表面活性剂对污泥沉降及脱水性能的影响

表面活性剂对污泥沉降及脱水性能的影响摘要：研究了表面活性剂对污泥沉降及脱水性能的影响，结果表明，表面活性剂的加入不但加快了污泥的沉降速度，而且降低了脱水污泥的含水率。当加入量为0.12g/100mL时，污泥的初始沉降速度最快；当加入量为0.4g/100mL时，脱水污泥的含水率比不加表面活性剂时降低了约5%。进一步的研究显示，表面活性剂能使污泥颗粒表面的蛋白质和DNA释放出来。关键词：活性污泥,沉降,脱水,表面活性剂吴桂标，杨海真，陈银广，顾国维(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)中图分类号：X703文献标识码：C文章编号：1000-4602(2001)01-0068-03污泥在用过滤或离心的方法机械脱水时，通常要进行预处理，即通过向污泥中投加各种凝聚剂，使污泥颗粒絮凝、结构增强以利于机械脱水。一般脱水污泥的含水率可达80%左右，但要使污泥的含水率降到更低的水平比较困难，必须开发其他的预处理方法。1材料与方法1.1材料除了牛血清白蛋白和DNA为生化试剂外，其他的化学药品均为分析纯试剂。表面活性剂：由同济大学合成的一种两性表面活性剂。污泥试样：上海曲阳污水厂剩余活性污泥，含水率为99.5%，pH=6.8，MLSS=6.1g/L；浓缩污泥的MLSS=12.4g/L(自然沉降24h得到)。主要仪器：DBJ—621型定时变速搅拌机，LXJ—Ⅱ型离心机，UV—750C分光光度计，PHB—3便携式pH计。脱水装置：真空过滤装置由真空抽滤装置与真空水力泵相连；离心脱水在LXJ—Ⅱ型离心机上进行。1.2分析方法污泥含水率测定：见文献［1］。蛋白质含量测定：Folin—酚法。以牛血清白蛋白为标准蛋白，标准曲线的测定是在相应污泥脱水试验的相同外界条件下进行。DNA含量测定：二苯胺显色法。以小牛胸腺脱氧核糖核酸为标准DNA，标准曲线的测定是在相应污泥脱水试验的相同条件下进行。1.3污泥沉降试验向100mL未经浓缩的污泥中加入一定量的表面活性剂，快速搅拌1min，慢速搅拌5min，倒入100mL量筒中，记录不同时间的污泥体积。1.4污泥脱水试验1.4.1真空过滤脱水将100mL经沉降浓缩24h的污泥加入到250mL的烧杯中，再加入一定量的表面活性剂，快速搅拌1min，慢速搅拌5min后，加入经计量的三氯化铁(以浓度为20%的水溶液加入)和氧化钙(以浓度为10%的水溶液加入)，再快速搅拌1min，慢速搅拌5min后，倒入脱水装置的布氏漏斗中，在50kPa真空度下脱水，测定滤饼的含水率。1.4.2离心脱水操作同过滤脱水，只是将化学药剂处理过的污泥倒入离心筒中，在2000r/min下离心1min，测定上清液的体积。1.5蛋白质及DNA测定取200mL浓缩污泥，加入经计量的表面活性剂后搅拌，在不同时间段取样、离心后测定上清液中蛋白质及DNA的含量。2结果与讨论2.1表面活性剂对污泥沉降性能的影响表1是开始沉降30min内污泥体积随时间的变化。当表面活性剂的加入量≤0.12g/100mL时，污泥沉降速度随表面活性剂加入量的增加而加快。因此，为得到较快的污泥沉降初始速度，加入表面活性剂的量应适宜。表1污泥的沉降体积随表面活性剂加入量的变化沉降时间(min)污泥体积(mL)不加0.09g0.12g0.18g01001001001001099.29895.996.22097.896.792.893.630969590.392图1是24h内表面活性剂的加入量对污泥沉降速度的影响。图1表明，表面活性剂的加入能提高沉降速度，因而可缩短污泥的沉降时间。与表1比较后发现，虽然在开始的30min内，不同表面活性剂加入量的沉降速度不同，但经过一段时间的沉降后，沉降污泥的体积基本相同。因此用自然沉降的方法浓缩污泥时，只需加入极少量的表面活性剂就能缩短污泥沉降到一定浓度所需的时间。2.2表面活性剂对污泥离心脱水的影响污泥中只加入表面活性剂进行离心脱水时，加入量对污泥体积的影响如图2。由图2可以看出，当加入量为0.12g/100mL时，污泥的体积最小；超过此值后，污泥体积随表面活性剂加入量的增加而增加。在此基础上，又研究了表面活性剂与其他调理剂联合使用时对污泥机械脱水性能的影响。考虑到三氯化铁和石灰水因价格便宜而使用较多，遂研究了离心脱水过程中，用三氯化铁和氧化钙对污泥进行调理时表面活性剂加入量对污泥体积的影响(如图3)，其中三氯化铁和氧化钙的加入量分别为污泥干重的10%和20%。图3表明，离心后污泥的体积随表面活性剂加入量的增加而减少。但当加入量＞0.09g/100mL以后，污泥体积减小的幅度有所减弱。2.3表面活性剂对污泥过滤脱水的影响三氯化铁和氧化钙的加入量分别为污泥干重的10%和20%、脱水时间为15min时，表面活性剂加入量对污泥过滤脱水的影响见图4。很显然，在表面活性剂加入量＜0.4g/100mL时，污泥的脱水效果随表面活性剂加入量的增加而提高。当加入量为0.4g/100mL时，含水率比不加表面活性剂时降低了5%。2.4表面活性剂对蛋白质和DNA的影响一般认为，污泥的沉降脱水性能与细菌的胞外聚合物有关［2］，而蛋白质和DNA是胞外聚合物的组分。因此，对加入表面活性剂后的离心脱水上清液中蛋白质和DNA含量的变化进行了研究。在污泥中加入不同量的表面活性剂，经离心脱水后，上清液中的蛋白质和DNA含量的变化如图5所示。从图5可知，随着表面活性剂加入量的增加，有更多的蛋白质和DNA从污泥表面释放到外界环境中；在一定时间范围内，随着时间的延长，蛋白质和DNA的释放量增加。结合上述试验结果可认为：表面活性剂的加入，能使污泥所含蛋白质和DNA量减少，它是引起污泥沉降和脱水性能改变的一个原因。图5离心上清液中蛋白质及DNA含量随表面活性剂加入量和时间的变化3结论①污泥自然沉降时，表面活性剂的加入可以加快污泥的沉降速度。当表面活性剂加入量为0.12g/100mL时，污泥的初始沉降速度最快。但经过较长时间的沉降后，表面活性剂的不同加入量所形成的沉降污泥的体积基本相同。②用离心的方法进行污泥脱水时，表面活性剂的加入能够降低脱水污泥的含水率。用三氯化铁和氧化钙调理时加入0.4g/100mL的表面活性剂，脱水污泥的含水率比不加表面活性剂的降低了5%。③进一步的研究显示，污泥沉降或脱水时，表面活性剂的加入能使污泥颗粒表面的蛋白质和DNA释放出来，这可能是其改变污泥脱水和沉降性能的一个原因。参考文献：［1］金儒林,刘永.污泥处置［M］.北京：中国建筑工业出版社,1988.［2］姚毅.活性污泥的表面特性与其沉降脱水性能的关系［J］.中国给水排水,1996,12(1):22-25.