靜電斥力不斷減小，更利于絮體的形成。因此，開始階段污泥表面的 CST 和 SＲF 不斷減小，當 FeCl3 投加量為 1 mL 時 CST 和 SＲF 達到最小值，分別為12． 0 s、0． 20 × 1011 m /kg。隨后繼續(xù)增加 FeCl3 的投加量，反而導致污泥的 CST 與 SＲF 回升，但是隨著陽離子的不斷引入，后階段的 Zeta 電位也是呈上升趨勢，此時由于 Fe3 + 與 PAM 中陽離子基團同電相斥，使得污泥顆粒間排斥作用加大，絮體難以凝聚，不利于污泥脫水。從藥劑節(jié)省和脫水性能優(yōu)化兩方面綜合考慮，確定 FeCl3 最佳投加量為每毫升污泥中投加 1 mL。

2.3 PAM 投加比為 1 /6 時，Al2 ( SO4 ) 3 溶液投加量對污泥脫水性能的影響如表 3 所示，先加入的陽離子 PAM 對污泥進行電荷中和作用，使污泥膠體脫穩(wěn)。在開始階段，一方面，投加 Al2 ( SO4 )3 發(fā)揮絮凝的作用，形成污泥絮團。在此過程中，部分結(jié)合水被轉(zhuǎn)化為自由水，使得污泥中自由水的含量升高;另一方面由于正電荷的引入，也使得 Zeta 電位不斷增大，污泥間的靜電斥力不斷減小，更利于絮體的形成。當 Al2 ( SO4 )3投加量為 1 mL 時，CST 和 SＲF 達到最小值，分別為 11． 5 s、0． 21 × 1011 m /kg，隨后繼續(xù)增加 Al2 ( SO4 )3 的投加量，反而導致污泥的 CST 與 SＲF 回升。由于 Al3 + 與 PAM 中陽離子基團同電相斥，使得污泥顆粒間排斥作用加大，絮體難以凝聚。但是后階段的 Zeta 電位隨著陽離子的不斷引入仍然呈上升趨勢。從藥劑節(jié)省和脫水性能優(yōu)化兩方面綜合考慮，確定 Al2 ( SO4 )3 最佳投加量為每毫升污泥中投加 1 mL。

2.4 污泥 FTIＲ 光譜分析

PAM、PAM 和 FeCl3 最佳投加比聯(lián)用、PAM 和 Al2 (SO4 )3 最佳投加比聯(lián)用，分別處理污泥，不同投加條件下剩余污泥傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜圖見圖 1。

1． 原污泥;2． PAM 最佳投加量的污泥;3． PAM 和 FeCl3 最佳投加比的污泥;4． PAM 和 Al2 (SO4 )3 最佳投加比的污泥

由圖 1 可知，相比較原污泥，不同投加條件下， 在 3 284． 23，1 646． 94，1 517． 73 cm － 1處(分別對應于 O—H 的伸縮振動帶和 PAM 官能團C ＝O、C—N的伸展帶，官能團和 Gulnaz 等、Laurent 等的報道相似)吸收峰逐漸增強，表明在剩余污泥中投加最佳投加量 的 PAM、PAM 和 Al2 ( SO4 )3 聯(lián) 用、 PAM 和 FeCl3 聯(lián)用，可以從污泥絮體中檢測出更多的 O—H 官能團以及 C ＝O、C—N 官能團。正是由

于 O—H 官能團和 C ＝O、C—N 官能團、Fe3 + 、Al3 +之間發(fā)生的相互作用，使得污泥絮體中的游離水增多，污泥脫水性能增強。PAM 與 Al2 (SO4 )3 聯(lián)用最佳投加比在 3 284． 23 cm － 1處的紅外吸收峰峰值明顯高于 PAM 與 FeCl3 聯(lián)用最佳投加比的紅外吸收峰峰值，表明 PAM 和 Al3 + 更容易與污泥絮體發(fā)生作用，提高了污泥絮體之間的結(jié)合能力，產(chǎn)生更多O—H，從而使得游離水大量增加，污泥的脫水性能得到較大的增強。

3 結(jié)論

(1)經(jīng) PAM 加 FeCl3 和 PAM 加 Al2 ( SO4 )3 調(diào)理后，污泥脫水性能得到不同程度的改善，PAM 與Al2 (SO4 )3 聯(lián)用相比于 PAM 與 FeCl3 聯(lián)用能更好的改善污泥脫水性能，從經(jīng)濟和污泥脫水性能考慮，對于西安市江村溝垃圾滲濾液處理廠選擇 PAM 投加體積比為 1 /6，Al2 ( SO4 )3 投加量為 1 mL。此條件下，污泥脫水處理最為合理。 (2)PAM、Al2 ( SO4 )3、FeCl3 都能降低污泥絮體間的電荷斥力，使污泥的絮體增大增多，從而更好的降低污泥含水率，有效的提升污泥脫水性能。

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原標題:增強垃圾滲濾液處理廠污泥脫水性能的研究