印染污泥有機含量高且組分復雜，通常含有大量的染料、助劑、表面活性劑和重金屬，如不妥善處置，容易對環(huán)境造成二次污染。污泥脫水是污泥處置的關鍵環(huán)節(jié)，目前對印染污泥處理處置的常用方式是通過壓濾脫水后進行焚燒處置。由于污泥脫水性能差，脫水困難，使得脫水后的泥餅量大且含水率高，增加了后續(xù)處理處置成本。通過調理改善印染污泥的過濾脫水性能，實現(xiàn)污泥的深度脫水，進一步降低泥餅的含水率和泥餅的產量，是降低污泥處置成本的有效途徑。

眾多研究者將一些通常稱為物理調理劑的惰性材料摻到污泥中進行調理，使其能在污泥中作為骨架構建體形成出水通道，從而提高污泥脫水性能。含碳材料褐煤、煤粉、礦物廢物飛灰、石膏、硅藻土等，生物廢棄物如稻殼、甘蔗渣、木屑和麥渣等都被用作調理劑調理污泥，研究表明均能一定程度提高污泥脫水性能。

木屑作為農林業(yè)生產的副產物，具有吸附、助濾和助燃等作用，在環(huán)境污染治理中具有廣泛的應用前景。研究表明，木屑作為污泥處理助濾劑，有利于污泥處理效果，增加污泥的燃燒熱值。Liu等用木屑調理污泥進行壓濾脫水，發(fā)現(xiàn)木屑有利于泥餅的自然干化，同時提高了泥餅的熱值，有利于污泥焚燒處置。Li等將木屑摻在污泥中，研究其對污泥干化過程的影響，結果表明木屑能夠增加泥餅空隙和水分散失的通道，從而提高污泥的干化速度。姚尚安等利用木屑調理污泥，用自制的壓濾裝置對污泥進行二次脫水，結果表明木屑調理能顯著降低泥餅的含水率。

投加木屑能改善污泥的過濾脫水過程，其對泥餅的骨架構建作用得到充分肯定，但現(xiàn)有文獻均以降低過濾比阻和降低泥餅的含水率為評價指標，從未提及木屑作為助濾劑對過濾得到的泥餅質量的影響。本文以木屑作為物理調理劑，單獨或結合FeCl₃和CaO進行試驗，以污泥比阻、泥餅含水率和泥餅質量變化率為指標，研究木屑單一調理以及FeCl₃-木屑、CaO-木屑聯(lián)合調理對污泥脫水性能的影響。結合SEM觀察和污泥可壓縮性變化，探究木屑調理的動力學因素，從污泥與木屑混合物的吸水平衡原理，分析木屑在污泥脫水過程中的熱力學因素，從正反兩個方面綜合評價木屑對印染污泥過濾脫水的作用。

1 材料與方法

1.1 材料

供試污泥取自寧波市華美線業(yè)有限公司污水處理站生化池，取回放于實驗室靜置濃縮。濃縮污泥置于4℃冰箱冷藏，防止變質，測定污泥中的含水率、揮發(fā)性固體懸浮物（VSS）質量濃度、pH、總懸浮固體（TSS）質量濃度、比阻（SRF）等指標，測定結果如下：

材料與試劑：木屑（松木木屑，粉碎后過篩得到粒徑在0.125～0.425mm之間的顆粒）、FeCl₃（分析純）、CaO（分析純）。

1.2 儀器

污泥比阻測定裝置，JJ-4A型六聯(lián)同步自動升降攪拌機，BSA224S-CW型電子天平，TM-3000臺式掃描電鏡，DZF真空干燥箱，秒表，溫度計。

1.3 方法

試驗前先從冰箱內取一定量污泥靜置升至室溫，每次取300mL污泥于500mL燒杯中，按一定干基比（調理劑與污泥中干固體的比例）加入調理劑，攪拌混勻，分3組進行比阻測定試驗，取其中數(shù)值較接近2組試驗結果的平均值。稱取泥餅質量，然后測定其含水率，再將干燥的泥餅置于掃描電鏡下觀察其微觀結構。

泥餅含水率測定采用重量差法，將泥餅放入干燥的表面皿中，置于105℃烘箱內干燥2h，取出待冷卻后稱取質量，根據(jù)質量差計算出其含水率。

2 結果與分析

2.1 單一調理

2.1.1 FeCl₃實驗

配制500mL質量濃度為100g/L的FeCl₃溶液，按干基比投加至污泥中，對污泥進行調理，攪拌均勻后進行污泥比阻試驗，分別測定污泥比阻、泥餅含水率并計算泥餅的質量變化率。

