絮凝劑在市政污泥脫水中的應用探討

摘 要：本文簡要介紹了城鎮污水處理廠剩余污泥的含水特性及水分存在形式，對市售常見絮凝劑的現有研究情況和發展趨勢作了綜述。比較了無機絮凝劑、有機絮凝劑用于污泥絮凝脫水的優缺點，重點對有機絮凝劑中的天然有機高分子絮凝劑在剩余污泥處置中的應用發展趨勢做了分析和展望。

關鍵詞：絮凝劑；市政污泥；應用探討

0 引言

活性污泥法是我國城鎮污水處理廠采用最為廣泛的污水處理工藝，其本質為污水生物處理方法，具有投資成本及運行費用低、出水穩定的特點，但該方法產生的大量剩余污泥已成為我國城鎮污水處理廠需要面臨的較大問題。剩余污泥，主要為有機活性污泥，其主要成分為有機物，含有大量的微生物，具有易腐化，含水率高、顆粒小、比重小，不易下沉、壓實，穩定性差等特點，并呈絮凝狀態[1]。因此，剩余污泥在排放到環境之前必須對其進行處理，以達到減量化、防止其腐化發臭的目的，并使其中的有毒有害物質得到妥善處理和綜合利用，減少對環境的危害[2]。絮凝脫水做為城鎮污水處理廠剩余污泥處置的主要方式，各類型絮凝劑在脫水工作中發揮著重要的作用，本文就常用污泥脫水絮凝劑進行了探討。

1.污泥含水特性

我國城鎮污水處理廠所產生未脫水剰余污泥的含水率高達99%～99.5%，相對密度接近于1，呈泥水混合狀態，因而不易脫水，化學穩定性差，體積龐大，給運輸、貯存、最終處置帶來巨大不便，剩余污泥主要為有機物，如果不妥善處置會對環境造成二次污染，并會對環境造成直接或潛在的危害。因此，對污泥脫水減容減量技術的研究迫在眉睫。

污泥中水分的存在形式，理論層面主要以間隙水、毛細管結合水、表面吸附水、內部結合水為主[3]。在市政污泥脫水中使用絮凝劑，屬于對污泥的化學調理，利用絮凝劑的混凝作用，通過壓縮雙電層、吸附架橋和網捕，破壞污泥原有的穩定狀態，已達到污泥脫水的目的。

2.無機絮凝劑

2.1無機低分子絮凝劑

無機低分子絮凝劑包括鐵鹽系列、鋁鹽系列以及部分鐵鹽、鋁鹽水解聚合物，主要有硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵等。此類絮凝劑最早應用于聚集懸浮污泥顆粒，由于其分子量低、用于污泥沉降脫水過程中投加量巨大，并且形成的絮體松散，污泥脫水效率較低，同時無形當中還增加了剩余污泥量，因此，無機低分子絮凝劑已經很少應用于污泥絮凝脫水處理。

2.2無機高分子絮凝劑

無機高分子絮凝劑是在傳統的鋁鹽、鐵鹽絮凝劑的基礎上通過絡合反應生成的包含多羥基絡離子的新型無機絮凝劑，主要包括聚合鋁、聚合鐵、聚合硅酸等[4]。無機高分子絮凝劑的主要優點是價格低廉，但是與傳統無機低分子絮凝劑類似，其依然效率低、用量大、產品的平均分子質量小，還會造成二次污染，而有些則對特定的水環境根本無效，因此，隨著社會對環保的關注，其使用越來越受到限制。

3.有機絮凝劑

有機高分子絮凝劑按原料來源，可分為合成有機高分子絮凝劑和天然有機高分子絮凝劑。有機高分子絮凝劑分子量大，鏈的伸展度大，能起到很好的吸附架橋作用，所形成的絮凝體一般比較強韌，不易破碎，而且形成的污泥容易脫水，降低了污泥處理的成本。高分子絮凝劑在絮凝中高效、經濟的特點，引起了水處理界的廣泛關注[4]。

