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1、1福建九龙江流域给水厂污泥脱水性能的 试验研究摘要：根据九龙江流域给水厂污泥的颗粒性质，进行絮凝、污泥比阻和过滤试验，研究污泥的脱水性能。试验结果表明，适当投加聚丙烯酰胺可以降低污泥比阻，改善脱水性能。其中阴离子型聚丙烯酰胺对该地区水厂污泥的调理效果较好，PAM投加范围以低于 0.5为佳，不仅可以降低运行成本，而且在改善污泥的脱水性能及上清液水质的回用效果上，均可以达到最佳的状态。 关键词：给水厂污泥 脱水性能 比阻 聚丙烯酰胺 0 前言 给水厂污泥主要来自沉淀池排泥水和滤池反冲洗水，与污水处理厂污泥存在较大的不同。从其产生的过程可看出，给水厂污泥主要由原水中的悬浮物、胶体物质、有机物、微生物
2、以及生产过程中加入的混凝药剂等组成。较污水污泥，其有机物和病原微生物等有害物质含量较低，但含泥量较高。不同地域，不同的原水水源，不同的生产工艺和不同的操作管理水平，其给水厂污泥的性质存在较大的差异。一般来说，南方的给水厂原水由于含藻类、腐殖质较多，因此污泥中有机物含量较北方水厂的污泥含量高，以水库水作水源的给水厂污泥中有机物含量也较河流水源的给水厂污泥高1。因此，为了掌握一定水域给水厂污泥的脱水性能必须进行具体的试验研究。 聚丙烯酰胺(PAM)可以作为污泥处理的调理剂，以改善污泥的脱水性能，2Novak J. T. 和 King P. H.早在 20 世纪 70 年代就发现 PAM 可以改善给
3、水厂污泥的过滤性能2,3。Stefan J. L 进一步研究了 PAM 改善污泥脱水性能的机理4。本文即针对福建九龙江流域给水厂污泥处理与回用的需要，选用 5 种不同品牌的聚丙烯酰胺(见表 1)，进行污泥浓缩脱水性能的比较研究，以指导生产实践。 表 1 试验用 PAM 产品测试数据 编号1 2 3 4 5PAM 品牌 MLT22S AN910PWG A778 SA-140 FA920PWG类型+ - - - O产地英联胶法国 SNF大庆上海创新3法国 SNF固含量(%) 91.3 87.1 89.2 88.16 88.76特性粘数(dL/g) 9.1 19.47 17.38 16.4 12.8
4、5相对分子质量(x104)390.4 1423.6 1500 1216.5 855.0单体含量(%)0.012 0.013 0.0036 0.003 0.009溶解时间(分)91 51 22 60 88水解度(%) - 20.5 33.37423.1 13.7粘度(mPa.s) 10.08 21.63 - 21.36 7.38试验在某水厂进行，原水来自九龙江，水质达到地面水类水质标准。浊度为2.6182 NTU，平均 26.6 NTU。冬春季节约有近三个月的时间，原水浊度在 20 NTU 以下。水厂排泥水沉降污泥中约占 76质量的颗粒粒径小厂 4 m，分布在粘粒(粒径小于 5 m)范围，污泥有
5、机物组分达到 22.6，含有较高的腐殖质和藻类。污泥颗粒具体性质见表 2 和表 3。 表 2 给水厂排泥水污泥颗粒粒径分布 粒径范围(m)质量分数(%)0.2 5.70.4 21.10.7 39.71.0 48.72.0 65.054.0 76.07.0 84.210.0 89.212.0 91.415.0 94.620.0 96.825.0 100.0表 3 给水厂排泥水污泥组分 分析组分质量分数(%)烧灼减量22.6SiO2 37.97Al2O3 24.47Fe2O3 7.546CaO 0.89MgO 1.38Na2O 0.24K2O 0.81MnO 0.92TiO2 1.2SO42-0.