未調理污泥的比阻為2.45×10⁹s²/g，泥餅含水率為85.87%。FeCl₃調理污泥后，污泥比阻和泥餅含水率下降明顯。FeCl₃的投加量為3%DS時，污泥比阻下降至1.32×10⁹s²/g，泥餅含水率下降至78.05%，脫水性能得到改善。同時泥餅質量減少了25.52%，質量顯著減少，實現(xiàn)了污泥減量化。繼續(xù)增加投加量，污泥比阻和泥餅含水率下降不明顯，泥餅的質量減少率沒明顯提高，說明FeCl₃投加量為3%DS，污泥調理作用已經達到較理想的效果。

2.1.2 CaO實驗

按上述試驗步驟，投加CaO粉末調理污泥，進行比阻試驗。投加CaO于污泥中與水反應放熱，提高溫度能降低液體的黏度，從而提高了污泥脫水速率，降低污泥比阻，CaO投加量為60%DS時，污泥比阻從2.45×10⁹s²/g降至0.95×10⁹s²/g，泥餅含水率從85.87%降至73.21%。然而由于CaO投加于污泥中，形成微溶于水的Ca(OH)₂，從而增加了泥餅的質量；投加60%DS CaO，泥餅質量增長了6.68%。增加CaO的投加量時，泥餅質量繼續(xù)增長，且質量增長更加明顯。CaO投加量增加至100%DS時，污泥比阻降至0.62×10⁹s²/g，泥餅含水率降至70.03%。泥餅質量增加16.40%。大量的CaO會吸收大量的水分，從而顯著增加泥餅的質量。

2.1.3 木屑實驗

按一定干基比投加木屑調理污泥，進行比阻試驗。

投加木屑調理污泥能降低污泥比阻和泥餅含水率。當木屑投加量為60%DS時，污泥比阻下降至1.91×10⁹s²/g，泥餅含水率下降至75.67%，污泥脫水性能得到改善，當繼續(xù)增加投加量至100%DS時，比阻和含水率分別降至1.79×10⁹s²/g和74.29%，下降幅度有所降低。隨著木屑投加量增加，泥餅增長幅度越來越大。投加60%DS木屑，泥餅質量增長了10.74%；投加100%DS木屑時，泥餅質量增長了28.24%。這是由于木屑本身吸水，吸收的水分很難被脫除，投加過多的木屑使得脫除的水分減少，含水率下降不明顯。

2.2 聯(lián)合調理

2.2.1 FeCl₃-木屑實驗

一般認為，物理與化學聯(lián)合調理對污泥的過濾脫水作用更好。試驗先投加3%DS的FeCl₃對污泥進行調理，然后再分別投加一定量的木屑，對污泥進行二次調理，攪拌均勻后進行污泥比阻試驗。

FeCl₃和木屑聯(lián)合調理具有協(xié)同作用，對污泥比阻和泥餅含水率的降低作用更顯著。投加3%DS FeCl₃和60%DS木屑聯(lián)合調理時，污泥比阻降至0.87×10⁹s²/g，比未調理的污泥降低了64.49%；泥餅含水率降至73.32%，比未調理污泥降低了12.55%，與單一木屑或FeCl₃調理相比，FeCl₃-木屑聯(lián)合調理對污泥脫水性能作用更優(yōu)。同時由于木屑吸水，導致污泥中可脫除的水分減少，使得泥餅質量增加，削弱了FeCl₃對污泥的減量作用，投加60%DS木屑調理后，比FeCl₃單獨調理的泥餅的質量增加了13.42%；投加100%DS木屑，泥餅的質量增加了21.26%。

2.2.2 CaO-木屑實驗

根據(jù)CaO對污泥的調理結果，也同時考慮到CaO投加量過多會使泥餅增加，先投加60%DS CaO對污泥進行調理，然后再投加一定量的木屑對污泥進行二次調理試驗，研究聯(lián)合調理對污泥脫水性能的影響。

CaO-木屑聯(lián)合調理能顯著降低污泥比阻和泥餅含水率。當CaO和木屑的投加量都為60%DS時，污泥比阻降至0.58×10⁹s²/g，比未調理的污泥降低了76.33%；泥餅含水率降至68.56%，比未調理污泥降低了21.29%，含水率下降明顯。當木屑投加量為100%DS時，污泥比阻下降至0.49×10⁹s²/g，泥餅含水率下降至67.04%。由于CaO和木屑都會吸收水分，導致污泥泥餅的質量顯著增加。CaO和木屑投加量均為60%DS時，泥餅質量增長11.16%，木屑投加量為100%DS時，泥餅質量增長24.35%。

