不同调理剂对含油污泥脱水性能的影响研究

含油污泥理化性质

　　含油污泥作为石化企业生产过程中产生的固废，其成分复杂，除含有水外，还存在大量难降解有机物、重金属离子等，污染环境，制约经济发展，威胁人类身体健康。因此，治理含油污泥污染具有重要意义。含油污泥治理的关键是脱水，而直接脱水处理效果差且成本高，所以在脱水前进行调理，如在污泥中添加调理剂，可使污泥颗粒克服水分子的静电排斥、水合，从而改变絮体结构及颗粒大小，使其能够絮凝沉降，改善脱水性能。目前，常用的调理方式有芬顿试剂氧化和表明活性剂调理。周煜等人研究了光法能有效地破解五您，提高污泥脱水性能；柳海波等人研究发现，投加表面活性剂可使污泥滤饼的含水率降至等人以废气生物质为原材料，研发出新型生物质污泥调理剂，用于调理市政污泥，结果表明，调理后的污泥脱水性能增强。本文选取某石化企业剩余含油污泥，自制改性生物质污泥调理剂，比较其与芬顿试剂、表面活性剂对含油污泥的调理效果，并分析其调理机理，旨在为含油污泥的处理与处置提供理论指导和技术支持。

　　试验用含油污泥取自某石化污水处理厂，经调制后作为原泥用于调理及脱水试验，理化性质如下：pH值为6.5，含水率为99%，污泥比阻为2.12×1010s2/g，清液中多糖、蛋白质、SCOD的含量分别为30、45、200mg/L，含油量为2%。

　　试验试剂：十二烷基硫酸钠（SDS）、30%H2O2、FeSO4、95%硫酸、Na2SiO3、Fe2(SO4)3、生物质（松木屑）、牛血清蛋白、蒽酮试剂、葡萄糖、Kr2Cr2O7。

　　污泥调理及脱水：将100mL含油污泥原样倒入烧杯中，加入调理剂，室温下磁力搅拌30min，然后静置30min，将调理后的含油污泥倒入装有定量滤纸的布氏漏斗（直径为90mm）中，在0.06MPa的真空压力下抽滤脱水，抽滤时间为20min。

　　上清液中多糖、蛋白质和溶解性COD（SCOD）含量的检测：将50mL含油污泥倒入离心管中，高速离心20min，转速为4500r/min，取上清液处理后，采用分光光度计（UV/min-1240）测定。

　　含水率：重量法；比阻值：HAD-TG-250型比阻测定仪；多糖：蒽酮比色法；溶解性蛋白质：考马斯亮蓝法；SCOD：重铬酸钾法。改性生物质和含油污泥调理前后的形貌变化采用S-4800型扫描电镜观察，成分变化则采用FTIR-650型傅里叶红外光谱仪测试。

　　取一定量松木屑粉碎后过20目筛网，制得粉末松木屑。将10g粉末松木屑在100mL、15%硅酸钠溶液中浸泡6h，过滤分离后再在100mL、1%硫酸铁溶液中浸泡6h，过滤分离烘干后置于马福炉中，在550℃下煅烧6h，得到灰色粉末状改性生物质。

　　为分析改性生物质对含油污泥调理的作用机理，采用扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别进行形态结构与表面性能表征。

　　九游会J9 九游会官方登录

　　九游会官方网站 J9真人游戏

　　从扫描结果得知，改性生物质为纳米纤维棒状结构，杂乱无章地堆积在一起，形成分等级的孔结构，纤维棒宽度约为2μm，纤维棒表面存在较小的纳米颗粒，推测为硅酸盐类化合物；未经调理的含油污泥样品，微观形态特征为无规则的大颗粒团聚在一起，致密而无明显的孔隙结构；经改性生物质调理后的含油污泥，颗粒较小且较为松散，颗粒间形成微孔结构，断层间的改性生物质材料清晰可见。含油污泥被改性生物质调理后，污泥内部的絮体结构被破坏，所以污泥颗粒较调理前松散，层间具有明显的孔隙结构，有利于污泥脱水性能的提高。

　　改性后的生物质（松木屑）具有巨大的比表面积和分等级孔结构，且材料表面含有丰富的含氧基团，如羧基、羟基和硅酸盐等。随着改性生物质投加量的增加，污泥滤饼含水率和比阻均减小。这主要是因为改性生物质具有巨大的比表面积，对污泥内部水分子有一定的吸附作用；同时生物质表面的含氧基团能够置换出污泥中微生物细胞内的钙、镁离子，导致其胞内化学环境失衡，胞外聚合物破解，聚合物包裹的水分子被释放出来。当改性生物质投加量从10mg/gDS增加到50mg/gDS时，含油污泥滤饼含水率和比阻分别降至55%和1.1×108s2/g。

