壳聚糖及其复合絮凝剂在污泥深度脱水处理中的效用
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[摘要]本文通过实验室小试与小型板框机中试，研究壳聚糖与絮凝剂三氯化铁、聚合氯化铝、粉煤灰分别复合使用对污泥深度脱水的作用，获得一定的成果；同时在试验过程中优化了壳聚糖的溶解方式。
1.前言
随着污水处理厂的全面建成及污水处理率的不断提高，污泥产量也急剧增加。污泥处理处置作为污水处理的重要环节，也是衡量污水处理成效的重要标准。污泥深度脱水处理是污泥处理的一个发展需求。目前普遍应用的絮凝剂包括无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂及复合型絮凝剂等几大类。有机高分子絮凝剂具有用量少，絮凝速度快，受共存盐类、pH值、温度影响小，生成污泥量少，节约用水，容易处理等优点，因而有着广阔的应用前景。本文依据天然改性阳离子有机高分子絮凝剂壳聚糖的絮凝特性及絮凝剂优化发展趋势，通过试验比较分析壳聚糖单独使用以及与粉煤灰、三氯化铁、聚合氯化铝等复合使用对污泥深度脱水的效果，获得有效改善污泥调理及脱水程度的壳聚糖复合絮凝剂配方，同时优化了壳聚糖溶解方式。
2.主要实验材料与器材
2.1实验材料
污泥样：某城市生活污水处理厂浓缩池污泥，含水率为96-97％，有机份为53-58％；壳聚糖（工业级）；聚合氯化铝（工业级）；粉煤灰；乙酸（工业级）；三氯化铁（工业级，有效成分38％），盐酸（工业级）。
2.2实验器材
250ml或500ml的烧杯；减压抽滤装置；四联搅拌器；小型模拟板框机；电子天平
3.壳聚糖溶解方式的优化
壳聚糖一般是以粉状或片状存在，粉状壳聚糖溶解速度及效果均明显优于片状，故以粉状壳聚糖开展试验。资料显示，壳聚糖多采用1％醋酸或1％盐酸作为溶剂来溶解。试验中发现，采用壳聚糖直接加入溶剂中的方法溶解速度慢，易出现溶解不均匀、结团现象；改变试剂加入顺序，先将粉状的壳聚糖倒入适量的水中，混合均匀后在搅拌状态下缓慢倒入适量溶剂，壳聚糖迅速均匀溶解。鉴于三氯化铁的无机絮凝剂及酸性特性，尝试用1％三氯化铁（即1000ml水里加入10ml、38％三氯化铁原液）替代醋酸或盐酸溶液，实验表明壳聚糖溶解均匀且溶解速度更优。
4.污泥脱水试验方法
4.1实验室试验方法（小试）
将150g泥样分别置于250ml的烧杯中，在磁力搅拌状态下，分别向杯中加入絮凝剂，持续反应几分钟，将混合液倒入减压抽滤器抽滤，测定滤液pH值、剩泥量（即抽滤后截留在滤纸上的污泥重量）。
4.2现场中试方法（中试）
先测定污泥含水率，按实验室较好的剂泥比（试剂与干泥的比值）配制絮凝剂，调质污泥，进入小型板框机生产，保持相同的进泥时间、压榨时间和压力，测定污泥的含水率、滤液pH值，计算进泥量。
5.实验过程及数据分析
5.1比较不同试剂溶解后的壳聚糖溶液对污泥脱水效果
分别以三氯化铁，盐酸，醋酸作为壳聚糖的溶剂，比较不同溶剂时壳聚糖溶液对污泥脱水性能的差异性，实验结果显示，采用三氯化铁溶剂溶解的壳聚糖溶液对污泥的脱水性能影响略佳，具体数据详见表1。（文中代号说明：E-壳聚糖，K-聚合氯化铝，F-三氯化铁，R-粉煤灰，下同）
