摘要：聚合氯化鋁（PAC）水解產生正電荷且具有長鏈架橋作用，實驗研究其對污泥絮體、脫水性能和沉降性能的影響。結果表明，PAC投加量為0.136g/g（干重，下同）時，濾餅的含水率較低，為72.55%，而投加量為0.149g/g時，離心上清液濁度較低，為17NTU，且沉降性能得到了明顯的改善。這是因為PAC的投加，既改變了污泥絮體的結構，也增強了污泥的團聚能力，從而改善了污泥的脫水性能和沉降性能。
污泥是城市污水處理產生的副產物。隨著城鎮化的加快，污水量也在不斷地增加，污泥的產量也在不斷地增多。污泥含水率高，且有大量的有毒有害物質，如果處置不當，則會產生二次污染。
污泥的傳統處置方法有填埋、焚燒、土地利用等，但是它們的應用都因為污泥的高含水率等問題受到局限，因此，降低污泥的含水率是解決污泥處理難題的關鍵。目前的污泥處理中，通常是加入高分子無機絮凝劑使其絮凝脫水，既利用高分子的橋架絮凝作用，又能夠中和污泥上的負電荷，使粒子增加凝聚力，改善污泥的脫水性能。波濤聚合氯化鋁廠家通過添加聚合氯化鋁（PAC）來改善污泥的脫水性能，并研究其改善污泥脫水性能的機理。
1、實驗部分
1.1材料與儀器
污泥取自某污水處理廠污泥調節池，采樣后置于冰箱冷藏保存。為了保證實驗的可比性，實驗污泥均在采樣后5天內用完。污泥含水率為92.62%，pH為6.71。
主要化學試劑：聚合氯化鋁（PAC）；所用水均為蒸餾水。
主要儀器：BS224S型電子天平；DBJ-623型電子變速攪拌機；101型電熱鼓風干燥箱；UV-2500紫外分光光度計；2XZ-1型旋片式真空泵。
1.2實驗方法
1.2.1污泥處理方法
在6個500mL的燒杯中分別加入400mL污泥，以及一定量的PAC，在150r/min轉速下攪拌1min，然后50r/min轉速下攪拌5min，使得PAC與污泥充分反應。
1.2.2污泥沉降性能的測定
量取100mL污泥，投入一定量的PAC，采用1.2.1中的處理方法進行制備，然后倒入100mL量筒中，按照污泥沉降實驗方案中的規定，每隔幾分鐘（由于污泥沉降的特性間隔時間逐漸延長）記錄一次污泥體積，共計時30min。在相同條件下，改變投加PAC的量，得到一組數據以比較污泥的沉降性能。
1.2.3濾餅含水率的測定
將100mL經過處理后的污泥倒入布氏漏斗，在恒定的壓力（0.075MPa）下抽濾一段時間，然后取出部分污泥泥餅置于表面皿中，于烘箱中105℃恒溫烘干至恒質量，冷卻后稱質量，后代入式（1）計算濾餅的含水率：
α=（W2-W3）/（W2-W1）×100% （1）
式（1）中α為濾餅含水率，%；W1為空蒸發皿質量，g；W2為蒸發皿質量+濕樣質量，g；W3為蒸發皿質量+干樣質量，g。
1.2.4過濾速度的測定
將100mL經過不同處理后的污泥放于布氏漏斗，恒定過濾壓力為0.075MPa。每隔20s記錄一次濾液體積，共計3min。在抽濾過程中不斷地調整壓力，使其保持恒定。通過濾液體積的變化，考察PAC對污泥過濾速度的影響。
1.2.5濾液中蛋白質含量的測定
取100mL處理后的污泥，真空抽濾后取其濾液，采用雙縮脲法，在紫外條件下測出吸光度，再以牛血清蛋白為標準蛋白測定出濾液中胞外蛋白質含量。標準曲線的測定是在相同的外界條件下進行。
