在污水處理過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的污泥。污泥的含水率高達(dá)95%～99%，導(dǎo)致污泥有巨大的容積，給污泥的后續(xù)處理帶來很大的困難。通過介紹目前常用的污泥脫水絮凝劑的種類及其脫水特點(diǎn)，并就污泥脫水效果的指標(biāo)進(jìn)行了討論。有機(jī)高分子污泥脫水絮凝劑對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理操作簡(jiǎn)單、效果好，是比較常用的方法，能提高污泥的脫水性能，在隨后的機(jī)械脫水中更好的脫水。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同的濃縮脫水設(shè)備給出了合適的絮凝劑種類。
根據(jù)國(guó)家建設(shè)部、中國(guó)城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截止到2008年8月底，全國(guó)已建成有城鎮(zhèn)污水廠1 402座，日 處理污水能力已達(dá)8 314萬m3。污水處理廠的污泥是各類 污水處理過程中的必然產(chǎn)物，按全國(guó)現(xiàn)有建成的城鎮(zhèn)污 水處理廠的規(guī)模計(jì)算，每日至少約要產(chǎn)生含水率為97% 的污泥約24.9萬t。
污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，含水率較高，體積大， 其脫水減量化處理是后續(xù)處理處置的經(jīng)濟(jì)性的前提和 保證。在污泥脫水減量化處理前，需要添加絮凝劑進(jìn)行調(diào)理，改善污泥脫水性能，提高脫水效率。
1 污泥的分類
污水廠所產(chǎn)生的污泥按其來源，大致可分為初沉污 泥、二沉污泥和消化污泥三大類。
初沉污泥，是指污水經(jīng)一級(jí)處理過程所產(chǎn)生的污泥， 又叫初次沉淀污泥。
二沉污泥，是指污水經(jīng)二級(jí)生化處理所產(chǎn)生的污泥， 包括活性污泥法中排放的剩余污泥，生物濾池及生物轉(zhuǎn) 盤等脫落的生物膜。此類污泥的組分與活性污泥及生物 膜基本相同，除吸附了水中少量的懸浮物、無機(jī)鹽或未 分解的的殘余有機(jī)物外，主要是由微生物的細(xì)胞所組成，污泥的有機(jī)物含量、含水率都較高，密度低。 初沉污泥與二沉污泥混合后在消化池進(jìn)一步處理 所形成的污泥即為消化污泥，是污泥處理過程中的一種 產(chǎn)物。 一般污水處理廠生產(chǎn)中，二沉污泥是脫水處理的主 要對(duì)象。
2 污泥的性質(zhì)及其指標(biāo)
2.1污泥的性質(zhì)
污泥的組分復(fù)雜，變異性大，組成絮體為水中懸浮 固體經(jīng)不同方式膠結(jié)凝聚而成，結(jié)構(gòu)松散，形狀不規(guī)則， 高度非均勻，比表面積與孔隙率極高，具有分形結(jié)構(gòu)，外 觀上具有類似絨毛的分支與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，呈膠狀液態(tài)，其 主要特性是含水率高。
2.2污泥性質(zhì)的指標(biāo)
含水率是表征污泥性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，是指污泥 中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分?jǐn)?shù)，含固率 的定義與其恰恰相反。污泥中的固體顆粒主要為膠體粒 子，有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，與水的親和力很強(qiáng)，因此，污泥的含 水率很高，含水率的高低直接影響了污泥的體積。
城市污水廠的初沉污泥含水率一般為95%～97%， 而二沉污泥含水率則高達(dá)99%以上。
當(dāng)含水率變化時(shí)，可近似地用下式計(jì)算污泥體積：
式中：V 1 、V 2 ———分別是含水率pw 1 （含固率為ps 1 ）、 pw 2 （含固率為ps 2 ）時(shí)的污泥的體積。 據(jù)此可知，污泥的含水率從97.5%降低到95%時(shí)，污 泥體積減小了一半。
3 污泥中水分存在的形式