　　随着SDS投加量的增加，含油污泥滤饼含水率先降低后升高，比阻变化趋势与含水率一致。采用SDS调理含油污泥，能够促进污泥脱水；但当SDS投加量过多时，SDS会包裹污泥絮体，导致污泥絮体中悬浮粒子团聚，降低了悬浮粒子的分散度，使得含油污泥滤饼含水率和比阻上升，脱水性能变差。当SDS投加量由10mg/gDS增加到20mg/gDS时，滤饼含水率由73%降至69%，比阻从7.71×108s2/g降至7.15×108s2/g；随着SDS投加量继续增加，含水率和比阻反而升高，当SDS投加量为50mg/gDS时，滤饼含水率升到76%，比阻达到9.11×108s2/g。

　　芬顿反应中直接的影响因素是H2O2，Fe2+主要起催化作用。不调节pH值（pH值=6.5），并将H2O2保持在前期探索试验确定的投量（20mg/gDS），改变Fe2+的投加量，探究H2O2/Fe2+质量比对含油污泥脱水性能的影响。随着H2O2/Fe2+质量比的升高，含油污泥滤饼含水率和比阻呈现先降低后增大的趋势。因为Fe2+在芬顿体系中与H2O2反应生成·OH，能够氧化污泥内部的有机污染物。因此，芬顿试剂调理污泥后使得滤饼含水率和比阻降低。但是H2O2/Fe2+质量比较大即Fe2+较少时，Fe2+催化作用较弱，H2O2产生·OH较少，降低H2O2利用率，使得污泥中的有机物氧化不充分，从而导致污泥脱水性能变差。当H2O2/Fe2+质量比为10时，滤饼含水率和比阻均小，分别约为68%和6.3×108s2/g。

　　EPS主要由亲水性和黏性的多糖、蛋白质、核酸、脂质和DNA等组成，其中蛋白质和多糖的含量约占70%。因此，可通过测定调理后污泥上清液中多糖、蛋白质及SCOD的浓度变化，来判断调理剂对EPS的破解效果。

　　三种调理剂处理含油污泥后，污泥上清液中多糖、蛋白质和SCOD含量均有明显变化。芬顿试剂调理含油污泥后，上清液中多糖、蛋白质和SCOD含量随其投加量的增加呈现先升后降的趋势。芬顿试剂通过产生的·OH将EPS氧化分解为小分子物质，破坏污泥絮体结构，从而改善污泥脱水性能。随着芬顿试剂投加量的增加，释放出的部分溶解性有机物进一步被氧化为挥发性脂肪酸、H2O和CO2等，所以，多糖、蛋白质和SCDO浓度曲线呈下降趋势。当芬顿试剂投加量为20mg/gDS时，对污泥中EPS的破解充分，上清液中多糖、蛋白质和SCOD达到较大，分别约为70、140和450mg/L。表面活性剂调理含油污泥后，污泥上清液中多糖、蛋白质和SCOD含量同样呈现先增后减的趋势。一定量的表面活性剂对EPS有增溶作用，破坏污泥絮体结构，然而随其投加量的增多，污泥絮体中长疏水链会再絮凝，重新包裹水分子，EPS得不到充分破解，污泥脱水性能变差。当SDS的投加量为20mg/gDS时，污泥上清液中多糖、蛋白质和SCOD含量分别约为65、120和320mg/L。改性生物质由于其特有的孔状结构及表面性能，对污泥中的EPS破解效果显著，当投加量为50mg/gDS时，上清液中多糖、蛋白质和SCOD含量均达到较大，分别为95、210和600mg/L。可见，改性生物质调理污泥对EPS的破解效果较佳，这与前述含油污泥的脱水性能试验结果相一致。

　　（1）芬顿试剂、表面活性剂和改性生物质对含油污泥的调理作用大小为：改性生物质＞芬顿试剂＞表面活性剂。

　　（2）改性生物质对含油污泥的调理及对污泥中EPS的破解效果好，在投加量为50mg/gDS时，调理后滤饼含水率降至55%，比阻为1.1×108s2/g，上清液中多糖、蛋白质和SCOD含量分别为95、210和600mg/L。

　　（3）改性生物质特有的分等级孔状结构及表面性能，能够破坏污泥絮体结构，改善污泥脱水性能。

不同调理剂对含油污泥脱水性能的影响研究(图1)