摘要：采用聚合氯化铝（PAC）作为化学调理剂，对浓缩池污泥进行调理。以污泥比阻为主要指标考察了投药量、调理剂浓度、pH值和搅拌强度对污泥过滤脱水性能的影响；同时，考察了污泥经过沉降后上清液的浊度变化。调理实验结果表明，PAC的适宜调理参数为：投加量25mL，浓度6%，pH为7（未调节），快速搅拌速度130rpm，慢速搅拌速度50rpm。污泥经PAC调理后，比阻降低到3.2×1014m/kg。
在污水处理过程中通常会产生一些固体沉淀物质，这些物质被称为污泥，污泥中除了含有细菌、微生物、寄生虫、悬浮物质和胶体物质之外，还通常含有一些其他有害物质，剩余污泥若不进行及时处理，长时间堆放，污泥易产生消化，从而产生沼气。干化后的污泥易随风飞扬，产生粉尘污染。还有一些污泥本身就含有易挥发的有毒有机物质，会散发毒气，这都会对大气产生污染。
污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数称为污泥含水率。一般污水处理厂初始的污泥含水率很高，大于99%，相对密度接近1，所以降低污泥的含水率对污泥的减量化有着十分重要的参考意义。
在污泥脱水之前需要通过物理、化学或物理化学作用，改善污泥的脱水性能，该操作称之为污泥调理。通过调理可以改变污泥的组织结构，减小污泥的黏性，降低污泥的比阻，从而达到改善污泥脱水性能的目的。污泥经调理后，不仅脱水压力可大大减少，而且脱水后污泥的含水率可以大大降低。本实验采用聚合氯化铝（PAC） 作为无机调理剂对污泥脱水的效果进行研究，为污泥处理提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
本实验所用污泥取自某水务有限公司，污泥取自浓缩池出口。原污泥比阻约为5.92×1014m/kg，属于难过滤污泥。原污泥的pH值为7.5，沉降30min时上清液的浊度为151NTU。
PAC溶液的制备：用分析天平称取一定质量的PAC于烧杯中，加入50mL蒸馏水，用玻璃棒不断搅拌，直至溶解。移入100mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度线，混匀备用。
1.2 实验方法
污泥调理方法：取250mL原污泥与1000mL烧杯中，加入一定量的调理剂，置于六联恒温（25℃）电动搅拌机上快速搅拌1min后，进行慢速搅拌5min，关闭搅拌机。
污泥过滤脱水方法：取经过调理的污泥100mL，进行真空抽滤，测定污泥的比阻。
2 结果与分析
2.1 PAC投加量对污泥脱水性能的影响
在5个烧杯中分别加入原污泥250mL，依次加入13mL、20mL、25mL、28mL、30mL浓度为5%的PAC溶液，50rpm慢速搅拌，120rpm快速搅拌，然后，进行调理和抽滤实验，并对污泥比阻进行测定和计算，同时测定污泥经过30min沉淀后上清液的浊度。实验结果如图1所示。
从图1可以看出，在投加量适宜时，污泥比阻可以达到较小，污泥经过30min沉淀后上清液的浊度较小。由化学调理机理可知调理剂可以压缩溶液胶体中双电层，降低胶粒的ζ电位，当调理剂的投加量达到一定值时，胶粒的ζ电位为0，胶体排斥势能消失，胶粒便发生凝聚。另外，PAC由于通过预聚合，含有大量的Al13聚合体。PAC投入水中后，Al13及其聚集体将在一定时间内保持其原有形态并立即吸附在颗粒物表面，由于其分子量大而且电荷值较高，其粘结架桥作用和电中和脱稳能力较强。而PAC投加过多，会因吸附电中和作用使絮体带上反号电荷，出现反混凝，使得污泥比阻增加。
PAC的投加量为25mL时，污泥的比阻较小，比阻值为8.03×1014， 调理效果较好。确定PAC投加量为25mL，即6.383g/L（污泥）。
2.2 PAC浓度对污泥脱水性能的影响
在5个烧杯中分别加入原污泥250mL，依次加入25mL浓度分别为3%、4%、5%、6%、7%的PAC溶液，50rpm慢速搅拌，120rpm快速搅拌，然后，进行调理和抽滤实验，并对污泥比阻进行测定和计算，同时测定污泥经过30min沉淀后上清液的浊度。实验结果如图2所示。
从图2可以看出，在相同的投加量下如果PAC配置浓度不同，调理的污泥脱水效果也会有所差异。这是由于PAC是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，溶液浓度不同PAC的链状结构的长链分解及伸展状况不同。浓度较低时，部分PAC长链在水中可能会分解成短链结构，造成吸附架桥及网捕卷扫能力的下降；浓度较高时，长链分子之间可能会互相粘附，不能有效伸展，造成吸附污泥胶粒的活性基总量减少，絮凝效果下降。
