不同調(diào)理劑對含油污泥脫水性能的影響研究
行業(yè)動態(tài)
含油污泥作為石化企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固廢，其成分復(fù)雜，除含有水外，還存在大量難降解有機物、重金屬離子等，污染環(huán)境，制約經(jīng)濟發(fā)展，威脅人類身體健康。因此，治理含油污泥污染具有重要意義。含油污泥治理的關(guān)鍵是脫水，而直接脫水處理效果差且成本高，所以在脫水前進行調(diào)理，如在污泥中添加調(diào)理劑，可使污泥顆粒克服水分子的靜電排斥、水合，從而改變絮體結(jié)構(gòu)及顆粒大小，使其能夠絮凝沉降，改善脫水性能。目前，常用的調(diào)理方式有芬頓試劑氧化和表明活性劑調(diào)理。周煜等人研究了光-Fenton方式調(diào)理廢棄污泥，發(fā)現(xiàn)光-Fenton法能有效地破解五您，提高污泥脫水性能；柳海波等人研究發(fā)現(xiàn)，投加表面活性劑可使污泥濾餅的含水率降至67%左右。近年來，有不少新型污泥調(diào)理劑被應(yīng)用于污泥調(diào)理。Zhao等人以廢氣生物質(zhì)為原材料，研發(fā)出新型生物質(zhì)污泥調(diào)理劑，用于調(diào)理市政污泥，結(jié)果表明，調(diào)理后的污泥脫水性能增強。本文選取某石化企業(yè)剩余含油污泥，自制改性生物質(zhì)污泥調(diào)理劑，比較其與芬頓試劑、表面活性劑對含油污泥的調(diào)理效果，并分析其調(diào)理機理，旨在為含油污泥的處理與處置提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
試驗用含油污泥取自某石化污水處理廠，經(jīng)調(diào)制后作為原泥用于調(diào)理及脫水試驗，理化性質(zhì)如下：pH值為6.5，含水率為99%，污泥比阻為2.12×1010s2/g，清液中多糖、蛋白質(zhì)、SCOD的含量分別為30、45、200mg/L，含油量為2%。
試驗試劑：十二烷基硫酸鈉（SDS）、30%H2O2、FeSO4、95%硫酸、Na2SiO3、Fe2(SO4)3、生物質(zhì)（松木屑）、牛血清蛋白、蒽酮試劑、葡萄糖、Kr2Cr2O7。
1.2 試驗方法
污泥調(diào)理及脫水：將100mL含油污泥原樣倒入燒杯中，加入調(diào)理劑，室溫下磁力攪拌30min，然后靜置30min，將調(diào)理后的含油污泥倒入裝有定量濾紙的布氏漏斗（直徑為90mm）中，在0.06MPa的真空壓力下抽濾脫水，抽濾時間為20min。
上清液中多糖、蛋白質(zhì)和溶解性COD（SCOD）含量的檢測：將50mL含油污泥倒入離心管中，高速離心20min，轉(zhuǎn)速為4500r/min，取上清液處理后，采用分光光度計（UV/min-1240）測定。
1.3 測試指標與方法
含水率：重量法；比阻值：HAD-TG-250型比阻測定儀；多糖：蒽酮比色法；溶解性蛋白質(zhì)：考馬斯亮藍法；SCOD：重鉻酸鉀法。改性生物質(zhì)和含油污泥調(diào)理前后的形貌變化采用S-4800型掃描電鏡觀察，成分變化則采用FTIR-650型傅里葉紅外光譜儀測試。
1.4 改性生物質(zhì)的制備
取一定量松木屑粉碎后過20目篩網(wǎng)，制得粉末松木屑。將10g粉末松木屑在100mL、15%硅酸鈉溶液中浸泡6h，過濾分離后再在100mL、1%硫酸鐵溶液中浸泡6h，過濾分離烘干后置于馬福爐中，在550℃下煅燒6h，得到灰色粉末狀改性生物質(zhì)。
2 結(jié)果與討論
2.1 改性生物質(zhì)調(diào)理含油污泥的表征
為分析改性生物質(zhì)對含油污泥調(diào)理的作用機理，采用掃描電鏡（SEM）和傅里葉紅外光譜（FTIR）分別進行形態(tài)結(jié)構(gòu)與表面性能表征。
從掃描結(jié)果得知，改性生物質(zhì)為納米纖維棒狀結(jié)構(gòu)，雜亂無章地堆積在一起，形成分等級的孔結(jié)構(gòu)，纖維棒寬度約為2μm，纖維棒表面存在較小的納米顆粒，推測為硅酸鹽類化合物；未經(jīng)調(diào)理的含油污泥樣品，微觀形態(tài)特征為無規(guī)則的大顆粒團聚在一起，致密而無明顯的孔隙結(jié)構(gòu)；經(jīng)改性生物質(zhì)調(diào)理后的含油污泥，顆粒較小且較為松散，顆粒間形成微孔結(jié)構(gòu)，斷層間的改性生物質(zhì)材料清晰可見。含油污泥被改性生物質(zhì)調(diào)理后，污泥內(nèi)部的絮體結(jié)構(gòu)被破壞，所以污泥顆粒較調(diào)理前松散，層間具有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，有利于污泥脫水性能的提高。
2.2 改性生物質(zhì)調(diào)理劑對污泥脫水性能的影響
改性后的生物質(zhì)（松木屑）具有巨大的比表面積和分等級孔結(jié)構(gòu)，且材料表面含有豐富的含氧基團，如羧基、羥基和硅酸鹽等。隨著改性生物質(zhì)投加量的增加，污泥濾餅含水率和比阻均減小。這主要是因為改性生物質(zhì)具有巨大的比表面積，對污泥內(nèi)部水分子有一定的吸附作用；同時生物質(zhì)表面的含氧基團能夠置換出污泥中微生物細胞內(nèi)的鈣、鎂離子，導(dǎo)致其胞內(nèi)化學(xué)環(huán)境失衡，胞外聚合物破解，聚合物包裹的水分子被釋放出來。當改性生物質(zhì)投加量從10mg/gDS增加到50mg/gDS時，含油污泥濾餅含水率和比阻分別降至55%和1.1×108s2/g。
