自來水廠產生的廢水主要來自沉淀池或澄清池的排泥水和濾池的反沖洗水。生產廢水經過濃縮池處理后產生的污泥，如直接進行脫水處理，其脫水效果很差，須進行各種調理過程。污泥調理的方法較多，大體可以分為兩大類：化學調理和物理調理。加藥調理主要有石灰處理、酸處理、堿處理、高分子絮凝劑和無機混凝劑處理等；不加藥處理包括熱處理、冷凍處理等技術，而混凝劑調理為較常用的污泥脫水前處理技術。

北京市第九自來水廠每天產生的含水率為98%～99%的濃縮污泥約1000t。污泥脫水采用離心方式，為了達到較好的泥水分離效果，污泥調理過程中投加了大量的PAM，但是脫水效率依然較低，泥餅含水率約為80%。由于脫濾液的水質較差，而且受到高濃度PAM的污染，所以無法回用，只能直接排放，不僅浪費大量的水資源，并且嚴重污染了周圍河道。因此，本研究擬采用隔膜壓濾技術，并篩選出與其相適宜的污泥調理技術： ，實現污泥深度脫水，在污泥脫水過程中削減污泥量；第二，清液回用。隔膜壓濾機過濾壓力高，可以選用致密的濾布，通過濾布截留和濾餅層過濾，獲得清澈的濾液。因此，在保證污泥高效脫水的基礎上，達到回用污泥脫水清液的目的，從而實現水廠排泥水零排放。

1 試驗部分

1.1 水廠污泥基本情況介紹

第九自來水廠每天產生的含水率為98%～99%的濃縮污泥約1000t。污泥中主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵、PAM和少量有機質。污泥密度為1g/cm3。小試污泥除PAC與石灰復配試驗含水率為97.77%外，其他各組試驗污泥原始含水率均為98.4%。

1.2 污泥調理藥劑

3種無機混凝劑（氯化鐵、PAC和石灰）、1種有機混凝劑（PAM）。其中，氯化鐵和PAC均為液體藥劑，其質量濃度和氧化鋁含量分別為38%和10%。

1.3 污泥調理和脫水試驗

1.3.1 小試

（1）污泥調理過程。

取500mL污泥置于1000mL塑料燒杯中。開啟攪拌裝置（ZR4-6混凝試驗攪拌機），在快攪速度為200r/min的條件下加入不同比例的氯化鐵、PAC和石灰等藥劑，30s后降速至100r/min攪拌2min，然后進行SRF測定實驗。對于復配實驗，按按照試驗配比投加氯化鐵和PAC，然后加入石灰，繼續攪拌，直至大部分氫氧化鈣溶解。

（2）SRF的測定。

SRF試驗的操作如下：取待測污泥樣品100mL于量筒中，在恒定氣壓P=0.9MPa的條件下過濾（Jk-0.3型），每隔10s記錄一次濾液體積，直到漏斗中濾餅層出現裂縫為止，停止抽濾，利用差量法測定濾餅含水率，然后進行污泥比阻測定。

1.3.2 中試

（1）中試裝置。

選用小型隔膜壓濾機及其配套設備，主要有空壓機（可提供壓力為8kg）、高壓清洗機、調理罐（配有可調速攪拌機）和氣動隔膜泵。壓濾面積約為4.5㎡，濾室總容量約為0.12m3，濾布孔徑為5μm。濾板材質為增強聚丙烯，規格為0.8m×0.8m×0.03m。

（2）污泥的調理。

每次向污泥調理罐中裝入1t濃縮污泥。然后在攪拌條件下，按照一定量加入氯化鐵、PAC、石灰或者復配藥劑，持續攪拌5min開始進料。

（3）壓濾操作過程。

開啟液壓裝置，將濾板壓緊，壓力為22～27kg保壓。整個壓濾過程包括注滿、低壓（0～8kg）壓濾和高壓（15～16kg）壓榨三步，每次進料量為0.5～0.6t。其中注滿時間約為5min，低壓壓濾持續80min，高壓壓榨維持20min。退去液壓，打開濾板。

2 結果和討論

2.1 小試結果

2.1.1 單一藥劑投加對Zeta電位的影響

原始Zeta電位為-22.27mV。隨著氯化鐵投加量的增加，Zeta電位逐漸上升。當氯化鐵和PAC投加量分別為0.24,0.15g/L時，Zeta電位出現0點。可以看出，PAC的電中和能力略高于氯化鐵。

2.1.2 單一藥劑投加對Zeta電位和污泥比阻的影響

根據實驗室小試結果顯示，PAM投加后形成絮體較大，但是由于其絮體強度不高，而且黏性較強，在高壓條件下容易變形堵塞濾孔，從而并沒有有效改善污泥的高壓壓濾脫水性能。這說明單獨使用PAM作為隔膜壓榨的調理藥劑是不可行的。

