增強(qiáng)垃圾滲濾液處理廠污泥脫水性能的研究
【蘭州純水設(shè)備http://www.shequ6.cn】以污泥比阻( SＲF)、毛細(xì)吸水時(shí)間(CST)、Zeta 電位作為污泥脫水性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)顯著影響污泥脫水性能的絮凝劑的添加條件進(jìn)行優(yōu)化，并結(jié)合傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIＲ)對(duì)污泥脫水機(jī)理進(jìn)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(duì)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(jī)理上表明，PAM、Al3 + 、Fe3 + 能夠與 污泥的 O—H 等官能團(tuán)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(chǎng)污 泥脫水性能。
西安市江村溝垃圾填埋場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行以來(lái)，對(duì)滲濾液剩余污泥采取超濾、污泥濃縮、PAM 脫水、外運(yùn)處理，該法也是目前國(guó)內(nèi)對(duì)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(yù)處理以及臭氧處理等，但這些方法存在污泥脫水難、費(fèi)用高等問(wèn)題。
該廠經(jīng) PAM 脫水后的剩余污泥含水量仍高達(dá)75% ，不滿足填埋要求，為解決該問(wèn)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(xì)吸水時(shí)間(CST)、Zeta 電位作為污泥脫水性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)顯著影響污泥脫水性能的絮凝劑的添加條件進(jìn)行優(yōu)化以進(jìn)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(chǎng)滲濾液污泥脫水方案。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1． 1 材料與儀器
剩余污泥、陽(yáng)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?jǐn)?shù) 38% )、Al2 ( SO4 )3 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)87% )均為工業(yè)品。 304B CST 測(cè)定儀;DHG-9023A 恒溫鼓風(fēng)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(shí)驗(yàn)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(yáng)離子 PAM，置于攪拌機(jī)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(rùn)濕、蒸餾水稀釋、抽濾、烘干等條件下測(cè)毛細(xì)吸水時(shí)間、Zeta 電位、污泥比阻、FTIＲ光譜各項(xiàng)指標(biāo)。
1． 3 性能測(cè)試
1.3.1 污泥毛細(xì)吸水時(shí)間 ( CST)
分別取 50 mL 經(jīng) PAM、FeCl3、Al2 ( SO4 )3 調(diào)理過(guò)的污泥和空白污泥，倒入直徑為 15 mm 的玻璃圓柱，濾紙潤(rùn)濕半徑20 mm 所用時(shí)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(cè)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(jìn)行抽濾。記下過(guò)濾時(shí)間 t(s)和濾液體積 V(m3)，利用 t /V 對(duì) V 作曲線，該曲線的斜率為 b。根據(jù)下式(1)計(jì)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(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2． 1 PAM 對(duì)污泥脫水性能的影響
表 1 為 PAM 投加體積比對(duì)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(fù)電荷的顆粒組成。開(kāi)始階段，隨著陽(yáng)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(dāng) PAM 體積投加比為 1 /6，滲濾液剩余污泥的 CST 和 SＲF 達(dá)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(dāng) PAM 體積投加比增大到 1 /5 時(shí)，污泥的 CST、SＲF 出現(xiàn)回升，此時(shí)可能由于過(guò)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(gè)反應(yīng)過(guò)程中由于陽(yáng)離子 PAM投加體積比不斷增加，使得污泥顆粒表面引入的陽(yáng)離子不斷增加，因此 Zeta 電位不斷增加，但是 Zeta電位的過(guò)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(shí)，FeCl3 溶液投加量對(duì)污泥脫水性能的影響見(jiàn)表 2，先加入的陽(yáng)離子 PAM 對(duì)污泥進(jìn)行電荷中和作用，使污泥膠體脫穩(wěn)。在開(kāi)始階段，一方面投加 FeCl3 發(fā)揮絮凝的作用，形成污泥絮團(tuán)，在此過(guò)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(kāi)始階段污泥表面的 CST 和 SＲF 不斷減小，當(dāng) FeCl3 投加量為 1 mL 時(shí) CST 和 SＲF 達(dá)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(dǎo)致污泥的 CST 與 SＲF 回升，但是隨著陽(yáng)離子的不斷引入，后階段的 Zeta 電位也是呈上升趨勢(shì)，此時(shí)由于 Fe3 + 與 PAM 中陽(yáng)離子基團(tuán)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(shí)，Al2 ( SO4 ) 3 溶液投加量對(duì)污泥脫水性能的影響如表 3 所示，先加入的陽(yáng)離子 PAM 對(duì)污泥進(jìn)行電荷中和作用，使污泥膠體脫穩(wěn)。在開(kāi)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(tuán)。在此過(guò)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(dāng) Al2 ( SO4 )3投加量為 1 mL 時(shí)，CST 和 SＲF 達(dá)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(dǎo)致污泥的 CST 與 SＲF 回升。由于 Al3 + 與 PAM 中陽(yáng)離子基團(tuán)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(yáng)離子的不斷引入仍然呈上升趨勢(shì)。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(jiàn)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(duì)應(yīng)于 O—H 的伸縮振動(dòng)帶和 PAM 官能團(tuán)C ＝O、C—N的伸展帶，官能團(tuán)和 Gulnaz 等、Laurent 等的報(bào)道相似)吸收峰逐漸增強(qiáng)，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(cè)出更多的 O—H 官能團(tuán)以及 C ＝O、C—N 官能團(tuán)。正是由
于 O—H 官能團(tuán)和 C ＝O、C—N 官能團(tuán)、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(qiáng)。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(qiáng)。
(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(jì)和污泥脫水性能考慮，對(duì)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。蘭州去離子水設(shè)備，蘭州水處理設(shè)備， 工業(yè)純水設(shè)備，醫(yī)院用純水設(shè)備。銀川純水設(shè)備
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