污泥比阻
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2023年3月19日发(作者：微耕门禁)聚丙烯酰胺对生活污泥脱水的实验研究
何旭;俞志敏;卫新来
【摘要】Thecapabilitiesofpolyacrylamideonsedimentationrateand
dehydrationofdomesticsludgewerestudiedbytestingthedoseof
polyacrylamide,thestirringspeed,flocculationtemperature,andpH
ponsesurfacemethodswereappliedbasedonthesingle
testresultswereoptimizedtoobtainthe
optimalconditionsasthedosageof50.29mg/L,andthestirringspeedof
133.8r/minwithpHvalueof3.04andtemperatureof30.84℃.TheSpecific
resistanceofsludgewas4.96×107s2/gundertheoptimalconditions.%设
置了聚丙烯酰胺的投药量、搅拌速度、絮凝温度、pH4个影响因素，研究了聚丙
烯酰胺在污泥絮凝的过程中，污泥的沉降性能和脱水性能。在单因素实验的基础上，
进行了响应面分析试验，经过优化得到最优条件为投加量50.29mg／L、搅拌速度
133.8r／min、pH3.04、温度30.84℃。此时污泥比阻值为4.96×107s2／g。
【期刊名称】《环境科学导刊》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】6页(P61-66)
【关键词】聚丙烯酰胺;生活污泥;脱水;实验;污泥比阻;响应面法
【作者】何旭;俞志敏;卫新来
【作者单位】合肥学院生物与环境工程系，合肥环境工程研究院，安徽合肥
230601;合肥学院生物与环境工程系，合肥环境工程研究院，安徽合肥230601;
合肥学院生物与环境工程系，合肥环境工程研究院，安徽合肥230601
【正文语种】中文
【中图分类】X703
随着我国经济的快速发展，我国城市污水、污泥产生量快速增长。污泥的处理处置
问题也一直受到人们的关注。其中如何提高污泥的脱水性能成为热门的研究课题
[1]。目前国内外主要通过投加絮凝剂来改善污泥的脱水性能
[2]。不同的絮凝条件对污泥的絮凝效果影响很大，寻找更好的絮凝条件来
满足实际工程生产需要，是现在污泥絮凝需要解决的重要课题
[3]。本论文对絮凝剂投加量、絮凝剂搅拌速度、温度、pH值4种影响因
素进行了研究，并提出了更加有利于污泥脱水的条件。
1.1实验材料与仪器
污泥取自合肥市某生活污水处理厂二沉池沉降污泥，污泥含水率为98.5%，pH为
6.97。为了避免污泥理化性质随时间的变化影响实验数据的真实性，所有实验均在
污泥采样后3～4d完成
[4]。
主要化学试剂：阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)：相对分子量800万(天津市光复精细
化工研究所)配成1.0g/L溶液；盐酸(上海振企化学试剂有限公司)；氢氧化钠(西陇
化工股份有限公司)。
主要仪器装置：JJ-6A型六联异步自动升降搅拌器(金坛市晶玻实验仪器厂)；
CU600高精度恒温水浴锅(上海南荣实验室设备有限公司)；DGX-9073B型鼓风干
燥箱(上海南荣实验室设备有限公司)；AEY-120型电子分析天平(湘仪天平仪器设
备有限公司)；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)；NDJ-5S
型旋转粘度计(上海越平科学仪器有限公司),污泥比阻测定装置。
1.2分析方法
1.2.1滤饼含水率的测定
污泥含水率参照CJ/T221-2005《城市污水处理厂污泥检验方法》测定。
1.2.2污泥比阻的测定
污泥比阻参照《水污染控制工程》中的实验七《污泥过滤脱水—污泥比阻的测定
实验》测定。图1是污泥比阻测定装置示意图。
1.2.3污泥沉降实验
量取100ml经调理后的污泥置入量筒中，每隔一段时间记录污泥沉降体积，在同
样的条件下，比较污泥的沉降性能。
1.3实验方法
取500ml原始污泥于烧杯中，放置于设定温度的水浴锅，每隔一段时间测定烧杯
内污泥温度，达到设定温度后用盐酸和氢氧化钠调节pH，再加入一定量的聚丙烯
酰胺，使用JJ-6A型六联异步自动升降搅拌器在固定的搅拌速度下搅拌。之后分
别按照上述含水率、污泥比阻、沉降性能的测定方法进行测定。
2.1单因素实验
2.1.1PAM投加量的影响
在温度25℃、pH7、搅拌速度150r/min的条件下，设置PAM投加量为
40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L，分别测定污泥的沉降性能、
污泥比阻、泥饼含水率。
从图2可以看出，PAM投加量在70mg/L时，污泥沉降效果最好。加入絮凝剂后，
污泥矾花颗粒变大，污泥层和上清液层有明显的分界线。投加量超过70mg/L时，
污泥沉降效果开始下降。图3表明PAM投加量在60mg/L时，污泥比阻值最小，
污泥具有很好的脱水性能。絮凝剂添加过多或过少都会影响污泥比阻。图4表明
脱水污泥泥饼含水率随投加量的增加逐渐降低，絮凝剂投加量超过50mg/L时，
泥饼含水率基本保持稳定。但是总体来说含水率偏高，说明PAM对降低泥饼含水
