摘要：聚合氯化鋁（PAC）水解產(chǎn)生正電荷且具有長鏈架橋作用，實驗研究其對污泥絮體、脫水性能和沉降性能的影響。結(jié)果表明，PAC投加量為0.136g/g（干重，下同）時，濾餅的含水率較低，為72.55%，而投加量為0.149g/g時，離心上清液濁度較低，為17NTU，且沉降性能得到了明顯的改善。這是因為PAC的投加，既改變了污泥絮體的結(jié)構(gòu)，也增強(qiáng)了污泥的團(tuán)聚能力，從而改善了污泥的脫水性能和沉降性能。

污泥是城市污水處理產(chǎn)生的副產(chǎn)物。隨著城鎮(zhèn)化的加快，污水量也在不斷地增加，污泥的產(chǎn)量也在不斷地增多。污泥含水率高，且有大量的有毒有害物質(zhì)，如果處置不當(dāng)，則會產(chǎn)生二次污染。

污泥的傳統(tǒng)處置方法有填埋、焚燒、土地利用等，但是它們的應(yīng)用都因為污泥的高含水率等問題受到局限，因此，降低污泥的含水率是解決污泥處理難題的關(guān)鍵。目前的污泥處理中，通常是加入高分子無機(jī)絮凝劑使其絮凝脫水，既利用高分子的橋架絮凝作用，又能夠中和污泥上的負(fù)電荷，使粒子增加凝聚力，改善污泥的脫水性能。波濤聚合氯化鋁廠家通過添加聚合氯化鋁（PAC）來改善污泥的脫水性能，并研究其改善污泥脫水性能的機(jī)理。

1、實驗部分

1.1材料與儀器

污泥取自某污水處理廠污泥調(diào)節(jié)池，采樣后置于冰箱冷藏保存。為了保證實驗的可比性，實驗污泥均在采樣后5天內(nèi)用完。污泥含水率為92.62%，pH為6.71。

主要化學(xué)試劑：聚合氯化鋁（PAC）；所用水均為蒸餾水。

主要儀器：BS224S型電子天平；DBJ-623型電子變速攪拌機(jī)；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱；UV-2500紫外分光光度計；2XZ-1型旋片式真空泵。

1.2實驗方法

1.2.1污泥處理方法

在6個500mL的燒杯中分別加入400mL污泥，以及一定量的PAC，在150r/min轉(zhuǎn)速下攪拌1min，然后50r/min轉(zhuǎn)速下攪拌5min，使得PAC與污泥充分反應(yīng)。

1.2.2污泥沉降性能的測定

量取100mL污泥，投入一定量的PAC，采用1.2.1中的處理方法進(jìn)行制備，然后倒入100mL量筒中，按照污泥沉降實驗方案中的規(guī)定，每隔幾分鐘（由于污泥沉降的特性間隔時間逐漸延長）記錄一次污泥體積，共計時30min。在相同條件下，改變投加PAC的量，得到一組數(shù)據(jù)以比較污泥的沉降性能。

1.2.3濾餅含水率的測定

將100mL經(jīng)過處理后的污泥倒入布氏漏斗，在恒定的壓力（0.075MPa）下抽濾一段時間，然后取出部分污泥泥餅置于表面皿中，于烘箱中105℃恒溫烘干至恒質(zhì)量，冷卻后稱質(zhì)量，后代入式（1）計算濾餅的含水率：

α=（W₂-W₃）/（W₂-W₁）×100% （1）

式（1）中α為濾餅含水率，%；W₁為空蒸發(fā)皿質(zhì)量，g；W₂為蒸發(fā)皿質(zhì)量+濕樣質(zhì)量，g；W₃為蒸發(fā)皿質(zhì)量+干樣質(zhì)量，g。

1.2.4過濾速度的測定

將100mL經(jīng)過不同處理后的污泥放于布氏漏斗，恒定過濾壓力為0.075MPa。每隔20s記錄一次濾液體積，共計3min。在抽濾過程中不斷地調(diào)整壓力，使其保持恒定。通過濾液體積的變化，考察PAC對污泥過濾速度的影響。

1.2.5濾液中蛋白質(zhì)含量的測定

取100mL處理后的污泥，真空抽濾后取其濾液，采用雙縮脲法，在紫外條件下測出吸光度，再以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白測定出濾液中胞外蛋白質(zhì)含量。標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定是在相同的外界條件下進(jìn)行。

