煉油廠剩餘活性汙泥脫水處理研究
對煉油廠剩餘活性汙泥進行脫水處理，確定了絮凝劑及其投加量，並考察了相關運行參數對汙泥脫水效果的影響。結果表明，在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為25 mg˙L-1、操作溫度為40℃、汙泥初始pH值為8˙0、快攪強度為170 r˙min-1、快攪時間為60 s、慢攪強度為50r˙min-1、慢攪時間為8 min的最佳條件下，汙泥的脫水效果明顯得到改善。在此條件下進行了多次實驗，泥餅的含水率均低於81˙63%。
含油汙泥是指在原油開采、集輸、煉製等過程中產生的大量含油固體廢物，一般分為油田含油汙泥與石油化工行業(主要是煉油廠)產生的含油汙泥。含油汙泥中含有大量的病原菌、寄生蟲(卵)、重金屬、放射性元素及大量的苯、酚、蒽、苯並芘等難降解的有毒有害物質，若直接排放，會汙染周圍的土壤、水體和空氣[1],對人體造成危害。含油汙泥已被列入《國家危險廢棄物目錄》中的含油廢物類，《國家清潔生產促進法》要求必須對含油汙泥進行無害化處理。
石油化工行業的汙水處理係統產生的汙泥主要來自隔油池底泥、浮選池浮渣和剩餘活性汙泥，統稱為“三泥”。長期以來，汙水處理廠將“三泥”進行混合，濃縮處理。由於“三泥”的性質差別較大、成分極其複雜，難於脫水，處理具有一定的難度[2,3]。為解決此問題，研究者根據“三泥”的特性進行了分別處理的研究工作。作者對剩餘活性汙泥進行脫水處理，確定了複配絮凝劑及其投加量，考察了實驗參數對汙泥脫水效果的影響，確定了最佳處理條件，擬為實際應用提供技術支持。
1. 實驗
泥樣、試劑和儀器
泥樣取自某汙水處理廠剩餘活性汙泥濃縮池中，呈黑色，有惡臭味，富含大量微小絮體，pH值為7˙16,含水率為99˙68%,不含油。
無機絮凝劑(2000 mg˙L-1)，有機絮凝劑(1000mg˙L-1)，鹽酸溶液(1 mol˙L-1)，氫氧化鈉溶液(1mol˙L-1)。
XQY-Ⅱ型旋轉掛片腐蝕試驗儀，江蘇省江都市建華儀器儀表廠;真空抽濾裝置;AB204-S型分析天平，瑞士梅特勒;202V1型電熱恒溫幹燥箱，上海優浦科學儀器有限公司;PH211型酸度計，美國Hanna公司。
方法
(1)將盛有500 mL汙泥的燒杯放入旋轉掛片腐蝕試驗儀中，進行浴熱，使汙泥的溫度升高到預先設置的數值。
(2)在燒杯中投加聚合氯化鋁(PAC)，快速攪拌一定時間;再投加陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，慢速攪拌一定時間，之後，停止攪拌。
(3)取出燒杯，將汙泥置入浸潤好濾紙的布氏漏鬥中，真空抽濾8 min。
(4)取少量的泥餅置於表麵皿上，放入恒溫幹燥箱中，在105℃烘幹至恒重，冷卻，稱重。先計算烘幹前後泥餅的質量，再計算泥餅的含水率。
檢測方法
泥餅含水率采用105℃幹燥失重法測定。
2. 結果與討論
複配絮凝劑的篩選
有機高分子絮凝劑和無機高分子絮凝劑的複合使用會強化“電中和”及“架橋”作用，從而大大降低絮凝劑的投加量，提高絮凝效能[4]。因此，利用實驗室現有的絮凝劑進行複配，並在操作溫度為35℃、汙泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下對複配絮凝劑進行篩選，結果見表1。
由表1可以看出，6#的處理效果最好，泥餅的含水率最低，水最清，絮體大而密實，沉速快。因此，選擇PAC+CPAM作為複配絮凝劑。
複配絮凝劑投加量對剩餘活性汙泥脫水效果的影響
1PAC投加量對剩餘活性汙泥脫水效果的影響在CPAM投加量為20 mg˙L-1、操作溫度為35℃、汙泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下，考察PAC投加量對剩餘活性汙泥脫水效果的影響。
由圖1可以看出，泥餅含水率起初隨PAC投加量的增大而下降;當PAC投加量為200 mg˙L-1時，泥餅含水率最低;當投加量超過200 mg˙L-1時，泥餅含水率反而升高。這是因為：無機絮凝劑投加到汙泥中，會發生一係列水解和聚合反應，生成大量的羥基絡合物，水中的膠粒能夠強烈吸附水解與聚合反應的各種產物，被吸附的帶正電荷的多核絡離子能夠壓縮雙電層，並進行電中和作用，使汙泥中膠粒的Zeta電位降低，從而使體係脫穩，進而改善了過濾性能;但無機絮凝劑投加量過大時，過多的正電荷可能使顆粒表麵帶正電，使體係複穩，反而引起過濾性能的降低[5]。因此，PAC投加量以200 mg˙L-1為宜。
CPAM投加量對剩餘活性汙泥脫水效果的影響
在PAC投加量為200 mg˙L-1、操作溫度為35℃、汙泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下，考察CPAM投加量對剩餘活性汙泥脫水效果的影響，結果見圖2。