率的作用不明显。
2.1.2搅拌速度的影响
在温度25℃、pH7、投加量70mg/L的条件下，设置搅拌速度为100r/min、
150r/min、200r/min、250r/min、300r/min，分别测定污泥的沉降性能、污泥
比阻、泥饼含水率。
图5表明污泥样品在30min内，随着沉降时间的增加，污泥体积逐渐减少；从
100r/min至200r/min范围内，随着转速的增加，污泥最终沉降体积越小；超过
200r/min后，污泥沉降体积开始回升。从图6可以看出，搅拌速度为150r/min
时，污泥比阻为最小值，超过150r/min时，转速的增高导致污泥絮凝体被打散，
污泥比阻反而增加，处理效果下降。从图7可以得知，搅拌速度为150r/min时，
污泥含水率达到72.7%，脱水效果明显。
2.1.3pH的影响
在温度25℃、搅拌速度150r/min、投加量70mg/L的条件下，设置pH为3、5、
7、9、11，分别测定污泥的沉降性能、污泥比阻、泥饼含水率。
从图8可以看出，在不同的pH条件下，污泥沉降速度不同。当pH为5时，污泥
沉降速度最快。pH过小或过大都会影响污泥沉降速度。污泥在酸性范围内更容易
沉降。从图9可知，随着pH的增高，污泥比阻呈现先减小后增大的趋势，pH为
5时，污泥比阻值最小。污泥在酸性条件下脱水性能略好于碱性条件
[3]。从图10可看出，pH对污泥泥饼含水率也有影响，在碱性条件下，
污泥样品呈现粘稠状，含水率高。
2.1.4温度的影响
搅拌速度150r/min、投加量70mg/L、pH7，设置温度为20℃、30℃、40℃、
50℃、60℃，分别测定污泥的沉降性能、污泥比阻、泥饼含水率。
从图11可以看出，外界温度不同，污泥沉降速度不同。在相同的时间下，温度越
高，污泥沉降越快。但是实际工程生产中需要结合经济效益，温度过高，耗能太大，
不能达到利益最大化。从图12可以看出，温度对污泥比阻影响显著，温度低于
50℃时，污泥比阻随温度的升高而降低。高于50℃时，比阻值迅速增高，由此可
见50℃最有利于污泥脱水。图13说明了在50℃时，泥饼含水率最低，符合图12
中50℃最有利于污泥脱水的结论。
2.2响应面分析法优化工艺条件
2.2.1响应面分析因素的选择
在单因素实验的基础上，根据中心组合设计原理，以污泥比阻为指标，设计4因
素3水平的响应面实验，因素水平编码见表1，用DesignExpert软件进行数据
分析，确定最佳絮凝条件
[5]。
2.2.2中心组合设计的实验矩阵及结果
根据表1进行实验，将每组实验得到的污泥比阻值填入表中，如表2所示。
2.2.3模型的建立及分析
将所得到的实验数据输入软件内，然后进行多元回归拟合，得到以污泥比阻值为目
标函数的回归方程：
Y的方差分析如表3所示。
在本例中，模型显著性检验
p<0.05，表明该模型具有统计学意义
[6]。Model失拟项的
P值为0.3279，>0.05，说明失拟项不显著，表明模型方程对实验结果拟
合的比较好，选择合适。一次项中的
X2、
X3、
X4对污泥比阻值有显著影响。投加量(
X1)的
P值>0.05，说明其对污泥比阻值大小影响不显著。4种因素对污泥比阻值
大小影响程度为：pH>温度>搅拌速度>投加量。在2因素的交互作用中，投加量
和pH的交互作用对污泥比阻值的影响最大，投加量和搅拌速度的交互作用对污泥
比阻值的影响最小。
2.2.4因素交互作用对响应值影响的曲面图
从图14中可以看出，随着投加量和搅拌速度的增加，污泥比阻值不断减小。当投
加量相同时，随着搅拌速度的增加，污泥比阻降低的速度比当搅拌速度相同时，随
着投加量的增加污泥比阻降低的速度快，这说明投加量和搅拌速度交互作用时，搅
拌速度对污泥比阻的影响大于投加量对污泥比阻的影响。同样分析图15至图18
即可以得到哪个影响因素最大
[7]，例如从图15可以看出pH对污泥比阻的影响大于投加量对污泥比阻
的影响，从图16可以看出温度对污泥比阻的影响大于投加量对污泥比阻的影响。
这与上述从方差分析表中得到的结论一致。
2.2.5最佳工艺的确定
通过DesignExpert软件分析得出响应值最大的4个最佳的絮凝条件。当投加量
为50.29mg/L、搅拌速度为133.8r/min、pH为3.04、温度为30.84℃时，污泥
比阻值达到最低，为4.95×10
7s
2/g。结合实验的实际可操作性，选取投加量为50mg/L、搅拌速度为
133r/min、pH为3、温度为30.84℃进行实验，做3组平行样来验证软件分析的
可靠性。表4为实验结果。
三组实验污泥比阻值的平均值为4.96×10
7s
2/g，与软件预测吻合。得到的污泥样品污泥比阻值小，极易脱水干化。
(1)通过单因素实验得知，投加量60mg/L、搅拌速度150r/min、pH为5、温度
为50℃的条件下均能使污泥比阻最小，表明该4种影响因素均对污泥脱水效果有
一定影响。
(2)通过响应面法实验，确定当投加量为50.29mg/L、搅拌速度为133.8r/min、
pH为3.04、温度为30.84℃时，污泥比阻值达到最低，此时污泥比阻为4.96×10
7s
2/g，极易脱水，具有实际应用价值。
(3)通过DesignExpert软件分析，建立并对模型进行分析，确定影响污泥比阻的
因素大小为：pH>温度>搅拌速度>投加量。
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Keywords：polyacrylamide;sludge;dehydrate;experiment;specific
resistance;responsesurfacemethod