污泥化学调质的作用及机理
发布时间：2017/12/02
污泥化学调质的作用及机理
1、污泥化学调质的作用
污水厂污泥中的固体物质主要是胶质微粒，与水的亲和力很强，若不作适当的预处理，脱水将非常困难。污泥颗粒带有同性电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近聚集成较大的颗粒；其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水合作用，形成一层水化膜，阻碍颗粒相互结合。剩余活性污泥的含水率一般在99.5％～99.8％。经过浓缩作用和机械脱水后，污泥的含水率仍高达75％～85％，解决不了污泥干化时消耗大量能量的问题。
在污泥脱水前进行的预处理，称为污泥调质。其作用是使污泥粒子改变物化性质，破坏污泥的胶体结构，减少其与水的亲和力，从而改善其脱水性能，现在常用的方法有物理调质和化学调质两大类。物理调质有冻融法、超声波法及热调质等，化学调质则主要向污泥中投加化学药剂，改善其脱水性能。以上调质方法在实际中都有应用，但以化学调质为主，原因在于化学调质流程简单，操作不复杂，且调质效果很稳定。
污泥的化学调质就是要克服水合作用和电排斥作用，通过改变污泥结构，以提高其可脱水性。其途径有二：第一是脱稳、凝聚，脱稳依靠在污泥中加入无机盐、离子型有机聚合物等混凝剂，使颗粒表面性质改变并凝聚起来，即混凝；第二是改善污泥颗粒间的结构，降低污泥的可压缩性，减少过滤阻力和过滤介质（滤布）堵塞，这类药剂属助凝剂或助滤剂。
2、化学调质的机理
如上所述，污泥化学调质方法有混凝、助凝和助滤。混凝和助凝往往是结合在一起的，没有特别明显的区分。助滤的机理很简单，主要是增强滤饼的不可压缩性，以降低过滤的阻力。这里介绍混凝的主要机理。按机理，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网捕四种。
（1）压缩双电层
由胶体粒子的双电层结构可知（图2），反离子的浓度在胶粒表面最大，沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布，最终与溶液中的离子浓度相等。当向溶液中投加电解质，溶液中的反离子浓度增高，加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度缩小，反离子更多地挤入滑动面与吸附层，使胶粒带电荷数减少，ζ电位降低。胶粒间的排斥力减小，距离减小，吸引力增大，胶粒得以迅速凝聚。
（2）吸附电中和
胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带部分电荷，减少了静电斥力，降低了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。当三价铝盐或铁盐凝聚剂投量过多，因为胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳定现象，混凝效果反而下降的现象，可以用吸附电中和的机理解释。
（3）吸附架桥
吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥联的过程。
高分子絮凝剂在胶粒表面的吸附取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。高分子絮凝剂因其线性长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，形成“胶粒-高分子-胶粒”的絮凝体。使颗粒逐渐变大，形成粗大絮凝体。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；②但投加过多，会出现“胶体保护”现象。
（4）沉淀物网捕
当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物如Al（OH）3、Fe（OH）3或带金属碳酸盐如CaCO3时，水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。絮凝剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。
以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。低分子电解质的混凝剂，以双电层作用产生凝聚为主；高分子聚合物则以架桥联接产生絮凝为主。故通常将低分子电解质称为混凝剂，而把高分子聚合物单独称为絮凝剂。