研究了聚二甲基二烯丙基氯化铵、阳离子 PAM 、铁盐 + 石灰的调质方式对活性污泥的脱水性能的影响 , 测试了调质后污泥的毛细吸水时间 CST 、污泥比阻 SRF 、泥饼含水率。结果表明，3 种调理剂都能使污泥的 CST 、 SRF 降低明显 , 但是只有聚二甲基二烯丙基氯化铵和铁盐 + 石灰调理后的污泥泥饼含水率能满足污泥深度脱水要求。聚二甲基二烯丙基氯化铵投加率为质量比为绝干泥量的 3% 时，能将污泥的含水率降低到深脱含水率 55%～65% 的要求。

    〔关键词〕聚二甲基二烯丙基氯化铵 ; 活性污泥 ; 深度脱水；

    Abstract The authors have studied the influence of the conditioning of activated sludge with polydimethylene diallyl ammoniumchloride (PDAC), cationic polyacrylamide (CPAM), and ferrite+lime upon its dewatering ability, and tested the capillary suction time(CST), specific resistance to filtration (SRF), and sludge cake moisture of the sludge conditioned. The results indicate that all the threeconditioners reduce CST and SRF in the sludge but only the moisture in the sludge conditioned with PDAC and ferrite +lime meets therequirements for deep dewatering. The PDAC dosing rate shall reduce the sludge moisture into 55%～65% of the moisture after deepdewatering when the mass ratio is 3% of the absolute dry sludge.Keywords PDAC; activated sludge; deep dewatering; CST; SRT; cake moisture

    城市污水厂污泥是污水处理的副产物，随着污水处理量和排放标准的不断提高，污泥产量日益增大，常规处理后污泥含水率通常在 78%～83% 左右，难以达到后续含水率需达到 55%～65% 的深度脱水要求 ，因此对污泥进行深度脱水已成为污泥处理的主要趋势。在目前各种污泥深度脱水技术中，化学调理深度脱水由于工艺简单、脱水效果好而得到了较为普遍的应用，其中尤以“阳离子聚丙烯酰胺”“三氯化铁 + 石灰”两种污泥调理方法最为常见。投加阳离子聚丙烯酰胺的方案，由于活性污泥颗粒的特殊絮体结构及其高度亲水性，污泥絮凝后形成的大颗粒絮体中包含了大量难脱去的间隙水和表面水等水分。 因此，污泥在过滤后泥饼含水率仍较高。另外，阳离子型聚丙烯酰胺在自然条件下很难降解，其降解所产生的丙烯酰胺单体也是具有神经毒性的剧毒物质，且在阳离子型聚丙烯酰胺合成过程中使用的大量表面活性剂等有机溶剂也会对环境造成污染。 投加三氯化铁 + 石灰的方案，因三氯化铁的加入，在污泥中引入了氯离子，不利于后续污泥处置，投加石灰还会增加污泥干基的产量，增加污泥后续运输费、污泥处置费。为此，研究者迫切希望能找到一种替代上述两种调理方法的化学调理污泥方式，不仅能使污泥满足深度脱水要求，还不会对后续污泥处置造成不利影响。

    聚二甲基二烯丙基氯化铵作为一种有机脱水剂具有良好的污泥脱水性能，其且对环境友好，同时对后续污泥处置工艺有利，污泥焚烧时不会对焚烧设备造成腐蚀和性的影响，对污泥堆肥亦有利。以聚二甲基二烯丙基氯化铵做脱水剂，考察其对污泥毛细吸水时间 CST 、污泥比阻 SRT 、泥饼含水率的影响，并将其与传统的“阳离子聚丙烯酰胺”“三氯化铁 + 石灰”工艺进行对比，实验表明该类絮凝剂能使污泥含水率降低到 55%～65% ，满足污泥深度脱水要求。1 实验部分1.1 主要试剂与仪器本实验采用的主要试剂如下： 1 ）阳离子聚丙烯酰胺，上海恒钛环保科技有限公司生产，工业级； 2 ）三氯化铁（ FeCl 3 ），干粉，工业级，市售； 3 ）生石灰（ CaO ），干粉，工业级，市售； 4 ）聚二甲基二烯丙基氯化铵 A（溶液），5 ）聚二甲基二烯丙基氯化铵 B （溶液）。实验污泥取自上海安亭汽车城污水处理厂带式脱水机污泥，含水率 80% 左右。小试泥饼压榨装置：本实验中的污泥深度脱水实验装置是模拟传统污泥脱水中所采用的机械压力脱水的原理专门设计，压榨压力 0～3 MPa 可调，压力可以稳定维持一段时间。CST 测试仪为英国 Triton 生产， 304B 型号。污泥比阻测试成套装置，包括布氏漏斗、计量筒、缓冲瓶、真空泵等。水分快速测试仪，为奥豪斯仪器有限公司生产， MB23 型号。

