在城市污水處理過程中，往往會產生大量的污泥，包括初沉池污泥、二沉池剩余污泥及消化污泥，其體積約占總處理水量的0.3%～0.5%。這些污泥含水量高達95%～99%，因此必須進行脫水處理，以減少污泥的質量和體積，為后續處理處置打下良好基礎。污泥脫水的關鍵是改善其脫水性能，通常采用投加絮凝劑對污泥進行調理。本文擬采用一種無機絮凝劑聚合硫酸鐵（PFS），和三種有機絮凝劑：丙烯酸鈉-丙烯酸酰胺共聚物、異丁烯酸-甲基丙烯酸共聚物以及陽離子聚丙烯酰胺（PAM）對城市污水處理廠所產生的污泥進行絮凝脫水研究，以確定較佳的絮凝劑投加量，并對影響絮凝脫水過程的因素進行了探討。

1 材料與方法

1.1 污泥來源

本試驗污泥分別取自鄭州市城市污水處理廠二沉池剩余污泥、消化污泥以及初沉池和濃縮剩余污泥的混合污泥。其中剩余污泥首先在實驗室進行自由沉降2h，取下層濃縮污泥作為試驗污泥樣品。試驗泥樣保存在4℃冰箱中，試驗過程中，泥溫保持在13℃，pH=6.8。

1.2 試驗藥劑

試驗用絮凝劑如下表所示：

1.3 試驗過程

1.3.1 初步篩選試驗

分別取100mL污泥放入6個250mL燒杯中，加入不同劑量的絮凝劑，并用玻璃棒進行攪拌，先快速攪拌10～15次，然后慢速攪拌35～40次，靜置10min后倒入布氏漏斗中進行過濾，記錄濾液達到15mL所需的時間。采用不同的絮凝劑重復上述步驟，對絮凝劑進行初步篩選，并確定每種絮凝劑的投加量范圍。

1.3.2 較佳絮凝劑的確定

準備100mL的待測泥樣，分別按照不同投加量加入各種絮凝劑，測試污泥比阻值。根據實驗結果，結合經濟分析，確定較佳的絮凝劑及投加量。

1.3.3 污泥脫水影響因素試驗

采用較佳的絮凝劑及投加量，并選擇不同的過濾壓力、pH值和攪拌速度，通過測試污泥比阻，探討不同操作條件對污泥絮凝脫水性能的影響。

1.4 測試項目和方法

污泥比阻（r）反應了單位重量的污泥在一定壓力下過濾時，單位過濾面積上濾餅單位干重所具有的阻力，通常用來衡量污泥脫水性能的好壞及難易程度。本試驗采用自制的污泥比阻測試裝置。

取100mL污泥倒入比阻測定裝置的布氏漏斗中（事先鋪一張直徑略小于漏斗內徑的濾紙，其面積測得為0.0079㎡，周邊用水濕潤），依靠重力過濾約1min（記錄量筒中的濾液量，在分析時減去此值），然后在0.05MPa真空度下進行定壓抽濾，每間隔10s記錄不同抽濾時間t時的濾液體積V值，等濾速減慢后，每隔30s或60s記錄濾液體積，直至濾餅破裂，真空度破壞或持續過濾20min結束。理論上講，t/V與V成直線關系，其斜率就是比阻公式r=2bPA²/μC中的系數b；布氏漏斗的內底面積即為過濾面積A；抽濾結束后將布氏漏斗中濾紙上所截留下來的濾餅烘干，所得干物重量與抽濾液總重量之比就是C；再用黏度計測定濾出液的黏滯度μ，根據公式計算出污泥的比阻值。

2 結果與討論

2.1 絮凝劑的初步篩選

在污泥中加入不同的絮凝劑，并進行過濾，從過濾結果可以看出：使用任意一種絮凝劑，過濾時間均隨著絮凝劑投加量的增加呈現先降低后上升的趨勢，過濾時間的波谷出現在絮凝劑投加比為3%～5%的區域附近。同時，試驗結果表明，異丁烯酸-甲基丙烯酸共聚物過濾時間明顯較長，而其余三種絮凝劑過濾時間較短，且比較接近。因此，選擇此三種絮凝劑用于下一步實驗。

