污泥比阻r＞109s2/g，厂长：“污泥处置前，不加点药剂真不行！”

众所周知，以活性污泥法处理污水，会产生大量剩余污泥。
作为一家中、小型污水处理厂，我们厂采用的是机械浓缩脱水。
但由于污泥的脱水性很差，直接进行脱水很难实现。
为了突破污泥处置瓶颈，便于后续处理，
厂里一致决定在污泥进行脱水前，先对污泥进行化学调理。
主要分三步走：
1、明确化学调理相较于物理、生物调理的优势
2、计算污泥比阻r=（2PA2b）/（upc）
3、寻找出一种价格低廉、效果显著的调理剂

01 

污泥预先处理——化学调理

污泥具有高亲水性，污泥水与污泥颗粒的结合力也极强，如果不经过预处理，即通过化学的、物理的或者生物的方法进行预处理，大多数的污泥的脱水是非常困难的。这种对污泥预先处理的过程称为污泥调理。
通过对污泥的调理，可以改变污泥粒子表面的物化性质和组分，破坏污泥的胶体结构，减小与水的亲和力，从而改善脱水性能。污泥调理中化学调理在实际中最常用。
污泥化学调理是向污泥中投加一种或多种化学药剂，利用药剂与污泥发生化学反应，改变污泥颗粒结构，中和污泥颗粒所带的电荷，促使污泥微粒聚成大的絮体，达到泥水分离的效果。
污泥颗粒的大小是影响污泥脱水性能最重要的因素，因为污泥颗粒越小，颗粒的比表面积越大，这意味着更高的水合程度和对过滤的更大阻力及改变污泥脱水性能需要更多的药剂。
在实际生产中，无机絮凝剂和有机絮凝剂是常用的污泥调理剂，这些药剂对污泥的调理效果明显，大大提高了污泥的脱水性能，但污泥量增大。

1、无机调理剂

无机调理剂主要有铝盐和铁盐两大类，铝盐有硫酸铝、明矾及三氯化铝等，铁盐有三氯化铁、氯化绿矾、绿矾、硫酸铁等。
铝盐和铁盐作为调理剂研究的历史悠久，工艺很成熟。污泥经铝盐和铁盐调理后可以使污泥的含水率从99.2%降到77.8%。
聚合无机盐型絮凝剂处理效果要好于单体无机盐。通过对聚合硫酸铝和聚合硫酸铁与传统的硫酸铝和硫酸铁对比，结果表明无机高分子对藻类、有机物及浊度的去除远远优于传统的调理剂。
值得一提的是，聚合物虽然效果良好且价廉易得，但其受pH影响大，易产生二次污染，污泥量增加，污泥中无机成分的比例提高；当用用焚烧法对污泥进行处置时，污泥的燃烧价值降低，而将其进行土地利用时，因有机成分比例降低使得肥力下降且形成二次污染，所以无机絮凝剂逐渐被有机高分子絮凝剂所取代。
2、有机调理剂
随着聚合物工业的发展和污泥脱水设备的成熟，有机絮凝剂逐步占领了污泥脱水剂市场 90%以上的份额。
相比无机絮凝剂有很多优势：
a、处理同种污泥，所需要的絮凝比无极的要少很多，节约了成本；
b、受环境、PH等因素影响小；
c、有机絮凝剂不会降低污泥的燃烧值。在污泥脱水混凝调理中, 常用的有机絮凝剂主要有天然高分子药剂和人工合成药剂型两大类。
天然的高分子调理剂包括糖类，蛋白质，纤维素等，其分布非常广泛，来源多，价格非常低廉。天然高分子之所以可以作为絮凝剂是因为其特有的多样的结构和大量的活性基团。像糖类，蛋白质，纤维必须通过改性才可以作为调理剂。
在实践中，天然絮凝剂虽然具有良好的脱水效果，但要通过改性，不能立即使用。在合成的有机高分子絮凝剂中，PAM及阳离子型、阴离子型和两性衍生物的应用最广泛。其中，阳离子絮凝剂可以通过中和污泥负电荷, 使其脱稳絮凝脱水。因此, 阳离子型絮凝剂成为最佳的药剂选择。
02

污泥比阻r值——计算公式

污泥比阻r值是污泥脱水难易的指标之一。
污泥比阻物理意义是：单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。污泥比阻愈大，过滤性能愈差；污泥的比阻小，过滤脱水容易。
一般认为，
污泥比阻大于109s2/g为难过滤污泥，说明污泥脱水困难，需要进行药剂调理；
比阻小于0.4×109s2/g的为容易过滤的污泥，不需要进行调理。
通过污泥过滤方程式，卡门公式dV/dt=（PA2）/[u×(rpcV＋RmA)]
当P为常数时，转化可得污泥比阻r的公式为

r=（2PA2b）/（upc）

式中，
A——过滤的面积，m2
r——污泥过滤比阻抗值，m/kg
P——过滤的压力，N/m2
pc——单位体积滤出液所得滤饼干重，kg/m3
u——过滤液的动力粘度滞度，（N*s）/m2
b——与污泥性质有关的数值，s/m6
通过对我厂原污泥的比阻大于109s2/g，说明污泥脱水困难，下一步需要选取合适的药剂进行污泥化学调理。