在相同PAC溶液投加量下，PAC浓度小于6%时，污泥的比阻随浓度的增加而减小；当PAC浓度大于6%时，污泥的比阻随浓度的增加而增加，所以PAC浓度为6%时，污泥的比阻较小，污泥经过30min沉淀后上清液的浊度较小，此时的脱水性能较佳。
2.3 pH对污泥脱水性能的影响
在5个烧杯中分别加入原污泥250mL，分别加入25mL浓度为6%的PAC溶液，依次将pH调至5、6、7、8、9，50rpm慢速搅拌，120rpm快速搅拌，然后，进行调理和抽滤实验，并对污泥比阻进行测定和计算，同时测定污泥经过30min沉淀后上清液的浊度。实验结果如图3所示。
由图3可以看出，pH小于7时，污泥比阻随着pH的升高而下降；pH大于7（未调节）时，污泥比阻随着pH的升高而呈现增加的趋势。本次实验中加酸后脱水效果变差，而加碱使污泥处于碱性环境中时也不利于污泥脱水。这是由于PAC作用机理接近于有机高分子，但本质上仍是多核羟基络合物的中间产物，相对于氢氧化物沉淀是羟基不饱和的，与颗粒物的吸附实际上是表面络合配位作用。表面羟基将会补充未饱和位。吸附在表面后，仍会从溶液中吸取羟基，继续水解沉淀过程，直至饱和成为氢氧化物沉淀凝胶，与颗粒物生成絮团161。因此，溶液酸性条件不利于絮体的生成，而碱度过大，生成的絮体颗粒过大，过滤时泥饼的阻力增加，污泥比阻也会降低。
污泥的pH为7（未调节）时，污泥的比阻为1.276×1014m/kg，污泥已经由较难过滤污泥转变为易过滤污泥，而且脱水性能也提高了。因此，pH未调节时，污泥的比阻较小，污泥经过30min沉淀后上清液的浊度较小，脱水性能较好。
2.4 搅拌强度对污泥脱水性能的影响
2.4.1 快速搅拌对污泥脱水性能的影响
在5个烧杯中分别加入原污泥250mL，分别加入25mL，浓度为6%的PAC溶液，分别在120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm快速搅拌，然后，进行调理和抽滤实验，并对污泥比阻进行测定和计算，同时测定污泥经过30min沉淀后上清液的浊度。实验结果如图4所示。
由图4可知，当快速搅拌强度在120r/min-130r/min时，污泥的比阻随搅拌速度的加快而急剧下降，当快速搅拌强度为130r/min时，污泥的比阻较小，污泥经过30min沉淀后上清液的浊度较小；当搅拌强度在130r/min~160r/min时，污泥的比阻随搅拌速度的加快呈上升趋势。这是因为混合阶段的要求是药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。对于PAC来说，由于它们在水中的形态不像无机盐那样受时间的影响，混合反应可以在很短的时间内完成，而且不宜进行剧烈的搅拌；如果快速搅拌速度过低，则药剂不能均匀地扩散到全部水中，所以搅拌速度不宜过小。当快速搅拌速度为130r/min时，污泥的比阻较小，脱水性能较好。
2.4.2 慢速搅拌对污泥脱水性能的影响
在5个烧杯中分别加入原污泥250mL，分别加入25mL，浓度为6%的PAC溶液，130rpm快速搅拌，分别在30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rpm慢速搅拌，然后，进行调理和抽滤实验，并对污泥比阻进行测定和计算，同时测定污泥经过30min沉淀后上清液的浊度。实验结果如图5所示。
由图5可知，当慢速搅拌强度在30r/min-50r/min时，污泥的比阻随搅拌速度的加快而急剧下降，当慢速搅拌强度为50r/min时，污泥的比阻较小，污泥经过30min沉淀后上清液的浊度较小；当搅拌强度在50r/min-70r/min时， 污泥的比阻随搅拌速度的加快呈上升趋势；这是因为反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免结大的絮体被打碎；若搅拌速度过低，则不能形成具有良好沉淀性能的较大的絮凝体。当慢速搅拌速度为50r/min时，污泥的比阻较小，脱水性能较好。
3 结论
PAC对浓缩池污泥的调理实验结果表明：在PAC投加量为25mL、浓度为6%、pH为7（未调节）、快速搅拌强度为130r/min、慢速搅拌强度为50r/min的调理条件下，污泥的脱水性能较好，污泥经过30min沉降后浊度较小。污泥经PFS调理后，比阻降低到3.2×1014m/kg。
