表面活性劑對(duì)污泥沉降及脫水性能的影響.doc

1、表面活性劑對(duì)污泥沉降及脫水性能的影響摘要：研究了表面活性劑對(duì)污泥沉降及脫水性能的影響，結(jié)果表明，表面活性劑的加入不但加快了污泥的沉降速度，而且降低了脫水污泥的含水率。當(dāng)加入量為0.12 g/100 mL時(shí)，污泥的初始沉降速度最快；當(dāng)加入量為0.4g/100 mL時(shí)，脫水污泥的含水率比不加表面活性劑時(shí)降 低了約5%。進(jìn)一步的研究顯示，表面活性劑能使污泥顆粒表面的蛋白質(zhì)和DNA釋放出來。關(guān)鍵詞：活性污泥,沉降,脫水,表面活性劑 吳桂標(biāo)，楊海真，陳銀廣，顧國(guó)維(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092)中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C文章編號(hào)： 1000-4602(2001)01-0068-0

2、3 污泥在用過濾或離心的方法機(jī)械脫水時(shí)，通常要進(jìn)行預(yù)處理，即通過向污泥 中投加各種凝聚劑，使污泥顆粒絮凝、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)以利于機(jī)械脫水。一般脫水污泥的含水率可達(dá)80%左右，但要使污泥的含水率降到更低的水平比較困難，必須開發(fā)其他的預(yù)處理方法。1 材料與方法1.1 材料 除了牛血清白蛋白和DNA為生化試劑外，其他的化學(xué)藥品均為分析純?cè)噭?。表面活性劑：由同?jì)大學(xué)合成的一種兩性表面活性劑。污泥試樣：上海曲陽(yáng)污水廠剩余活性污泥，含水率為99.5%，pH=6.8，MLSS=6.1g/L； 濃縮污泥的MLSS=12.4g/L(自然沉降24h得到)。主要儀器：DBJ621型定時(shí)變速攪拌機(jī)，LXJ型離心機(jī)，UV750

3、C分光光 度計(jì)，PHB3便攜式pH計(jì)。脫水裝置：真空過濾裝置由真空抽濾裝置與真空水力泵相連；離心脫水在LXJ型離心機(jī)上進(jìn)行。1.2 分析方法污泥含水率測(cè)定：見文獻(xiàn)1。蛋白質(zhì)含量測(cè)定：Folin酚法。以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白，標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定是在相應(yīng) 污泥脫水試驗(yàn)的相同外界條件下進(jìn)行。DNA含量測(cè)定：二苯胺顯色法。以小牛胸腺脫氧核糖核酸為標(biāo)準(zhǔn)DNA，標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定是在相應(yīng)污泥脫水試驗(yàn)的相同條件下進(jìn)行。1.3 污泥沉降試驗(yàn)向100mL未經(jīng)濃縮的污泥中加入一定量的表面活性劑，快速攪拌1 min，慢速攪拌5 min，倒入100mL量筒中，記錄不同時(shí)間的污泥體積。1.4 污泥脫水試驗(yàn)1.4.1 真空過濾脫

4、水 將100 mL經(jīng)沉降濃縮24h的污泥加入到250 mL的燒杯中，再加入一定量的表面活 性劑，快速攪拌1min，慢速攪拌5min后，加入經(jīng)計(jì)量的三氯化鐵(以濃度為20%的水溶液加入)和氧化鈣(以濃度為10%的水溶液加入)，再快速攪拌1min，慢速攪拌5min后，倒入脫 水裝置的布氏漏斗中，在50kPa真空度下脫水，測(cè)定濾餅的含水率。1.4.2離心脫水操作同過濾脫水，只是將化學(xué)藥劑處理過的污泥倒入離心筒中，在2000r/min下離心1 min ，測(cè)定上清液的體積。1.5蛋白質(zhì)及DNA測(cè)定取200 mL濃縮污泥，加入經(jīng)計(jì)量的表面活性劑后攪拌，在不同時(shí)間段取樣、離心后測(cè)定上清液中蛋白質(zhì)及DNA的含