6、16 注：产品类型中+为阳离子,-为阴离子型，O 为非离子型。 1 絮凝澄清效能研究 1.1 试验方法和步骤 在实验室内应用絮凝试验进行定性和定量分析，分别在投加率相同和不同的条件下，比较各种 PAM 的絮凝效果及上清液水质状况，目的是确定 PAM 对该流域污泥的适用性，为下一步研究污泥的脱水性能筛选效果最佳的 PAM 品牌。 PAM 工作液质量分数为 2，试验用污泥含固率为 3，体积为 250 ml，评价参数为絮凝矾花质量，上清液浊度、色度和 CODMn。 1.2 试验结果及分析 1.2.1 絮凝矾花质量比较 7不同品牌 PAM 的絮凝污泥矾花质量比较见表 4。 表 4 不同 PAM 的絮凝
7、矾花质量情况 投加率() 1#(+) 2#(-) 3#(-) 4#(-) 5#(O)0.533 D D+ D D- D-1.067 B A A D D-1.600 B B A B D-2.133 C D+ C B D2.6678C D+ C B D3.200 C D+ D D+D+ 注：A，B，C，D 表示絮凝矾花的效果优劣(A 最优，D 最次，其中 D+DD-)。 试验结果表明，根据絮凝矾花效果，1#阳离子型和 2#，3#阴离子型 PAM 投加率有一个最佳等当点。当投加率在 1.067。1.600。之间时，絮凝矾花效果最好。这是因为投加率太低，溶液中伸展的 PAM 分子链太少，形成吸附架桥的
8、机会减少，因此絮凝矾花效果差；反之投加率太高，溶液中 PAM 分子浓度增加，其分子链粘连吸附的颗粒少，分子链上其余伸展部分最终还会被原先的颗粒吸附，PAM 不能起架桥作用，颗粒又处于稳定状态，因此在直观上是絮凝矾花效果差，若投加量继续增加，液体中伸展的 PAM 分子链互相吸附，出现沉淀物卷扫现象。 1#，2#和 3#絮凝剂形成的矾花颗粒粗大、结实，而 5#在投加率为1.067。1.600。时也未形成污泥矾花，待投加率提高到 3.200。时才呈现出细小的矾花。这说明 5#非离子型 PAM 对该给水厂污泥的调理效果较差，而 1#阳离子型和 2#，3#阴离子型效果均较好。 1.2.2 上清液余浊比较
9、 PAM 投加率和上清液余浊的关系曲线见图 1。 9由图 1 可以看出，5 种品牌 PAM 在低投加率时余浊均较低，1#4#余浊随着投加率的增加而上升，5#余浊略有降低。且当投加率为 0.533。时，1#和 2#上清液余浊较低，但随着投加率的增加，上清液余浊上升，且高于其它 3 种产品。 图 1 不同品牌 PAM 投加率与上清液余浊的关系曲线 1.2.3 上清液色度比较 PAM 投加率和上清液色度的关系曲线见图 2。由图 2 可以看出，随着投加率的增加，除 5#外其余 4 种 PAM 上清液色度均有不同程度的增加，但当投加率增加到一定程度(如 2.133)，上清液色度不再有较大的变化。说明这五
10、种 PAM 脱色性能差异不大。在投加率小于 1.600时，1#，2#，3#的色度较低。对比图 1 和图 2 还可以看出，不同品牌 PAM 的上清液余浊与色度随投加率的增加而变化的曲线类似，说明二者具有一定的相关性。 图 2 不同品牌 PAM 的投加率与亡清液色度的关系曲线 1.2.4 上清液 CODMn 比较 图 3 是 PAM 投加率和上清液 CODM。的关系曲线，说明随投加率的增加，上清液 CODM。的变化不大。 根据上述研究结果，可以认为：2#和 3#PAM 较好，1#次之，从絮凝矾花的形成情况来看，最佳投佳率为 1.0671.600；但从降低上清液余浊和色度的角度，投加率为 0.533
11、时较好。 2 比阻和过滤试验 102.1 比阻试验 目的是测定污泥的比阻值，研究污泥的脱水性能，判定各种类型 PAM 改善污泥脱水性能的优劣，并确定最佳的污泥调配絮凝剂及其投量。 图 3 不同品牌 PAM 的投加率与上清液 CODMn 的关系曲线 2.1.1 试验方法和步骤 参照文献5提供的方法进行污泥比阻测定。 将待试验的污泥样品倒入已装好滤纸的布氏漏斗内，在恒定真空度 P=0.03 MPa 下进行抽滤，每隔 15 s 记录滤液体积数量直至滤饼产生裂缝，真空破坏，并测定滤液温度、泥饼干重，按照比阻公式计算污泥比阻。根据实际生产离心脱水机进泥含固率要求一般不低于 3，因此试验用污泥含固率为 3
