摘要：聚合氯化铝（PAC）水解产生正电荷且具有长链架桥作用，实验研究其对污泥絮体、脱水性能和沉降性能的影响。结果表明，PAC投加量为0.136g/g（干重，下同）时，滤饼的含水率较低，为72.55%，而投加量为0.149g/g时，离心上清液浊度较低，为17NTU，且沉降性能得到了明显的改善。这是因为PAC的投加，既改变了污泥絮体的结构，也增强了污泥的团聚能力，从而改善了污泥的脱水性能和沉降性能。
污泥是城市污水处理产生的副产物。随着城镇化的加快，污水量也在不断地增加，污泥的产量也在不断地增多。污泥含水率高，且有大量的有毒有害物质，如果处置不当，则会产生二次污染。
污泥的传统处置方法有填埋、焚烧、土地利用等，但是它们的应用都因为污泥的高含水率等问题受到局限，因此，降低污泥的含水率是解决污泥处理难题的关键。目前的污泥处理中，通常是加入高分子无机絮凝剂使其絮凝脱水，既利用高分子的桥架絮凝作用，又能够中和污泥上的负电荷，使粒子增加凝聚力，改善污泥的脱水性能。波涛聚合氯化铝厂家通过添加聚合氯化铝（PAC）来改善污泥的脱水性能，并研究其改善污泥脱水性能的机理。
1、实验部分
1.1材料与仪器
污泥取自某污水处理厂污泥调节池，采样后置于冰箱冷藏保存。为了保证实验的可比性，实验污泥均在采样后5天内用完。污泥含水率为92.62%，pH为6.71。
主要化学试剂：聚合氯化铝（PAC）；所用水均为蒸馏水。
主要仪器：BS224S型电子天平；DBJ-623型电子变速搅拌机；101型电热鼓风干燥箱；UV-2500紫外分光光度计；2XZ-1型旋片式真空泵。
1.2实验方法
1.2.1污泥处理方法
在6个500mL的烧杯中分别加入400mL污泥，以及一定量的PAC，在150r/min转速下搅拌1min，然后50r/min转速下搅拌5min，使得PAC与污泥充分反应。
1.2.2污泥沉降性能的测定
量取100mL污泥，投入一定量的PAC，采用1.2.1中的处理方法进行制备，然后倒入100mL量筒中，按照污泥沉降实验方案中的规定，每隔几分钟（由于污泥沉降的特性间隔时间逐渐延长）记录一次污泥体积，共计时30min。在相同条件下，改变投加PAC的量，得到一组数据以比较污泥的沉降性能。
1.2.3滤饼含水率的测定
将100mL经过处理后的污泥倒入布氏漏斗，在恒定的压力（0.075MPa）下抽滤一段时间，然后取出部分污泥泥饼置于表面皿中，于烘箱中105℃恒温烘干至恒质量，冷却后称质量，后代入式（1）计算滤饼的含水率：
α=（W2-W3）/（W2-W1）×100% （1）
式（1）中α为滤饼含水率，%；W1为空蒸发皿质量，g；W2为蒸发皿质量+湿样质量，g；W3为蒸发皿质量+干样质量，g。
1.2.4过滤速度的测定
将100mL经过不同处理后的污泥放于布氏漏斗，恒定过滤压力为0.075MPa。每隔20s记录一次滤液体积，共计3min。在抽滤过程中不断地调整压力，使其保持恒定。通过滤液体积的变化，考察PAC对污泥过滤速度的影响。
1.2.5滤液中蛋白质含量的测定
取100mL处理后的污泥，真空抽滤后取其滤液，采用双缩脲法，在紫外条件下测出吸光度，再以牛血清蛋白为标准蛋白测定出滤液中胞外蛋白质含量。标准曲线的测定是在相同的外界条件下进行。
2、结果与讨论
2.1PAC对污泥絮体结构的影响
污泥的胞外聚合物EPS是污泥絮体的重要组成部分，它对污泥的沉降、自身絮凝等都有很重要的影响。EPS的成分很复杂，但是其中含量较多的是蛋白质。实验中，测定投加PAC后污泥滤液中蛋白质的含量来考察其对污泥絮体的影响，结果如图1所示。
从图1可以看出，随着PAC投加量的增加，滤液中蛋白质的含量在不断地增加。这可能是因为，PAC水解生成的阳离子吸附在污泥絮体的表面，使得污泥表面的EPS不断地减少，且溶于水中，从而导致滤液中的蛋白质含量增加。
2.2PAC对污泥脱水性能的影响
2.2.1对过滤速率的影响
图2显示的是经过PAC处理后污泥的过滤速率。可见原泥在180s内的过滤速率基本上没有变化，而经过处理的污泥在180s内过滤速率变化很明显地经历了快速过滤和压缩固化阶段。图2表明，投加PAC能够显著地提高污泥的过滤速度。
2.2.2对滤饼含水率的影响
PAC投加量对滤饼含水率的影响如图3所示。从图3可以看出，随着PAC投加量的增加，污泥滤饼的含水率不断地减少后趋向于稳定。当投加量为0.136g/g时达到很低值，为72.55%，当投加量增加时，滤饼的含水率又略有上升，这可能是因为过量的PAC使得污泥的颗粒又带上正电荷，造成污泥颗粒间的正电荷排斥分散，使得污泥脱水困难。
2.2.3对离心性能的影响
离心性能通常是用上清液的浊度来评价的，因此，实验中通过测定离心后上清液的浊度，来考察PAC对污泥离心性能的影响。在离心时间5min，转速3000r/min，PAC不同投加量条件下，上清液浊度如图4所示。从图4可以看出随着PAC投加量的增加，上清液的浊度在不断地降低，在0.149g/g时达到较低值，为17NTU，而当PAC的投加量继续增加时，上清液浊度又呈现上升趋势。这可能是因为，PAC长链的桥架吸附作用，使污泥形成较大的絮体，污泥的离心性能得到提升，但是过量的PAC又会使得PAC的长链不能得到有效的伸展，造成PAC的絮凝作用被削弱，从而污泥的离心性能反而变差。
2.3PAC对污泥沉降性能的影响
经过不同量的PAC处理后的污泥的沉降体积随时间的变化如图5所示。从图5可以看出，随着PAC投加量的增加，污泥的沉降性能不断地提高，并且污泥的沉降体积也在变小。实验结果表明：PAC释放出的Al3+能够中和污泥颗粒上的负电荷，使污泥的絮体团聚变大，从而便于絮凝；同时PAC的高分子长链的吸附桥架作用，也能够促进污泥颗粒的絮凝沉降，使得污泥的沉降性能得到提高，但是过量的PAC又可能会使污泥颗粒带上正电荷，造成正电荷排斥现象，所以过量的PAC又会使得污泥的沉降性能变差。
3、结论
实验结果表明，在污泥处理过程中添加聚合氯化铝（PAC），可明显改善污泥的脱水性能，具体为：
（1）当PAC投加量为0.136g/g时，滤饼的过滤含水率较低，为72.55%，而投加量为0.149g/g时，离心上清液浊度较低，为17NTU。
（2）投加PAC能够改变污泥的絮体结构，使得污泥表面的EPS脱落，改善其脱水性能、脱水速度和沉降性能。
（3）PAC释放出的Al3+能够中和污泥颗粒上的负电荷，并通过高分子长链吸附桥架作用改善污泥的絮凝沉降性能。另外，投加过量的PAC，使污泥颗粒带正电荷，造成排斥作用，反而使沉降性能变差。