污泥中所含水分的形態(tài)，盡管不同的文獻(xiàn)有不同的分類，但一般都認(rèn)為是有以下四種，即間隙水、毛細(xì)結(jié)合 水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水[2·3]，如圖1所示。
4 污泥脫水的方法
4.1污泥濃縮
污泥濃縮是去除污泥中的間隙水，縮小污泥的體 積，為污泥的輸送、消化、脫水等后續(xù)處理與利用創(chuàng)造條 件。污泥濃縮的方法通常有5種：重力濃縮、氣浮濃縮、離 心濃縮、帶式濃縮機(jī)濃縮和螺壓濃縮機(jī)濃縮等。
4.2污泥脫水
污泥既使經(jīng)過濃縮及消化處理，含水率仍高達(dá)95% 以上，體積很大，難以消納處置，必須經(jīng)過脫水處理，提 高泥餅的含固率，以減少污泥處置的難度。
一般大中型污水處理廠均采用機(jī)械脫水。脫水機(jī)的 種類很多，按脫水原理可分為真空過濾脫水、壓濾脫水 及離心脫水3大類。國(guó)內(nèi)污水處理廠常用的有壓濾機(jī)（包 括帶式壓濾機(jī)及板框式壓濾機(jī)）和離心式脫水機(jī)。
5 污泥的調(diào)理
構(gòu)成污泥的固體顆粒一般都很細(xì)小，而且常常帶負(fù) 電荷，能夠形成一種穩(wěn)定的膠體懸浮液，使污泥脫水比 較困難，故污泥顆粒大小是影響污泥脫水性能的最主要 因素。污泥顆粒越小，顆粒的比表面積越大，同時(shí)顆粒水 合程度也越高，對(duì)脫水過程的阻力也越大。為了提高污 泥脫水效率，需要對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理，以改變污泥的理化 性質(zhì)，使其凝聚力增強(qiáng)，顆粒變大，增加脫水性。因此，污泥調(diào)理是污泥脫水過程中不可缺少的工藝過程。 污泥調(diào)理方法主要有物理調(diào)理法、化學(xué)調(diào)理法和生 物調(diào)理法3大類。由于化學(xué)調(diào)理方法操作簡(jiǎn)單，投資成本較低，調(diào)理效果較穩(wěn)定，因此實(shí)際生產(chǎn)中以化學(xué)調(diào)理法為主。
污泥的化學(xué)調(diào)理是通過添加適量的絮凝劑、助凝劑 等化學(xué)藥劑改變懸浮溶液中膠體表面電荷或立體結(jié)構(gòu)， 克服粒子間的斥力，并以攪拌等外力使其相互碰撞，污 泥顆粒絮凝成團(tuán)而發(fā)生沉淀，達(dá)到去穩(wěn)定化的效果，同 時(shí)絮體體積的增加使膠體表面積大幅降低，表面與內(nèi)部 的水分分布也發(fā)生改變，減少了水分的吸附，從而改善 污泥脫水性能。
一般認(rèn)為化學(xué)調(diào)理的主要作用是通過絮凝劑使污 泥中微粒電荷中和，降低電位，粒子聚集，粒徑變大，從 而加快了污泥顆粒的沉降速度，另外還存在物理作用， 絮凝劑通過架橋吸附使小粒子聚集體變?yōu)樾鯃F(tuán)，加快沉 降速度。
6 污泥脫水中常用的絮凝劑
6.1無機(jī)絮凝劑
無機(jī)絮凝劑是一種電解質(zhì)化合物，主要有鋁系和鐵 系兩大類。鋁系化合物有硫酸鋁、明礬及三氯化鋁等；鐵 系化合物主要有三氯化鐵、氯化綠礬、綠礬、硫酸鐵等。 無機(jī)絮凝劑主要對(duì)水中具有相反的電荷的膠體起中和、 壓縮雙電層作用，同時(shí)，還存在有弱酸性，與堿性物質(zhì)配 合使用，還會(huì)對(duì)微生物的細(xì)胞有破壁作用，改善了污泥 脫水性能。采用鐵鹽或鋁鹽等無機(jī)絮凝劑，一般能使污 泥量增加15%～30%，另外污泥的肥效和熱值也都將大 大降低。
6.2有機(jī)高分子絮凝劑
6.2.1陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑
陽(yáng)離子高分子污泥脫水絮凝劑可通過吸附、電中和 及吸附架橋作用使帶負(fù)電荷的膠體顆粒和其它污染物質(zhì)脫穩(wěn)而得到去除，具有良好絮凝脫水功能。
6.2.2兩性有機(jī)高分子絮凝劑
兩性絮凝劑兼有陰、陽(yáng)離子基團(tuán)的特點(diǎn)，不僅具有電中和、吸附架橋作用，而且還有分子間的“纏繞”包裹作用，所以具有較好的脫水性能。它對(duì)各種污泥都有較好的脫水、助濾作用，得到的泥餅含水率低，且用量較 少。
6.2.3復(fù)合型絮凝劑
