低温条件下污泥静置沉降时间对城市生物沥浸污泥脱水性能的影响

第32卷第4期2012年4月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.4Apr.,2012基金项目:国家自然科学基金(No.20977048,21177060)SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.20977048,21177060)作者简介:宋永伟(1984—),男,博士研究生,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:SONGYongwei(1984—),male,Ph.D.candidate,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]宋永伟,王电站,刘奋武,等.2012.低温条件下污泥静置沉降时间对城市生物沥浸污泥脱水性能的影响[J].环境科学学报,32(4):815-820SongYW,WangDZ,LiuFW,etal.2012.Effectofsedimentationtimeondewaterabilityofbioleachedmunicipalsewagesludgeatlowtemperatures[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(4):815-820低温条件下污泥静置沉降时间对城市生物沥浸污泥脱水性能的影响宋永伟,王电站,刘奋武,王振宇,周立祥∗南京农业大学资源与环境科学学院环境工程系,南京210095收稿日期:2011-06-06　　　修回日期:2011-07-10　　　录用日期:2011-07-12摘要:研究城市生物沥浸污泥脱水性能与污泥静置沉降时间的关系,对城市污泥生物沥浸工程化应用具有指导性作用.因此,以城市生物沥浸污泥为研究对象,研究了低温条件下(5℃和15℃)污泥静置0~6d过程中,污泥pH值和脱水性能(用比阻γ表征)的变化情况.同时,对实验室污泥比阻与厢式压滤机中试结果进行了相关性分析.结果表明:温度增加将有利于污泥沉降,在实际运行中沥浸污泥可选择静置0.5d再进行压滤脱水.随着静置时间的延长,冬季(5℃)和春季(15℃)城市沥浸污泥pH值和比阻均呈逐渐上升的趋势.静置6d后,pH值分别从3.93和3.87上升到5.10和5.32,比阻γ分别从1.72×1012m·kg-1和1.76×1012m·kg-1上升到3.08×1012m·kg-1和5.82×1012m·kg-1.实验室污泥比阻测定和厢式压滤机中试结果表明,不同静置时间下污泥比阻γ与压滤机压滤脱水V-t/V曲线(V:滤液体积;t:过滤时间)斜率k呈极显著正相关关系,说明用污泥比阻γ能准确地反映出生物沥浸污泥的压滤脱水性能.这对生物沥浸技术在工程上的应用和推广具有重要意义.关键词:城市污泥;生物沥浸;低温;静置时间;脱水性能;厢式压滤机文章编号:0253-2468(2012)04-815-06　　　中图分类号:X703　　　文献标识码:AEffectofsedimentationtimeondewaterabilityofbioleachedmunicipalsewagesludgeatlowtemperaturesSONGYongwei,WANGDianzhan,LIUFenwu,WANGZhenyu,ZHOULixiang∗DepartmentofEnvironmentalEngineering,CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095Received6June2011;　　　receivedinrevisedform10July2011;　　　accepted12July2011Abstract:Relationshipbetweensedimentationtimeanddewaterabilityofbioleachedmunicipalsewagesludgemayplayasignificantroleintheengineeringapplicationofsewagesludgebioleaching.Underlowtemperatureconditions(5℃and15℃),thechangeofthepHvalueanddewaterabilityofbioleachedsludgeduringdifferentsedimentationtimes(0~6day)wereinvestigatedinthisstudy.Meanwhile,specificresistancetofiltration(SRF)asanindexofsludgedewaterabilitywasalsoassessedthroughpracticaldewateringoperationbyusingchamberfilterpressdevice.Theresultsshowedthattheincreaseofthetemperaturewouldimprovesludgesedimentation.Itwassuggestedthattheoptimalsludgesedimentationtimewas0.5daypriortosludgedewateringbyusingchamberfilterpressdeviceinengineeringapplication.ThepHandSRFvalueofbioleachedsludgeincreasedgraduallyfromday0today6forsedimentationeitherinwinter(5℃)orinspring(15℃).Forexample