2.3 表面活性劑對污泥脫水性能的影響
隨著SDS投加量的增加，含油污泥濾餅含水率先降低后升高，比阻變化趨勢與含水率一致。采用SDS調(diào)理含油污泥，能夠促進污泥脫水；但當SDS投加量過多時，SDS會包裹污泥絮體，導(dǎo)致污泥絮體中懸浮粒子團聚，降低了懸浮粒子的分散度，使得含油污泥濾餅含水率和比阻上升，脫水性能變差。當SDS投加量由10mg/gDS增加到20mg/gDS時，濾餅含水率由73%降至69%，比阻從7.71×108s2/g降至7.15×108s2/g；隨著SDS投加量繼續(xù)增加，含水率和比阻反而升高，當SDS投加量為50mg/gDS時，濾餅含水率升到76%，比阻達到9.11×108s2/g。
2.4 芬頓試劑對污泥脫水性能的影響
芬頓反應(yīng)中直接的影響因素是H2O2，Fe2+主要起催化作用。不調(diào)節(jié)pH值（pH值=6.5），并將H2O2保持在前期探索試驗確定的投量（20mg/gDS），改變Fe2+的投加量，探究H2O2/Fe2+質(zhì)量比對含油污泥脫水性能的影響。隨著H2O2/Fe2+質(zhì)量比的升高，含油污泥濾餅含水率和比阻呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢。因為Fe2+在芬頓體系中與H2O2反應(yīng)生成·OH，能夠氧化污泥內(nèi)部的有機污染物。因此，芬頓試劑調(diào)理污泥后使得濾餅含水率和比阻降低。但是H2O2/Fe2+質(zhì)量比較大即Fe2+較少時，Fe2+催化作用較弱，H2O2產(chǎn)生·OH較少，降低H2O2利用率，使得污泥中的有機物氧化不充分，從而導(dǎo)致污泥脫水性能變差。當H2O2/Fe2+質(zhì)量比為10時，濾餅含水率和比阻均小，分別約為68%和6.3×108s2/g。
2.5 調(diào)理劑對污泥中胞外聚合物破解的影響
EPS主要由親水性和黏性的多糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)和DNA等組成，其中蛋白質(zhì)和多糖的含量約占70%。因此，可通過測定調(diào)理后污泥上清液中多糖、蛋白質(zhì)及SCOD的濃度變化，來判斷調(diào)理劑對EPS的破解效果。
三種調(diào)理劑處理含油污泥后，污泥上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD含量均有明顯變化。芬頓試劑調(diào)理含油污泥后，上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD含量隨其投加量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢。芬頓試劑通過產(chǎn)生的·OH將EPS氧化分解為小分子物質(zhì)，破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，從而改善污泥脫水性能。隨著芬頓試劑投加量的增加，釋放出的部分溶解性有機物進一步被氧化為揮發(fā)性脂肪酸、H2O和CO2等，所以，多糖、蛋白質(zhì)和SCDO濃度曲線呈下降趨勢。當芬頓試劑投加量為20mg/gDS時，對污泥中EPS的破解充分，上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD達到較大，分別約為70、140和450mg/L。表面活性劑調(diào)理含油污泥后，污泥上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD含量同樣呈現(xiàn)先增后減的趨勢。一定量的表面活性劑對EPS有增溶作用，破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，然而隨其投加量的增多，污泥絮體中長疏水鏈會再絮凝，重新包裹水分子，EPS得不到充分破解，污泥脫水性能變差。當SDS的投加量為20mg/gDS時，污泥上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD含量分別約為65、120和320mg/L。改性生物質(zhì)由于其特有的孔狀結(jié)構(gòu)及表面性能，對污泥中的EPS破解效果顯著，當投加量為50mg/gDS時，上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD含量均達到較大，分別為95、210和600mg/L?？梢?，改性生物質(zhì)調(diào)理污泥對EPS的破解效果較佳，這與前述含油污泥的脫水性能試驗結(jié)果相一致。
3 結(jié)論
（1）芬頓試劑、表面活性劑和改性生物質(zhì)對含油污泥的調(diào)理作用大小為：改性生物質(zhì)＞芬頓試劑＞表面活性劑。
（2）改性生物質(zhì)對含油污泥的調(diào)理及對污泥中EPS的破解效果好，在投加量為50mg/gDS時，調(diào)理后濾餅含水率降至55%，比阻為1.1×108s2/g，上清液中多糖、蛋白質(zhì)和SCOD含量分別為95、210和600mg/L。
（3）改性生物質(zhì)特有的分等級孔狀結(jié)構(gòu)及表面性能，能夠破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，改善污泥脫水性能。