3 討論

FeCl₃可通過壓縮雙電子層、網捕、架橋等作用，將污泥顆粒聚集起來，形成大絮團，擠出顆粒間的間隙水，提高污泥的脫水性能。CaO通過提高污泥的pH和水解放熱，破壞以蛋白質為基礎的細胞壁和酶、酸性RNA、碳水化合物等細胞組織和油脂，并釋放少量細胞內部水，同時石灰在污泥中形成多孔網格狀骨架，改善污泥的過濾性能。

木屑作為一種物理助濾劑，主要作用在于構建骨架，與前兩者明顯不同，可從SEM觀察中得到解釋，其對印染污泥進行單一或聯(lián)合調理的作用機理，可從以下方面進行討論。

3.1 泥餅結構SEM觀察

將干燥后的泥餅預置于掃描電鏡下，觀察它們的微觀結構，從微觀角度分析調理機理。

污泥在抽濾過程中，水分不斷減少，污泥底部逐漸形成一層泥餅，隨著脫水過程的進行，泥餅越來越致密，出水通道越來越小，導致出水越來越困難。未調理污泥的泥餅致密，沒有任何通道。FeCl₃和CaO調理過的污泥泥餅仍舊致密，沒有形成任何通道。投加木屑調理污泥時，因為木屑嵌入污泥中，發(fā)揮骨架構建作用，提供了許多的通道。同時木屑本身具有一定強度，降低污泥可壓縮性，使污泥在壓縮過程中不易變形，保持泥餅通透性。木屑調理污泥的泥餅疏松，形成許多通道，從而改善污泥脫水性能。

3.2 泥餅的可壓縮性

泥餅可壓縮性是用來表征污泥物理結構是否結實。低可壓縮性意味著污泥結實，在壓縮過程中不易變形，不易導致污泥致密堵塞出水孔道，可滲透性強。

原污泥的可壓縮性系數(shù)（可壓縮性系數(shù)就是反應污泥可壓縮性能的指標）為1.18，木屑調理的污泥可壓縮性系數(shù)降低至0.98。原因是木屑顆粒堅硬，與污泥顆粒結合提高了污泥的抗壓強度，從而降低了污泥的可壓縮性。此外FeCl₃-木屑聯(lián)合調理的污泥可壓縮性系數(shù)為0.85，CaO與木屑聯(lián)合調理污泥時，污泥可壓縮性降低至0.73。

3.3 泥餅的吸水平衡

印染污泥中投加木屑后形成混合污泥，過濾脫水后得到的是混合泥餅。物理調理劑并不能改變印染污泥顆粒的性質，混合泥餅中木屑與污泥顆粒在一定壓力下各自保持吸水平衡，平衡狀態(tài)下木屑的飽和含水率低于污泥的含水率，導致混合泥餅的飽和含水率介于兩者之間。

木屑調理降低了泥餅含水率，但以泥餅質量顯著增加為代價，這顯然不利于污泥的減量化。含水率降低的實質是木屑投加使得泥餅中的固體質量增加，而并非是因為木屑調理使得更多的水分被脫除，相當于采用木屑對印染污泥進行一定程度的稀釋作用。

其他物理助濾劑如褐煤、粉煤灰、石膏、稻殼等對污泥的調理作用與木屑一樣，也只起到骨架構建作用，加速污泥的過濾速度，雖然能降低污泥的含水率，但并非是因為多脫除了污泥中的水分，而僅僅是因為投加的調理劑在污泥中起到稀釋作用，而泥餅質量反而是增加的，無法達到污泥減量的效果。

4 結論

通過試驗研究和機理分析，驗證木屑助濾劑對印染污泥脫水過程具有正反兩方面的作用：

（1）木屑助濾劑作為骨架構建劑能起到良好調理作用，能有效降低污泥比阻，改善污泥的脫水性能，提高污泥的脫水速度。當木屑投加量為干固體的100%時，污泥比阻2.45×10⁹s²/g降至1.79×10⁹s²/g。聯(lián)合調理投加量分別為3%DS FeCl₃-100%DS木屑、60%DS CaO-100%DS木屑時，比阻分別降至0.93×10⁹s²/g、0.49×10⁹s²/g。

（2）木屑調理能夠降低泥餅含水率，但以泥餅質量顯著增大為代價，不利于污泥減量化。當木屑投加量為干固體的100%時，含水率從85.87%降至74.29%，但泥餅質量增加28.24%。聯(lián)合調理投加量分別為3%DS FeCl₃-100%DS木屑、60%DS CaO-100%DS木屑時，泥餅含水率分別降至69.18%和67.04%，泥餅的質量分別增加了21.26%和24.35%。