隨著工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，污泥內(nèi)部成分越復(fù)雜多樣，單一的絮凝劑已不能滿足污泥脫水的要求，于是人們開始研制將絮凝劑采用多種方式復(fù)合用于污泥脫水，其優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合絮凝劑能發(fā)揮各種絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)，降低絮凝劑成本，提高脫水性能。復(fù)核型絮凝劑有無機(jī)絮凝劑+陽(yáng)離子絮凝劑型、無機(jī)絮凝劑+兩性絮凝劑型和陽(yáng)離子型+兩性絮凝劑。
7 污泥脫水效果的指標(biāo)
衡量污泥脫水效果好壞的指標(biāo)有泥餅含固率、濾液含固率、固體回收率和絮凝劑投加量。
7.1 泥餅含固率
泥餅是一個(gè)廣義詞，實(shí)際上只有壓濾脫水后的污泥 才呈餅狀，離心脫水后的污泥不是餅狀。實(shí)際中所有方 式脫水后的污泥均稱之為“泥餅”。泥餅含固率的高低是 評(píng)價(jià)脫水效果好壞的最重要指標(biāo)，泥餅含固率越高，污 泥體積越小，運(yùn)輸和處置越方便。
7.2濾液含固率
濾液含固率是機(jī)械濃縮或脫水設(shè)備排出的濾液中 所含的干固體量的百分?jǐn)?shù)，通常與固體回收率配合使 用。濾液含固率高，說明隨濾液流失的干固體就多，脫水 效果較差。
7.3固體回收率
固體回收率是泥餅中的干固體量占進(jìn)脫水機(jī)污泥 的總干固體量的百分比。固體回收率越高，說明污泥脫水后轉(zhuǎn)移到泥餅中的干固體越多，隨濾液流失的干固體 越少，脫水率越高，其與濾液含固率相反。
7.4絮凝劑投加量
污泥脫水中的絮凝劑投加量是指污泥中單位重量 的干固體所需投加的絮凝劑干重量。加藥量與污泥本身 的性質(zhì)、環(huán)境因素以及脫水設(shè)備的種類有關(guān)系。
7.5絮凝劑效果評(píng)價(jià)
一般首先從泥餅含固率和固體回收率兩個(gè)指標(biāo)同 時(shí)評(píng)價(jià)絮凝劑脫水效果的好壞。只獲得較高的泥餅含固 率，而固體回收率很低，或者固體回收率很高，但泥餅含 固率很低，都說明脫水效果不佳。正常運(yùn)行的污泥脫水 系統(tǒng)，一般泥餅含固率應(yīng)在20%以上，固體回收率應(yīng)在 85%以上。
另外，在滿足以上脫水指標(biāo)要求的前提下，如何降 低加藥量，實(shí)現(xiàn)加藥的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也是評(píng)價(jià)脫水效果好壞 的一些重要方面。
要綜合以上因素，找到既滿足要求又降低加藥費(fèi)用 的最佳藥劑，一般必須進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小試和上機(jī)試驗(yàn)，具體污泥脫水性能指標(biāo)如表1所示。
8 實(shí)際應(yīng)用中選擇的絮凝劑
污泥處理過程中，采用鐵鹽或鋁鹽等無機(jī)絮凝劑進(jìn) 行調(diào)理，一般能使污泥量增加15%～30%，另外污泥的肥 效和熱值也都將大大降低。而采用有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn) 行調(diào)理，污泥量基本不變，其肥效和熱值都不降低，因此 當(dāng)污泥脫水后用作農(nóng)肥或焚燒時(shí)，最好采用該類藥劑。 另外，陽(yáng)離子型PAM在調(diào)理過程中，能與一些懸浮物質(zhì) 生成沉淀，脫水濾液中污染物相對(duì)較少。
應(yīng)該根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)小試和上機(jī)實(shí)驗(yàn)確定選 用合適的絮凝劑種類。根據(jù)筆者實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)械濃縮脫水處理二沉污泥中，不同的濃縮脫水設(shè)備應(yīng)該選用不 同的高分子絮凝劑，具體如表2所示。
隨著城市人口的增長(zhǎng)、市政服務(wù)設(shè)施的不斷完善、污水處理技術(shù)的革新以及處理程度的深化，在污水處理過程中產(chǎn)生的污泥量還將大大增加，污泥脫水減量化勢(shì)在必行，這也為絮凝劑的發(fā)展提供了廣闊的前景，但我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)具體的情況選用合適的絮凝劑。