12、。 2.1.2 试验结果 根据测定的污泥比阻结果得到如图 4 所示的关 系曲线。可以看出，这 5 种PAM 均在投加率较小 的情况下，即可降低污泥的比阻，对其脱水性能有较 大的改善。 图 4 PAM 投加率与污泥比阻的关系曲线 由图 4 可以看出，投加 2#和 4#的情况下，污泥比阻随 PAM 投加量的增加而逐步降低。但是投加 1#，3#和 5#的污泥，当投加率为 0.20.5范围时，污泥比阻随投加率的增加而明显下降，投加率在 0.5时污泥比阻值达到最低；再随着投11加率增加，污泥比阻有上升的趋势。1#，3#和 5#比阻曲线出现这种现象的原因可能有两个：一是当投加过量的 PAM 后，多余的 P
13、AM 长链分子与污泥颗粒吸附架桥，形成结构更加紧密的絮体结构，并包卷一部分水分，使水分不易透过；另一种可能是溶解的 PAM 多余的分子黏附在滤纸上，阻塞滤孔，使水分难以被抽滤。根据试验结果，可以得出如下结论，2 社，3 衅两种 PAM 降低污泥比阻的效果最好，当投加率在 0.50.60时比阻最低。 2.2 过滤性能 2.2.1 试验方法与步骤 所采用的试验方法和仪器与污泥比阻测定的相近。试验用污泥含固率同样为3。 污泥在固定的负压下抽滤一定时间，记录滤液随时间的变化量，根据抽滤固定时间后滤液体积以及滤后滤饼的含固率，来比较各种污泥过滤性能，进一步判定PAM 改善污泥脱水性能的优劣。 2.2.2
14、 试验结果与讨论 根据试验结果得出 PAM 不同投加率时污泥抽滤泥饼的含固率(见表 5)，同时得到 PAM 不同投加率时污泥过滤曲线。图 5 和图 6 分别是投加率为 0.2和0.4时的污泥过滤曲线。 表 5 PAM 不同投加率时污泥抽滤泥饼的含固率 12投加率() 1# 2# 3# 4# 5#0.2 28.43 18.17 24.67 25.57 25.510.3 28.54 27.18 25.62 24.95 23.230.4 25.67 26.24 24.04 25.42 25.870.5 26.60 21.46 21.45 25.10 22.560.6 24.78 15.00 5.72
15、 21.90 24.85图 5 PAM 投加率为 0.20时污泥过滤曲线 13根据得到的污泥过滤曲线，可以得到如下结论： 污泥的过滤速度均随过滤时间的延长而逐渐降低，5 种品牌的 PAM，在其投加率不同时，对污泥的过滤效果的影响也不一样。 当投加率较低时，1#，2#和 3#的过滤性能较好(相同时间内，最终过滤的水量最多)，4#和 5#效果较差；随着投加率的增加，5 种 PAM 的过滤性能均有所改善；但投加率0.4后，1#，2#和 3#的过滤性能开始变差，4#和 5#的过滤性能随投加率的增加而越来越好。 图 6 PAM 投加率为 0.4时污泥过滤曲线 根据试验结果，1#，2#和 3#的最佳投加率
16、均为 0.3%o，4#的最佳投加率为0.6，5#的投加率为 0.50.6。 1#，2#和 3#三种 PAM 在较低的投量下对污泥过滤性能的改善效果较好，在经济上具有优势。而 5#只有当投加率相对较高(达 0.6)时，才发挥一定的效果，说明非离子型 PAM 不适用于该污泥。上述结果与絮凝试验、污泥比阻试验结论基本一致。 根据表 5 中所列抽滤泥饼的含固率，可以看出当污泥的过滤性能较好时，滤饼的含固率也较高。 3 结论 (1)该水厂生产废水中污泥颗粒 76为粘粒，污泥中有机物组分达到 22.6。适当投加聚丙烯酰胺可以降低污泥比阻，改善脱水性能。 14(2)5 种 PAM 均有一定的除浊、脱色及去除 CODM。的效果；效果较好的为1#，2#和 3# PAM。 (3)当投加率为 11.6时，2#和 3#PAM 絮凝矾花相对较好，1#次之；但当投加率为 0.5时上清液余浊和色度较低。 (4)5 种 PAM 在较低的投加率时均可较大幅度地降低污泥的比阻，改善污泥的过滤性能，