因此本试验选用三氯化铁作为溶解壳聚糖的溶剂开展各项试验，本文中以E（F）表示。
5.2壳聚糖溶液单独和复合调理污泥时脱水性能的影响
本文以三氯化铁、聚合氯化铝、粉煤灰三种无机试剂分别与壳聚糖溶液复合使用，投加方式为两段法（先加入无机试剂调理一段时间，后加入壳聚糖溶液）选择代表性试验结果列于表2。
备注：表中K+E表示先加K（聚合氯化铝）后加E（壳聚糖溶液），剂泥比（3.75+0.833）％为对应的试剂的投加比例。
试验表明：①单独使用壳聚糖溶液调理的污泥脱水速率快，泥饼成型较好，随着壳聚糖溶液投加比例的增加，污泥脱水效果逐步改善，剂泥比大于1.20％时，污泥絮凝脱水效果反而下降，泥饼表观上较有弹性、膨松。②无机试剂三氯化铁、聚合氯化铝、粉煤灰单独使用调理污泥结果，在剂泥比分别高达10％、10％、50％以上时，污泥脱水效果仍然较差，剩泥量分别为27g、29g、45g。壳聚糖溶液分别与三氯化铁、粉煤灰试剂复合调理污泥脱水效果较单独使用明显提高，同时各种试剂的剂泥比明显下降，剩泥量减少。③聚合氯化铝与壳聚糖溶液复合调质污泥，泥饼裂痕多，但剩泥量没有减少，表明污泥的脱水程度未改善。聚合氯化铝投加过高，pH值低于5，污泥调理脱水效果反而下降，可能原因是超出壳聚糖絮凝剂的最佳作用pH值范围，不利于壳聚糖的絮凝作用；同时壳聚糖的投加比例过高，也会起反作用。聚合氯化铝与壳聚糖组合的较佳剂泥比分别为3.60-4.0％与0.800-0.830％。三氯化铁与壳聚糖复合使用剂泥比分别为4.0-4.5％与0.65-0.85％时脱水效果较好。而粉煤灰与壳聚糖的投加比例在（20+0.3）％时，污泥的脱水程度高。
5.3现场小型机模拟生产（中试）
将实验室小试效果较好的絮凝剂及剂泥比投入现场小型板框脱水机生产，生产数据见表3。从生产实际考虑，进泥量越大，污泥含水率越低，污泥脱水调质效果越好。生产过程发现，单独使用壳聚糖溶液作为污泥调质剂，板框机进泥速率快，出水速率快，泥饼成型好，泥饼表观上较有弹性、膨松，分析认为可能是泥饼压缩性较高引起的，即壳聚糖的分子量相对无机物的高，分子间的相互排斥力大，其污泥脱水后含水率为70-72.5％左右。表3可见三氯化铁与壳聚糖溶液配合，泥饼含水率可以达到65％以下，聚合氯化铝与壳聚糖溶液配合，泥饼含水率可以达到67-70％之间，可见三氯化铁与壳聚糖组合优于聚合氯化铝与壳聚糖组合；粉煤灰与壳聚糖复合使用，泥饼含水率最低为60-63％之间，泥饼成型，较硬实；壳聚糖与粉煤灰结合后的污泥含水率虽然可以达到较理想的效果，但由于粉煤灰投加量较多，实际上污泥减量少，在生产运用中也存在扬尘等较多不便。
6.结论
（1）溶解壳聚糖时，宜先将粉状壳聚糖加入水中混匀后，搅拌状态下加入溶剂，溶解均匀且快速。
（2）醋酸、盐酸、三氯化铁均可作为壳聚糖的溶剂。溶解速度以三氯化铁效果最佳，且溶液絮凝作用略佳。
（3）壳聚糖分别与无机试剂三氯化铁、聚合氯化铝、粉煤灰复合使用调质污泥效果优于单独使用，无机试剂中三氯化铁优于聚合氯化铝，而以粉煤灰为最佳，但投加量过大。使用复合絮凝剂均能提高污泥脱水的程度，减少污泥量，同时降低生产成本。