隨著氯化鐵投加量的增加，SRF先降低后升高，在0.39g/L時，SRF出現極小值為9.3×10¹¹m/kg，而此時污泥的Zeta電位為22.83mV。污泥脫水性的改善：一方面依靠無機混凝劑的電中和作用實現絮凝；另一方面污泥中存在混凝處理過程中投加的PAM和本身含有的黏性膠體顆粒物，使得污泥的黏性較高，投加無機混凝劑不但可以依靠形成的水解產物與PAM和黏性膠體物質結合降低污泥的黏度，還可以提高污泥的絮體強度，減小其不可壓縮性來提高污泥脫水性。和氯化鐵的結果一致，隨著PAC的投加量逐漸增加，SRF先減小后增加，在0.32g/L時，SRF出現極小值為7.3×10¹¹m/kg，該值小于投加氯化鐵的極小值。這可能是由于與PAC相比，氯化鐵具有更強的電中和能力，絮凝效果更好，所以效果優于氯化鐵。然而，當兩種混凝投加量繼續增加后，污泥脫水性能惡化，這因為過剩電荷導致污泥絮凝效果變差，小顆粒物質增加。

污泥比阻的下降與石灰的投加量的增加呈線性關系，說明氫氧化鈣的投加明顯改善了污泥的過濾性能，加快了污泥過濾速率。這主要是由于石灰投加后可以起到一定絮凝架橋作用，另一方面可以支撐污泥絮體，從而形成多孔結構，減小濾餅層對水流的阻力，使得污泥排水能力提升。

2.1.3 復配投加對污泥脫水性的影響

從氯化鐵和PAC與石灰復配的試驗結果可以看出，在單獨使用氯化鐵之后污泥比阻降低時，繼續投加石灰可以進一步降低污泥比阻，而且從感官來看，污泥的黏性明顯降低，泥餅和濾布的剝離效果較好。這可能是由于污泥首先通過氯化鐵的電中和作用實現凝聚，同時水解產生的沉淀使得污泥的黏性降低，再加入石灰可以起到骨架支撐作用，進一步減小污泥的不可壓縮性，使得污泥的脫水性進一步得到改善。同時投加0.32g/L的PAC和0.64g/L石灰可明顯提高污泥的過濾性能，其效果優于先投加0.39g/L氯化鐵之后再加入等量石灰的效果。因為PAC改善污泥脫水性是不僅通過電中和絮凝作用，而且還通過吸附架橋來增強污泥絮體強度，并減小污泥黏性。

2.1.4 小試總結

按照污泥比阻SRF的大小將污泥分為三類：9.9×10¹¹m/kg以上屬于難脫水污泥，3.9×10¹¹～9.9×10¹¹m/kg屬于中等可脫水污泥，3.9×10¹¹m/kg以下屬于易脫水污泥。原始污泥的SRF為2.8×10¹²m/kg，屬難脫水污泥。單獨投加氯化鐵和PAC改善污泥的脫水性有限，在較優投加量條件下，只可將污泥轉化為中等可脫水污泥，通過與石灰的復配投加后可將污泥轉化為易脫水污泥。

2.2 中試試驗結果

2.2.1 污泥脫水效果

單獨投加氯化鐵、PAC和石灰均可以實現有效脫水（污泥不會堵塞濾布）。單獨投加氯化鐵和PAC后污泥含水率較高，接近70%，二者分別與石灰復配后可有效降低污泥含水率，采用0.39g/L氯化鐵和0.32g/L PAC分別與0.64g/L石灰復配調理后，污泥含水率可降至60%左右。

2.2.2 水質情況

對于所有中試試驗，除起始5min內，污泥清液濁度達7NTU以外，5min后壓濾全程清液濁度均＜0.2NTU。從濁度來看，板框壓濾出水完全可以達到回用標準。整個壓濾過程可分為三個階段：充滿階段、濾餅層形成階段和壓緊階段。板框壓濾的充滿階段是依靠濾布來截留污泥固體，必然會導致一些固體顆粒無法截留，使得出水濁度偏高。5min后，污泥充滿濾室，會在濾布表面形成濾餅層，此時過濾方式發生轉化，由原來的依靠濾布截留轉化為憑借濾餅層過濾，從而濁度下降。

3 經濟分析

 采用離心機脫水后污泥含水率為80%，九廠每天產生含水80%的離心脫水污泥約90t，則年產生量為16425t。如采用板框壓濾機脫水后污泥含水率降至60%，意味著污泥量削減50%左右。若填埋處置的成本為300元（包含運費），一年節省污泥處置成本為900多萬。同時，隔膜壓濾清液可以實現回用，從而可節約大量水資源。

4 結論

本文結合使用高壓脫水技術及其適宜的污泥前調理過程對實現自來水廠污泥減量化和清液回用的可行性和效率進行研究，結論如下：

（1）氯化鐵、PAC、石灰及其復配調理均可降低SRF。單獨投加氯化鐵和PAC調理的效果有限，只能將難脫水的原始污泥轉變為中等可脫水污泥，而單獨使用石灰會導致脫水后絕干污泥量過大，故PAC和氯化鐵與石灰復配投加可更加高效地降低污泥比阻。

（2）中試結果顯示原始污泥脫水性較差，直接壓濾會堵塞濾布。氯化鐵、PAC、石灰及其復配進行調理，均可實現污泥的有效脫水。但單獨投加氯化鐵或PAC后，脫水后的污泥含水率偏高，二者與石灰復配投加調理可進一步降低污泥含水率。

（3）在所有中試試驗組中，除起始5min內，污泥清液濁度達到7NTU以外，5min后壓濾全程清液濁度均＜0.2NTU。因此，隔膜清液可回用至飲用水處理過程中。