    实验方法与步骤阳离子聚丙烯酰胺稀释成质量分数为 0.1% ，待用；三氯化铁稀释成质量分数为 20% 的溶液，待用；聚二甲基二烯丙基氯化铵稀释成质量分数为 20% 的溶液，待用。将含水率 80% 的污泥稀释到含水率 95% 左右待用。用量筒量取 1000 mL 稀释后的污泥，加入一定量的药剂调理，用玻璃棒搅拌反应 10 min 后，再静置反应 20 min ，完成污泥调质。经过药剂调理后污泥，取出一部分测试毛细吸水时间（ CST ）、污泥比阻（ SRT ），剩下部分用滤布包裹放入小试泥饼压榨装置的滤腔中，在底部千斤顶的压力作用下，污泥中的水分透过滤布流出，在水盒中进行收集。 污泥脱水装置的工作压力保持 在2～3 MPa ，20 min，等到污泥中的水分不再流出，保持压力 10 min 后取出泥饼，用水分快速测试仪测试泥饼含水率。

   药剂种类和投加率对污泥 CST 值的影响毛细吸水时间指的是污泥在吸水滤纸上渗透一定距离所需要的时间。 “一定距离”根据使用不同的毛细吸水测试仪而有所差异。 CST 反映了污泥中自由水的过滤性能，表示污泥脱水速度的快慢， CST 越小，污泥脱水性能越好 [5] 。原污泥（含水率 95% ）的 CST 高达 1 126.3 s ，不经过调理，污泥的脱水性能很差。 投加阳离子 PAM 、铁盐 + 石灰、聚二甲基二烯丙基氯化铵后，药剂种类和投加率对 CST 的影响见表 1 。表 1 药剂种类和投加率对 CST 的影响注 ：1 ）表中“投加率”的含义，当药剂为液体时，指的是液体药剂原液重量与污泥干基重量的比值；当药剂为粉剂时，指的是粉剂药剂重量与污泥干基重量的比值。 2 ）表中的投加率“ 2%+10% ”， 2% 对应的是铁盐的投加率， 10% 对应的是石灰投加率，其他数据类同。 表 2 、表 3 同从表 1 中的数据可知： 1 ）投加阳离子 PAM 、铁盐 + 石灰、聚二甲基二烯丙基氯化铵后，污泥的 CST下降都很明显，且随着药剂投加率的增加， CST 值更低； 2 ）对于降低 CST 值，效果的是阳离子 PAM ，在 0.6% 的投加率的情况下， CST=25.4 s ； 3 ）同一厂家的聚二甲基二烯丙基氯化铵，随着药剂投加率的增加， CST 值呈现先降低后升高的趋势，投加率在 1.5% 、3% 、6% 时， 对应药剂种类 投加率 /% CST/s聚二甲基二烯丙基氯化铵 A1.53683.156.970.8阳离子 PAM0.20.40.6412.444.225.4聚二甲基二烯丙基氯化铵 B1.53653.434.941.1铁盐 + 石灰2+105+158+20418.6118.1118.4110 