由圖2可以看出，泥餅含水率起初隨著CPAM投加量的增加愈來愈低;當CPAM投加量為25 mg˙L-1時，泥餅含水率最低;當CPAM投加量超過25 mg˙L-1時，泥餅含水率反而升高。這是因為[6~8]:陽離子絮凝劑在處理汙泥時，具有正電荷中和、吸附架橋的雙重作用，隨著投加量的增加，促使了電荷中和、吸附架橋作用的進行，有利於絮體的形成和沉降，因而改善了汙泥的脫水效果。但絮凝劑還有分散作用，當其用量過大時，大量的聚合物吸附在懸浮顆粒上將其包裹，在表麵形成空間保護層，阻止吸附架橋作用的形成，使已經形成的絮體重新分散，變成結構鬆散的絮體，絮體中所含的水分難以去除，導致汙泥脫水效果降低。因此，CPAM投加量以25 mg˙L-1為宜。
操作溫度對剩餘活性汙泥脫水效果的影響
在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為20 mg˙L-1、汙泥初始pH值為7˙16、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下，考察操作溫度對剩餘活性汙泥脫水效果的影響，結果見圖3。
由圖3可以看出，泥餅含水率起初隨著操作溫度的升高而降低;當操作溫度為40℃時，泥餅含水率最低;當操作溫度超過40℃時，泥餅含水率反而升高。這是因為：汙泥溫度升高時，化學反應加快，水溶液粘度下降、凝聚分子擴散增加、絮體成長速度加快，同時水溫升高時，布朗運動加劇，增加了碰撞的機會，有利於汙泥凝聚成較大顆粒，從而促進了絮凝和沉降;但汙泥溫度過高時，化學反應過快，形成了細小的絮體，並且使絮體的水合作用加強，導致產生的汙泥含水量高、體積大、難處理[9],反而使汙泥的脫水效果降低。因此，操作溫度以40℃為宜。
汙泥初始pH值對剩餘活性汙泥脫水效果的影響
用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調節汙泥初始pH值，在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為20 mg˙L-1、操作溫度為35℃、快攪強度為150 r˙min-1、快攪時間為30 s、慢攪強度為70 r˙min-1、慢攪時間為6 min的條件下，考察汙泥初始pH值對剩餘活性汙泥脫水效果的影響。
由圖4可以看出，泥餅含水率起初隨著汙泥初始pH值的增大而降低;當汙泥初始pH值為8˙0時，泥餅含水率最低;當汙泥初始pH值超過8˙0時，泥餅含水率反而升高。這是因為：在低pH值情況下，混凝過程具有相對較低的凝聚速度、較長的反應時間和較小的絮體顆粒度[10],汙泥的脫水效果較差;在pH值為8˙0的條件下，由於絮凝劑的水解產物具有較多的正電荷，膠體顆粒的電中和作用較大，形成的絮體較多，汙泥的過濾性能較強，汙泥的脫水效果較好;當pH值過高時，電荷改變時膠體顆粒之間的排斥力增大，阻止聚集，使體係複穩，導致汙泥脫水效果變差。因此，汙泥初始pH值以8˙0為宜。
水力條件對剩餘活性汙泥脫水效果的影響
在PAC投加量為200 mg˙L-1、CPAM投加量為20 mg˙L-1、操作溫度為35℃、汙泥初始pH值為7˙16的條件下，采用正交實驗對最佳水力條件進行了考察，結果與分析見表2。
由表2可以看出，4個因素對汙泥含水率的影響順序依次為：快攪強度>快攪時間>慢攪時間>慢攪強度。剩餘活性汙泥脫水的最佳水力條件是：快攪強度為170 r˙min-1,快攪時間為60 s,慢攪強度為50 r˙min-1,慢攪時間為8 min。
驗證實驗
剩餘活性汙泥脫水的最佳條件為：PAC投加量為200 mg˙L-1,CPAM投加量為25 mg˙L-1,操作溫度為40℃，汙泥初始pH值為8˙0,快攪強度為170 r˙min-1,快攪時間為60 s,慢攪強度為50 r˙min-1,慢攪時間為8 min。在此條件下，進行了多次實驗，泥餅含水率均低於81˙63%。
結論
(1)從6組複配絮凝劑中，篩選出處理效果最好的複配絮凝劑PAC+CPAM。
(2)絮凝劑PAC和CPAM適合剩餘活性汙泥脫水的最佳投加量分別為200 mg˙L-1和25 mg˙L-1。
(3)確定剩餘活性汙泥脫水處理的最佳運行參數如下：操作溫度為40℃，汙泥初始pH值為8˙0,快攪強度為170 r˙min-1,快攪時間為60 s,慢攪強度為50 r˙min-1,慢攪時間為8 min。
(4)在優化條件下，剩餘活性汙泥的脫水效果明顯得到改善，泥餅含水率降低至81˙63%以下，達到了汙泥處理標準(含水率低於85%)。
(5)剩餘活性汙泥濃縮池中的汙泥受沉降時間、季節變化、供暖等因素的影響，其性質會發生相應的變化;中試現場條件和室內實驗條件又存在著一定差別。因此，優化條件隻能為剩餘活性汙泥無害化處理提供參考，具體應用時要在現場進行調試確定。