污泥化學調質的作用及機理
發布時間:2017/12/02
污泥化學調質的作用及機理
1、污泥化學調質的作用
污水廠污泥中的固體物質主要是膠質微粒,與水的親和力很強,若不作適當的預處理,脫水將非常困難。污泥顆粒帶有同性電荷,它們之間的靜電斥力阻止微粒間彼此接近聚集成較大的顆粒;其次,帶電荷的膠粒和反離子都能與周圍的水分子發生水合作用,形成一層水化膜,阻礙顆粒相互結合。剩余活性污泥的含水率一般在99.5%~99.8%。經過濃縮作用和機械脫水后,污泥的含水率仍高達75%~85%,解決不了污泥干化時消耗大量能量的問題。
在污泥脫水前進行的預處理,稱為污泥調質。其作用是使污泥粒子改變物化性質,破壞污泥的膠體結構,減少其與水的親和力,從而改善其脫水性能,現在常用的方法有物理調質和化學調質兩大類。物理調質有凍融法、超聲波法及熱調質等,化學調質則主要向污泥中投加化學藥劑,改善其脫水性能。以上調質方法在實際中都有應用,但以化學調質為主,原因在于化學調質流程簡單,操作不復雜,且調質效果很穩定。
污泥的化學調質就是要克服水合作用和電排斥作用,通過改變污泥結構,以提高其可脫水性。其途徑有二:第一是脫穩、凝聚,脫穩依靠在污泥中加入無機鹽、離子型有機聚合物等混凝劑,使顆粒表面性質改變并凝聚起來,即混凝;第二是改善污泥顆粒間的結構,降低污泥的可壓縮性,減少過濾阻力和過濾介質(濾布)堵塞,這類藥劑屬助凝劑或助濾劑。
2、化學調質的機理
如上所述,污泥化學調質方法有混凝、助凝和助濾?;炷椭墙Y合在一起的,沒有特別明顯的區分。助濾的機理很簡單,主要是增強濾餅的不可壓縮性,以降低過濾的阻力。這里介紹混凝的主要機理。按機理,混凝可分為壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網捕四種。
(1)壓縮雙電層
由膠體粒子的雙電層結構可知(圖2),反離子的濃度在膠粒表面最大,沿著膠粒表面向外的距離呈遞減分布,最終與溶液中的離子濃度相等。當向溶液中投加電解質,溶液中的反離子濃度增高,加入的反離子與擴散層原有反離子之間的靜電斥力把原有部分反離子擠壓到吸附層中,從而使擴散層厚度縮小,反離子更多地擠入滑動面與吸附層,使膠粒帶電荷數減少,ζ電位降低。膠粒間的排斥力減小,距離減小,吸引力增大,膠粒得以迅速凝聚。
(2)吸附電中和
膠粒表面對異號離子、異號膠粒、鏈狀離子或分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用,由于這種吸附作用中和了電位離子所帶部分電荷,減少了靜電斥力,降低了ξ電位,使膠體的脫穩和凝聚易于發生。當三價鋁鹽或鐵鹽凝聚劑投量過多,因為膠粒吸附了過多的反離子,使原來的電荷變號,排斥力變大,從而發生了再穩定現象,混凝效果反而下降的現象,可以用吸附電中和的機理解釋。
(3)吸附架橋
吸附架橋作用主要是指鏈狀高分子聚合物在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下,通過活性部位與膠粒和細微懸浮物等發生吸附橋聯的過程。
高分子絮凝劑在膠粒表面的吸附取決于聚合物同膠粒表面二者化學結構的特點。高分子絮凝劑因其線性長度較大,當它的一端吸附某一膠粒后,另一端又吸附另一膠粒,在相距較遠的兩膠粒間進行吸附架橋,形成“膠粒-高分子-膠粒”的絮凝體。使顆粒逐漸變大,形成粗大絮凝體。高分子絮凝劑投加后,通??赡艹霈F以下兩個現象:①高分子投量過少,不足以形成吸附架橋;②但投加過多,會出現“膠體保護”現象。
(4)沉淀物網捕
當采用硫酸鋁、石灰或氯化鐵等高價金屬鹽類作混凝劑時,當投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物如Al(OH)3、Fe(OH)3或帶金屬碳酸鹽如CaCO3時,水中的膠粒和細微懸浮物可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質所網捕。絮凝劑最佳投加量與被除去物質的濃度成反比,即膠粒越多,金屬凝聚劑投加量越少。
以上介紹的混凝的四種機理,在水處理中往往可能是同時或交叉發揮作用的,只是在一定情況下以某種機理為主而已。低分子電解質的混凝劑,以雙電層作用產生凝聚為主;高分子聚合物則以架橋聯接產生絮凝為主。故通常將低分子電解質稱為混凝劑,而把高分子聚合物單獨稱為絮凝劑。