    药剂种类和投加率对污泥比阻 SRF 的影响污泥比阻 SRF 值是表示污泥可过滤性的综合指标， SRF 值越小，污泥的脱水性能越好，一般认为SRF 值大于 9.18×10 11 cm/g 属于难脱水污泥，小于3.67×10 11 cm/g 属于易脱水污泥。污泥原泥（不加药，含水率 95.2% ）的 SRF 值为1.76×10 12 cm/g ，属于难脱水污泥。 投加阳离子 PAM 、铁盐 + 石灰、聚二甲基二烯丙基氯化铵后，药剂种类和投加率对污泥比阻 SRF 的影响见表 2 。表 2 药剂种类和投加率对污泥比阻 SRF 的影响从表 2 中的数据可知： 1 ）投加阳离子 PAM 、铁盐 +石灰、聚二甲基二烯丙基氯化铵后，污泥比阻大幅度下降，下降趋势与药剂投加量正相关； 2 ）两厂的聚二甲基二烯丙基氯化铵调理污泥，污泥比阻 SRF 下降值总体效果均比阳离子PAM、铁盐 + 石灰的效果更好；3 ）比较的聚二甲基二烯丙基氯化铵对 SRF 值降低更加显著，该数值也与表1中的 CST 值表征污泥脱水性能一致；4 ）同一个厂家的聚二甲基二烯丙基氯化铵的投加率在 3% 时，达到一个较低值，再增加药剂量，污泥比阻下降并不明显。2.3 药剂种类和投加率对泥饼含水率的影响泥饼含水率是污泥脱水性能最直接的表征参数，也是污泥深度脱水最直接的考核指标。原污泥经过各种药剂调理后，由小试泥饼压榨装置进行压榨脱水。 对泥饼进行含水率测试，数值见表 3 。

    从表 3 中的数据可知： 1 ）各种调理方式，随着加药率的增加，泥饼的含水率随之下降； 2 ）阳离子 PAM调理的的泥饼含水率降低到 79.4% 后难以进一步下降； 3 ）“铁盐 + 石灰”调理的污泥，在投加率 8%+20%时，泥饼含水率达到 56% ，能够满足污泥深度脱水要求； 4 ）两厂的聚二甲基二烯丙基氯化铵均能大幅提高污泥的脱水性能，投加率在 3% 及以上时，泥饼含水率能达到污泥深脱要求的 55%～65% ； 5 ）聚二甲基二烯丙基氯化铵投加率在 3% 是一个节点，再增加投药率，泥饼含水率下降不明显。

    聚二甲基二烯丙基氯化铵是一种以二甲基二烯丙基氯化铵为主体的阳离子型有机高分子聚合物，具有良好的水溶性，水溶液呈中性，在水溶液中电离后产生带正电荷的季铵盐类线型作用基团。 它除了具有一般高分子絮凝剂的架桥、卷扫功能外，还具有相当强的电中和能力。 其絮凝机理是高分子阳离子基团与带负电荷的污泥离子相吸引，降低及中和了胶体离子的表面电和，同时压缩了胶体扩散层而使微粒凝聚脱稳；同时，借助高分子链的粘连架桥作用产生絮凝沉降。 经电中和，使胶体脱稳，并将表面附着水转化成自由水，提高污泥脱水性能。

    在实验的几种调理方式中，阳离子PAM调理的污泥虽然 CST 和 SRT 降低，但是泥饼含水率降至 77% 以后难以进一步降低，不能满足深脱含水率要求。铁盐 + 石灰和聚二甲基二烯丙基氯化铵在达到一定的药剂投加量后，能使泥饼含水率至深脱要求。但综合考虑泥饼含水率、环境友好及后续泥饼处置等因素，聚二甲基二烯丙基氯化铵可以代替目前药剂种类 投加率 /% SRF/(cm/g)聚二甲基二烯丙基氯化铵 A1.5361.87×10 111.17×10 111.14×10 11阳离子 PAM0.20.40.63.51×10 128.52×10 117.64×10 11聚二甲基二烯丙基氯化铵 B1.5366.5×10 105.84×10 105.81×10 10铁盐 + 石灰2+105+158+205.06×10 112.58×10 111.75×10 11表 3 药剂种类和投加率对泥饼含水率的影响药剂种类 投加率 /% SRF/(cm/g)聚二甲基二烯丙基氯化铵 A1.536686261阳离子 PAM0.20.40.6887977聚二甲基二烯丙基氯化铵 B1.536655857铁盐 + 石灰2+105+158+207159.456聚二甲基二烯丙基氯化铵的投加率为绝干污泥量的 3% 左右时，能使泥饼含水率降至深脱要求。对两厂的聚二甲基二烯丙基氯化铵相比较，认为 C 厂的脱水效果更好。

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