2.2 較佳絮凝劑的確定

2.2.1 原污泥比阻試驗

首先對各種原污泥進行空白試驗，測得各原污泥的比阻值為：濃縮污泥r=31.995×10¹²m/kg；濃縮混合污泥r=39.396×10¹²m/kg；消化污泥r=44.253×10¹²m/kg。

一般來說，比阻＜1××10¹¹m/kg的污泥易于脫水，大于1×10¹³m/kg的污泥難以脫水。因此可以看出，本試驗的原污泥均為不易脫水污泥，需要投加絮凝劑進行化學調節。

2.2.2 絮凝劑對污泥比阻的影響

向濃縮污泥、濃縮混合污泥、消化污泥三種污泥中依次投加PFS、PAM以及丙烯酸鈉-丙烯酸酰胺共聚物三種絮凝劑，進行污泥比阻的測試，確定每種污泥所使用的不同絮凝劑的較佳投加量。

從測試結果可以看出，隨著PFS投加量的增加，污泥比阻值先降低后升高。PFS是一種多羥基、多核絡合體的陽離子型無機高分子絮凝劑。PFS可以與水以任意比例快速混合，在其水溶液中含有大量[Fe₂(OH)₃]³⁺、[Fe₂(H₂O)₆]³⁺、[Fe₃(OH)₃]⁶⁺等聚合體絡合離子，這些正離子能夠吸附于膠體顆粒及懸浮物表面，中和其表面負電荷，降低污泥顆粒的ζ電位，使污泥膠體顆粒由原來的相互排斥變成相互吸引，促使膠體顆粒凝聚。但是，超過較佳投加劑量后，污泥顆粒帶上正電荷，ζ電位上升，污泥顆粒重新相互排斥，污泥脫水性能降低。

采用PAM也有一個較佳投加量，超過此值則絮凝效果下降。PAM是一種高效的有機高分子絮凝劑。在絮凝過程中，當高分子濃度較低時，吸附在顆粒表面上的高分子長鏈可能同時吸附在另一個顆粒的表面，通過架橋方式將兩個或更多的微粒連在一起，從而導致絮凝。本試驗采用的PAM為陽離子型，在起吸附架橋作用的同時，還可對帶電荷的污泥膠體顆粒產生電中和作用，獲得更好的絮凝效果。但是如果投加過量，溶液中高分子濃度過高，使顆粒表面完全被所吸附的高分子覆蓋，架橋作用大大減弱，而且過量的陽離子會使污泥顆粒又帶上了正電荷，重新相互排斥，絮凝效果快速下降。

投加丙烯酸鈉-丙烯酸酰胺共聚物絮凝劑，隨著投加量的增加，其比阻值變化也具有先降低后升高的特征。丙烯酸鈉-丙烯酸酰胺是日本生產的一種新型共聚性有機高分子絮凝劑，其分子量達到900萬左右，通過吸附架橋作用使污泥膠粒得以絮凝。

對這三種絮凝劑的較佳投加量及所得到的污泥比阻值進行比較，結果見下表：

綜合分析結果顯示，在同等真空度條件下，濃縮污泥和混合污泥消耗各種絮凝劑用量較少，消化污泥消耗藥劑較多。一般認為，有機污泥的絮凝劑的用量由兩部分構成，一部分是固體組成需要量，它取決于濕污泥中揮發性固體的含量；另一部分則是液體組成需要量，它取決于污泥中所溶解的生化產物。生污泥經厭氧消化后，其揮發性固體的含量雖然有所降低，但是在甲烷發酵期，會同時生成鈣、鎂、銨的碳酸鹽，使消耗于液相組分的絮凝劑增加。因此，對于消化污泥來說，直接投加絮凝劑是不經濟的，可 行洗滌處理，降低堿度，同時洗去部分顆粒很小，表面積很大的膠體顆粒，從而節省絮凝劑的用量。