5、量。2 結(jié)果與討論2.1 表面活性劑對(duì)污泥沉降性能的影響表1是開始沉降30 min內(nèi)污泥體積隨時(shí)間的變化。當(dāng)表面活性劑的加入量0.12 g/100 mL 時(shí)，污泥沉降速度隨表面活性劑加入量的增加而加快。因此，為得到較快的污泥沉降 初始速度，加入表面活性劑的量應(yīng)適宜。表1 污泥的沉降體積隨表面活性劑加入量的變化沉降時(shí)間(min)污泥體積(m L)不加0.09 g0.12 g0.18 g01001001001001099.29895.996.22097.896.792.893.630969590.392圖1是24 h內(nèi)表面活性劑的加入量對(duì)污泥沉降速度的影響。圖1表明，表面活性劑的加入能提高沉降速度

6、，因而可縮短污泥的沉降時(shí)間。與表1比較后發(fā)現(xiàn)，雖然在開始的30 min內(nèi)，不同表面活性劑加入量的沉降速度不同，但經(jīng)過一段時(shí)間的沉降后，沉降污泥的體積基本相同。因此用自然沉降的方法濃縮污泥時(shí)，只需加入極少量的表面活性劑就能縮短污泥沉降到一定濃度所需的時(shí)間。2.2 表面活性劑對(duì)污泥離心脫水的影響污泥中只加入表面活性劑進(jìn)行離心脫水時(shí)，加入量對(duì)污泥體積的影響如圖2。由圖2可以看出，當(dāng)加入量為0.12 g/100 mL時(shí)，污泥的體積最小；超過此值后，污泥體積隨表面活性劑加入量的增加而增加。在此基礎(chǔ)上，又研究了表面活性劑與其他調(diào)理劑聯(lián)合使用時(shí)對(duì)污泥機(jī)械脫水性能的影響。 考慮到三氯化鐵和石灰水因價(jià)格便宜而使

7、用較多，遂研究了離心脫水過程中，用三氯化鐵和氧化鈣對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理時(shí)表面活性劑加入量對(duì)污泥體積的影響(如圖3)，其中三氯化 鐵和氧化鈣的加入量分別為污泥干重的10%和20%。圖3表明，離心后污泥的體積隨表面活性劑加入量的增加而減少。但當(dāng)加入量0.09 g/100 mL以后，污泥體積減小的幅度有所減弱。2.3 表面活性劑對(duì)污泥過濾脫水的影響三氯化鐵和氧化鈣的加入量分別為污泥干重的10%和20%、脫水時(shí)間為15 min時(shí)，表面活性劑 加入量對(duì)污泥過濾脫水的影響見圖4。很顯然，在表面活性劑加入量0.4 g/100 mL時(shí)，污泥的脫水效果隨表面活性劑加入量的增加而提高。當(dāng)加入量為0.4 g/100mL時(shí)

8、，含水率比不加表面活性劑時(shí)降低了5%。2.4 表面活性劑對(duì)蛋白質(zhì)和DNA的影響一般認(rèn)為，污泥的沉降脫水性能與細(xì)菌的胞外聚合物有關(guān)2，而蛋白質(zhì)和DNA是胞外聚合物的組分。因此，對(duì)加入表面活性劑后的離心脫水上清液中蛋白質(zhì)和DNA含量的變化進(jìn)行了研究。在污泥中加入不同量的表面活性劑，經(jīng)離心脫水后，上清液中的蛋白質(zhì)和DNA含量的變化如圖5所示。從圖5可知，隨著表面活性劑加入量的增加，有更多的蛋白質(zhì)和DNA從污泥表面釋放到外界環(huán)境中；在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)和DNA的釋放量增加。結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果可認(rèn)為：表面活性劑的加入，能使污泥所含蛋白質(zhì)和DNA量減少，它是引起污泥沉降和脫水性能改變的一個(gè)原因。圖5 離心上清液中蛋白質(zhì)及DNA含量隨表面活性劑加入量和時(shí)間的變化3 結(jié)論污泥自然沉降時(shí)，表面活性劑的加入可以加快污泥的沉降速度。當(dāng)表面活性劑加入量為 0.12g/100 mL時(shí)，污泥的初始沉降速度最快。但經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的沉降后，表面活性劑的不同加入量所形成的沉降污泥的體積基本相同。用離心的方法進(jìn)行污泥脫水時(shí)，表面活性劑的加入能夠降低脫水污泥的含水率。用三氯化鐵和氧化鈣調(diào)理時(shí)加入0.4 g/100 mL的表面活性劑，脫水污泥的含水率比不加表 面活性劑的降低了5%。進(jìn)一步的研究顯示，污泥沉降或脫水時(shí)，表面活性劑的加入能使污泥顆粒表面的蛋白質(zhì)和DNA釋放出來，這可能是其改變污泥脫