2、結(jié)果與討論

2.1PAC對污泥絮體結(jié)構(gòu)的影響

污泥的胞外聚合物EPS是污泥絮體的重要組成部分，它對污泥的沉降、自身絮凝等都有很重要的影響。EPS的成分很復(fù)雜，但是其中含量較多的是蛋白質(zhì)。實驗中，測定投加PAC后污泥濾液中蛋白質(zhì)的含量來考察其對污泥絮體的影響，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著PAC投加量的增加，濾液中蛋白質(zhì)的含量在不斷地增加。這可能是因為，PAC水解生成的陽離子吸附在污泥絮體的表面，使得污泥表面的EPS不斷地減少，且溶于水中，從而導(dǎo)致濾液中的蛋白質(zhì)含量增加。

2.2PAC對污泥脫水性能的影響

2.2.1對過濾速率的影響

圖2顯示的是經(jīng)過PAC處理后污泥的過濾速率。可見原泥在180s內(nèi)的過濾速率基本上沒有變化，而經(jīng)過處理的污泥在180s內(nèi)過濾速率變化很明顯地經(jīng)歷了快速過濾和壓縮固化階段。圖2表明，投加PAC能夠顯著地提高污泥的過濾速度。

2.2.2對濾餅含水率的影響

PAC投加量對濾餅含水率的影響如圖3所示。從圖3可以看出，隨著PAC投加量的增加，污泥濾餅的含水率不斷地減少后趨向于穩(wěn)定。當(dāng)投加量為0.136g/g時達(dá)到很低值，為72.55%，當(dāng)投加量增加時，濾餅的含水率又略有上升，這可能是因為過量的PAC使得污泥的顆粒又帶上正電荷，造成污泥顆粒間的正電荷排斥分散，使得污泥脫水困難。

2.2.3對離心性能的影響

離心性能通常是用上清液的濁度來評價的，因此，實驗中通過測定離心后上清液的濁度，來考察PAC對污泥離心性能的影響。在離心時間5min，轉(zhuǎn)速3000r/min，PAC不同投加量條件下，上清液濁度如圖4所示。從圖4可以看出隨著PAC投加量的增加，上清液的濁度在不斷地降低，在0.149g/g時達(dá)到較低值，為17NTU，而當(dāng)PAC的投加量繼續(xù)增加時，上清液濁度又呈現(xiàn)上升趨勢。這可能是因為，PAC長鏈的橋架吸附作用，使污泥形成較大的絮體，污泥的離心性能得到提升，但是過量的PAC又會使得PAC的長鏈不能得到有效的伸展，造成PAC的絮凝作用被削弱，從而污泥的離心性能反而變差。

2.3PAC對污泥沉降性能的影響

經(jīng)過不同量的PAC處理后的污泥的沉降體積隨時間的變化如圖5所示。從圖5可以看出，隨著PAC投加量的增加，污泥的沉降性能不斷地提高，并且污泥的沉降體積也在變小。實驗結(jié)果表明：PAC釋放出的Al³⁺能夠中和污泥顆粒上的負(fù)電荷，使污泥的絮體團(tuán)聚變大，從而便于絮凝；同時PAC的高分子長鏈的吸附橋架作用，也能夠促進(jìn)污泥顆粒的絮凝沉降，使得污泥的沉降性能得到提高，但是過量的PAC又可能會使污泥顆粒帶上正電荷，造成正電荷排斥現(xiàn)象，所以過量的PAC又會使得污泥的沉降性能變差。

3、結(jié)論

實驗結(jié)果表明，在污泥處理過程中添加聚合氯化鋁（PAC），可明顯改善污泥的脫水性能，具體為：

（1）當(dāng)PAC投加量為0.136g/g時，濾餅的過濾含水率較低，為72.55%，而投加量為0.149g/g時，離心上清液濁度較低，為17NTU。

（2）投加PAC能夠改變污泥的絮體結(jié)構(gòu)，使得污泥表面的EPS脫落，改善其脫水性能、脫水速度和沉降性能。

（3）PAC釋放出的Al³⁺能夠中和污泥顆粒上的負(fù)電荷，并通過高分子長鏈吸附橋架作用改善污泥的絮凝沉降性能。另外，投加過量的PAC，使污泥顆粒帶正電荷，造成排斥作用，反而使沉降性能變差。