2.2.3 經濟指標分析

絮凝劑的價格和投加量與污泥處理費用密切相關，因此選擇一種絮凝效果好，且價格低廉的絮凝劑可以有效減少污水處理廠的運行費用。以濃縮污泥為例，根據這三種絮凝劑目前的市場價格進行經濟分析，如下表所示：

通過比較可知，處理1t干泥PFS的費用較低，但是PFS投加量很大，給后續處理處置造成一定困難。而且在試驗中可以看出，PFS形成的絮體較小，并不適合實際機械脫水使用；PAM是目前常用的、效果也比較好的有機高分子絮凝劑，在降低污泥比阻、提高脫水性能方面具有用量少、效果好等優點；丙烯酸鈉-丙烯酸酰胺共聚物是日本生產的一種新型的共聚性有機高分子絮凝劑，其脫水效果較好，但是成本較高，且需要進口。因此，根據技術經濟比較，確定PAM為較佳絮凝劑，其較佳投加量為2.45kg/t干泥。

2.3 污泥脫水影響因素試驗

目前，在一些中小型污水處理廠，一般直接對剩余污泥進行機械脫水。因此本試驗以濃縮污泥為試驗對象，對污泥脫水的工藝條件進行研究。在試驗過程中，每100mL污泥中加入6mL聚丙烯酰胺（0.1%）。

2.3.1 過濾壓力對污泥比阻的影響

一般隨著過濾壓力的升高，過濾速度加快。濃縮污泥的比阻隨著過濾壓力而變化，由比阻的測試和計算方法可知，污泥比阻與過濾壓力成正比。隨著過濾壓力的增加，污泥比阻持續增大，雖然此時過濾速度加快，但是由于壓力過大，過濾介質容易堵塞，過濾速度提高不大。因此，在實際中，應根據不同的情況，通過實驗選擇適當的過濾壓力。

2.3.2 pH值對污泥比阻的影響

溶液pH的改變，影響污泥膠體顆粒及絮凝劑的電離度，從而影響分子鏈的伸展程度、溶解度以及基因的結合能力，因此體系的pH對絮凝效果有著明顯的影響。pH在6～8范圍內，污泥比阻值較小，脫水性能較佳。實驗測得濃縮污泥的pH在7左右，因此在脫水時，不需要投加助凝劑調節pH值，可直接進行脫水處理。

2.3.3 攪拌速度對污泥比阻的影響

當污泥中加入絮凝劑后，快速攪拌15s，使藥劑迅速均勻分散到水中，然后再慢速攪拌15min，促使顆粒碰撞凝聚，測試其比阻值。

絮凝是一個復雜的化學動力學過程，攪拌速度對絮凝效果有較大的影響。如果攪拌不充分，則絮凝劑和污泥不能進行充分混合，從而影響絮凝效果；如果攪拌太過強烈，又會把已經形成的絮體打碎，也對絮凝過程不利。在實際應用中，應通過實驗來確定較佳的攪拌條件，并進口將經過化學調理的污泥進行脫水處理。

3 結論

（1）本試驗對濃縮污泥、混合污泥及消化污泥分別投加4種絮凝劑進行絮凝脫水處理，以污泥比阻為指標，通過對不同絮凝劑的較佳投加量以及經濟分析，確定聚丙烯酰胺為較佳絮凝劑，其較佳投加量為2.45kg/t干泥。

（2）從絮凝劑用量上來看，濃縮污泥所需的絮凝劑量較少，消化污泥所需絮凝劑量較大。

（3）隨著過濾壓力的升高，污泥的過濾速度加快，但是污泥的比阻值上升，脫水性能下降，過濾壓力對污泥比阻影響較大。

（4）污泥pH值在6～8范圍內時，其脫水性能較佳。

（5）攪拌速度對污泥絮凝反應有較大影響，太快或者太慢對于絮凝過程都是不利的，應通過實驗確定較佳的攪拌條件。