3.1合成有機高分子絮凝劑

合成有機高分子絮凝劑按官能團離解后所帶電荷的性質不同分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性高分子絮凝劑四種[5]。其中陽離子絮凝劑在原水處理、廢水治理、污泥脫水等領域的固液分離中應用較多。

合成有機高分子絮凝劑，主要是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物，在美國、日本其市場占有率達80%以上，我國在污水處理中也應用較廣[4]。該類絮凝劑雖然具有絮凝能力強、絮體易分離，并且投加量少、浮渣產量少，同時能夠去除油類及其它懸浮物的特點，但這類高分子聚合物水解、降解后的殘余單體具有“三致”效應（致畸、致癌、致突變），隨剩余污泥排出后，勢必將造成嚴重的環境隱患，因而使其應用范圍也受到一定限制。

3.2天然有機高分子絮凝劑

天然有機高分子絮凝劑包括殼聚糖、淀粉、纖維素、含膠植物、木質素和蛋白質等類別及它們的衍生物，目前仍處于研發階段，其中最有發展潛力的是殼聚糖改性絮凝劑和纖維素改性絮凝劑。天然有機高分子絮凝劑由于其電荷密度小，分子量較低，且易發生生物反應而失去絮凝活性，使用量遠小于有機合成高分子絮凝劑，但因其原料來源廣、可選擇性大、絮凝速度快、并具有不致病性及安全性、可生物降解性等特性，天然有機高分子絮凝劑正引起世人的高度關注。如果將天然高分子絮凝劑進行化學修飾，導入不同的官能基團對其進行化學修飾，以得到“天然聚丙烯酰胺（PAM）類似物”，它是一類可被降解的新型、廉價實用、無毒高效的天然有機高分子絮凝劑，可應用于市政污泥脫水，以期提高污泥脫水效率、降低污泥處理成本、降低環境污染。與市售聚丙酰胺類等其它化學合成的有機高分子絮凝劑相比較，在兼具絮凝性能的同時，另具有無毒、價廉等顯著優點，因此，其在水處理及市政污泥脫水中必將擁有廣闊的應用前景。

4.討論

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快、污水處理廠及污水收納管網建設的逐步完善，城鎮污水處理量日益增多且呈逐年上升趨勢，污水處理后產泥量也在快速增長。目前，國內大型污水處理廠的污泥處置方式主要是將污泥進行脫水并填埋，由于專門用于污泥填埋的填埋場建設相對滯后，目前經脫水處理的市政污泥大部分依然進入城市垃圾填埋場填埋，這不僅侵占了垃圾填埋場大量的庫容，而且泥質及含水率要符合相關入場標準。與此同時，市政污泥脫水主流絮凝劑依然是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物、非環保型符合絮凝劑等，這類絮凝劑的長期使用會對市政污泥資源化利用形成阻礙，因此，如何研發經改性的、污泥脫水效率較高、成本低的天然有機高分子絮凝劑，將會是城鎮污水處理廠污泥處理發展的下一個熱點方向。

參考文獻

[1]呂錦玲，陳建中.幾種絮凝劑在污泥脫水中應用的比較研究[J].廣州環境科學，2005：，12：14-16.

[2]李導玉，曾靖.殼聚糖復合絮凝劑在活性污泥處理中的應用[J].環境，2008（S1）：33-35

[3]LOWE P.Developments in the thermal drying of sewage sludge.Waste and Environ，1995，9：306-310

[4]王萍，張 珍，田映良，史琦云.高分子絮凝劑在廢水處理中的應用研究現狀[J].甘肅科技，2015，9：38-43

[5]杭春濤.陽離子高分子絮凝劑的聚合與應用[D].江南大學，2006：1

作者簡介

周世嘉（1984-），男，遼寧省撫順市人，工程師，碩士。主要從事環境科研、環境規劃工作。通信地址：遼寧省撫順市順城區渾河北路21-2號 撫順市環境科學研究院

（作者單位：撫順市環境科學研究院）