03

污泥调理剂——最佳投加量

1、以PAM为污泥调理药剂
聚丙烯酰胺简称具有良好的热稳定性。其对污泥的调理，主要是因为其具有很强的吸附架桥功能，通过吸附污泥颗粒使之形成较大的污泥团，沉降下来。加入 PAM 后，污泥迅速形成大的矾花，矾花表面起伏不平呈链网状结构，絮体是比表面较大的复杂形体。另外， PAM还有中和污泥电性的作用。
因为其分子量大，官能团多而使其具有用量少，受盐类及环境影响小，PAM 是目前污水处理厂应用最广泛的调理剂。
从数据看，PAM投加量30mg/L为最佳投加量。但不难发现，PAM溶液作为调理剂，对污泥脱水基本不起什么作用，对污泥脱水性能也没用改善，与原污泥的比阻比较，比阻仍然很高。
将设备更换为离心式脱水机后，PAM脱水效果非常理想，调理后的泥饼的含水率降70%。这表明，经PAM调理的泥，用离心法脱水效果较好，PAM不适合真空压滤。
因此，根据实践经验，不同的絮凝剂应选用不同的设备。
2、以CaO为污泥调理药剂
氧化钙作为药剂价格便宜，能明显提高污泥的脱水性能，被普遍应用于污水处理厂。
CaO在污泥调理的作用有调节污泥的pH值，提供CaCO3和Ca(OH)2，供给污泥以多孔状格网的骨架，改变污泥颗粒结构破坏胶体的稳定性，其中 Ca2+可起到压缩带负电荷胶体双电层的作用。
从实验数据可以看出，CaO的最佳投加量为4g/100mL。氧化钙对污泥脱水起到了较好的作用，改善了污泥的脱水性能，污泥的比阻随CaO的投加量的增加先降低后下降，抽滤时间先减少后增加。
向污泥中投加一定量CaO，CaO水解产生的Ca2+能中和污泥胶体颗粒的负电荷使之脱稳，污泥絮凝沉降下来。同时，CaO产生的阳离子、无机颗粒和EcP(胞外聚合物)的相互作用，促进活性污泥中絮体的形成及沉降，从而提高污泥泥水的分离能力。当CaO过量时，其中不溶的杂质易堵塞滤纸微孔，从而影响泥水分离，所以，污泥的比阻会表现下降。
3、以AlCl3为污泥调理药剂
氯化铝是污水处理厂一种常用的无机铝盐调理剂，其主要通过中和污泥的负电荷使污泥胶体失稳絮凝，达到脱水效果，从而大大加速污泥浓缩作用。
从数据看，AlCl3的最佳投加量为5g/L，有效改善了污泥的脱水性能。
当AlCl3投加量为5g/L 时，污泥的比阻达到最小值。污泥比阻达到最小时，AlCl3水解，产生大量的Al3+，铝离子可以中和带负电的污泥颗粒，使得污泥脱稳沉淀。当AlCl3的投加量大于7.5g/L时，污泥的絮体很大，里面的水分通过实验的压力不容易去除，反而使得污泥的比阻增大。
4、以Fe2(SO4)3为污泥调理药剂
Fe2(SO4)3的混凝机理也与氯化铝相似，但Fe2(SO4)3在处理低温水时性能较好，絮凝团要大，消耗量要少些。此外，铁离子与某些有机物形成有色络合物，增大了水体的色度。
Fe2(SO4)3是一种常用的无机铁盐调理剂，通过电性中污泥胶体电荷，使污泥絮凝，提高脱水效率。
从数据看，硫酸铁投加量为7.5g/L时为其最佳投加量，改善了污泥的脱水性能
Fe2(SO4)3投加量为7.5g/L时，污泥的比阻达到最小值，此时抽滤时间较短，滤饼很快形成，滤饼结实且易与滤纸剥离。之所以出现这样的原因是因为：开始时，Fe2 (SO4) 3 浓度 很低，污泥中Fe 3+很少，这些正离子中和污泥的负电荷，使得污泥脱稳，提高污泥的脱水效果。
当浓度达到7.5g/L时，污泥中不仅存在正离子还存在氢氧化铝胶体，可以通过电性中和，吸附架桥作用，提高污泥的脱水效果。当继续增大Fe2(SO4)3浓度时，部分污泥的絮体很大，里面的水分通过实验的压力不容易去除，反而使调理后污泥比阻上升。
4、以硅藻土为污泥调理药剂
硅藻土表面多孔而疏松，硅藻土比表面积较大，含有少量的活性基团，由于硅藻土特殊的结构，具有物理和化学吸附能力。
此外，由于硅藻土所特有的结构，在对污泥调理时可作为骨架，使污泥絮体形成持久坚固的结构，阻止絮体崩溃，从而有利于污泥的泥水分离。
从数据看出，硅藻土投加量为7g/100mL时最佳。
随着硅藻土投加量的增大，每次实验的抽滤时间减少的很快，在很短的时间即可抽干，泥饼很容易剥离。
但当硅藻土投加量超过7g时污泥的比阻反而上升，这可能是硅藻土堵塞滤纸造成的。使用硅藻土作为调理剂，使得污泥的比阻大幅度降低，硅藻土的投加量为 7g/100mL 时，污泥的比阻达到最小值。
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