2、結果與討論
2.1PAC對污泥絮體結構的影響
污泥的胞外聚合物EPS是污泥絮體的重要組成部分，它對污泥的沉降、自身絮凝等都有很重要的影響。EPS的成分很復雜，但是其中含量較多的是蛋白質。實驗中，測定投加PAC后污泥濾液中蛋白質的含量來考察其對污泥絮體的影響，結果如圖1所示。
從圖1可以看出，隨著PAC投加量的增加，濾液中蛋白質的含量在不斷地增加。這可能是因為，PAC水解生成的陽離子吸附在污泥絮體的表面，使得污泥表面的EPS不斷地減少，且溶于水中，從而導致濾液中的蛋白質含量增加。
2.2PAC對污泥脫水性能的影響
2.2.1對過濾速率的影響
圖2顯示的是經過PAC處理后污泥的過濾速率。可見原泥在180s內的過濾速率基本上沒有變化，而經過處理的污泥在180s內過濾速率變化很明顯地經歷了快速過濾和壓縮固化階段。圖2表明，投加PAC能夠顯著地提高污泥的過濾速度。
2.2.2對濾餅含水率的影響
PAC投加量對濾餅含水率的影響如圖3所示。從圖3可以看出，隨著PAC投加量的增加，污泥濾餅的含水率不斷地減少后趨向于穩定。當投加量為0.136g/g時達到很低值，為72.55%，當投加量增加時，濾餅的含水率又略有上升，這可能是因為過量的PAC使得污泥的顆粒又帶上正電荷，造成污泥顆粒間的正電荷排斥分散，使得污泥脫水困難。
2.2.3對離心性能的影響
離心性能通常是用上清液的濁度來評價的，因此，實驗中通過測定離心后上清液的濁度，來考察PAC對污泥離心性能的影響。在離心時間5min，轉速3000r/min，PAC不同投加量條件下，上清液濁度如圖4所示。從圖4可以看出隨著PAC投加量的增加，上清液的濁度在不斷地降低，在0.149g/g時達到較低值，為17NTU，而當PAC的投加量繼續增加時，上清液濁度又呈現上升趨勢。這可能是因為，PAC長鏈的橋架吸附作用，使污泥形成較大的絮體，污泥的離心性能得到提升，但是過量的PAC又會使得PAC的長鏈不能得到有效的伸展，造成PAC的絮凝作用被削弱，從而污泥的離心性能反而變差。
2.3PAC對污泥沉降性能的影響
經過不同量的PAC處理后的污泥的沉降體積隨時間的變化如圖5所示。從圖5可以看出，隨著PAC投加量的增加，污泥的沉降性能不斷地提高，并且污泥的沉降體積也在變小。實驗結果表明：PAC釋放出的Al3+能夠中和污泥顆粒上的負電荷，使污泥的絮體團聚變大，從而便于絮凝；同時PAC的高分子長鏈的吸附橋架作用，也能夠促進污泥顆粒的絮凝沉降，使得污泥的沉降性能得到提高，但是過量的PAC又可能會使污泥顆粒帶上正電荷，造成正電荷排斥現象，所以過量的PAC又會使得污泥的沉降性能變差。
3、結論
實驗結果表明，在污泥處理過程中添加聚合氯化鋁（PAC），可明顯改善污泥的脫水性能，具體為：
（1）當PAC投加量為0.136g/g時，濾餅的過濾含水率較低，為72.55%，而投加量為0.149g/g時，離心上清液濁度較低，為17NTU。
（2）投加PAC能夠改變污泥的絮體結構，使得污泥表面的EPS脫落，改善其脫水性能、脫水速度和沉降性能。
（3）PAC釋放出的Al3+能夠中和污泥顆粒上的負電荷，并通過高分子長鏈吸附橋架作用改善污泥的絮凝沉降性能。另外，投加過量的PAC，使污泥顆粒帶正電荷，造成排斥作用，反而使沉降性能變差。