,thepHofbioleachedsludgeincreasedfrom3.93onday0to5.10onday6inwinterandfrom3.87to5.32inspring.Correspondingly,theSRFrosefrom1.72×1012m·kg-1onday0to3.08×1012m·kg-1onday6inwinterandfrom1.76×1012m·kg-1to5.82×1012m·kg-1inspring.Furthermore,itwasfoundthattherewassignificantpositivecorrelationbewteentheSRFandtheslope(k)ofV-t/V(V:filtratevolume;t:pressuretime)underdifferentsedimentationtimes,indicatingthattheSRFvalueobtainedinlaboratorystudycouldreflectaccuratelythedewaterabilityofbioleachedsludgeinpracticalengineering.Therefore,theoutcomeofthisstudywasveryhelpfulintheengineeringapplicationofsludgebioleaching.Keywords:sewagesludge;bioleaching;lowtemperature;sedimentationtime;dewaterability;chamberfilterpress环　　境　　科　　学　　学　　报32卷1　引言(Introduction)生物沥浸法是一种可以去除污泥固相中重金属的无害化新技术(Zhouetal.,2005;Tyagietal.,1998).研究发现,该方法能在有效去除污泥中重金属的同时,使污泥的沉降性和脱水性得到明显改善(周立祥等,2004;王电站等,2006;宋兴伟等,2008;周俊等,2011),城市污泥经过生物沥浸后比阻值下降近80%,污泥可在不添加任何絮凝剂的条件下,厢式压滤脱水至含水率60%以下,这对大幅度减少污泥产量及有效解决污泥后续处置问题提供了非常好的途径.然而有研究表明,温度的变化尤其冬季低温条件会提高污泥的粘度,导致污泥絮凝差、泥水分离程度低、沉降和脱水性能差及泥饼含水率高等问题(郑怀礼等,2009).另一方面,污泥脱水前的静置时间对污泥脱水性能也有较大影响.例如,张刚等(2005)研究发现,随着浓缩污泥静置时间的延长,泥质易恶化,不利于后续污泥调质、脱水等.Wakeman(2007)将活性污泥贮存5d后,发现其比阻值从9.0×1012m·kg-1快速上升至25.0×1012m·kg-1,脱水性能明显变差.本课题组在江苏无锡构建的生物沥浸处理示范工程也表明,在气温较高的夏秋两季,城市生物沥浸污泥脱水效果极好,冬季效果明显不如夏季.为了更准确地评估温度和污泥静置时间对城市生物沥浸污泥脱水效果的影响,为优化生物沥浸工艺运行参数提供科学依据,本文通过系列试验,研究不同静置时间下冬季(5℃)和春季(15℃)城市生物沥浸污泥pH及脱水性能(用比阻γ表征)的变化情况,并用小型厢式压滤脱水机通过中试进行验证.这对生物沥浸技术在工程上的应用和推广具有重要意义.2　材料与方法(Materialsandmethods)2.1　供试污泥生物沥浸污泥取自本课题组在无锡某污水处理厂内建立的污泥生物沥浸示范工程(分别在冬季和春季采样,污泥平均温度分别约为5℃和15℃),两种污泥的性质见表1,并同原始污泥进行比较(因取样时间不同,故各理化性质有所差异,但并不影响原始污泥和生物沥浸污泥比阻的比较).表1　供试污泥的基本理化性质(以干物质计)Table1　Primaryphysicalandchemicalpropertiesoftheselectedsludges污泥样品pH值含固率有机质比阻/(1012m·kg-1)5℃原始污泥6.474.92%44.80%20.125℃沥浸污泥3.934.78%42.13%1.7215℃原始污泥6.553.02%46.98%18.0715℃沥浸污泥3.872.67%44.64%1.762.2　生物沥浸污泥静置时间对脱水性能影响的试验在250mL量筒中分别倒入250mL5℃和15℃的生物沥浸污泥,测定污泥的沉降率.研究生物沥浸污泥在5℃和15℃条件下静置沉降0~6d过程中,污泥pH值和比阻的变化情况,并用小型厢式压滤脱水机对15℃生物沥浸污泥进行压滤脱水试验.具体操作如下:分别取两份生物沥浸污泥各45L,置于两个50L圆柱型小沉淀器(底部开有取样口)中静置1~6d,定时对静置不同时间的生物沥浸污泥(沉淀后的底泥)进行厢式压滤脱水试验(采用过滤面积为0.5m2的厢式压滤机,压滤机压力为0.35MPa,进泥时间为30min,保压时间为10min),跟踪记录不同压滤时间的出水体积,压滤结束后记录进泥体积并测定脱水后污泥饼含水率.同时,采用未经静置的新鲜生物沥浸污泥做为对照(CK),处理方法同上.2.3　测定方法污泥沉降率的测定:记录经过不同时间量筒中上清液的体积,直到污泥基本不再沉降为止,用上清液的体积与污泥总体积之比表示沉降率.污泥比阻的测定按参考文献(周立祥,2007;陈花果等,1996)进行.采用pHS-3C精密pH计(上海雷磁厂)测定污泥的pH值,污泥的含固率和有机质分别采用105℃烘干法和600℃灼烧法测定.3　结果与讨论(Resultsanddiscussion)3.1　不同温度下城市生物沥浸污泥沉降性能比较图1比较了5℃和15℃下城市生物沥浸污泥自然沉降情况的差异.从图1中可以看出,不同温度下生物沥浸污泥的沉降率都呈先迅速增加后逐渐平缓的变化趋势,尤其是在前0.5d,此时的污泥沉降率分别为28.0%和42.8%.随着