自来水厂产生的废水主要来自沉淀池或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗水。生产废水经过浓缩池处理后产生的污泥，如直接进行脱水处理，其脱水效果很差，须进行各种调理过程。污泥调理的方法较多，大体可以分为两大类：化学调理和物理调理。加药调理主要有石灰处理、酸处理、碱处理、高分子絮凝剂和无机混凝剂处理等；不加药处理包括热处理、冷冻处理等技术，而混凝剂调理为较常用的污泥脱水前处理技术。
北京市第九自来水厂每天产生的含水率为98%～99%的浓缩污泥约1000t。污泥脱水采用离心方式，为了达到较好的泥水分离效果，污泥调理过程中投加了大量的PAM，但是脱水效率依然较低，泥饼含水率约为80%。由于脱滤液的水质较差，而且受到高浓度PAM的污染，所以无法回用，只能直接排放，不仅浪费大量的水资源，并且严重污染了周围河道。因此，本研究拟采用隔膜压滤技术，并筛选出与其相适宜的污泥调理技术： ，实现污泥深度脱水，在污泥脱水过程中削减污泥量；第二，清液回用。隔膜压滤机过滤压力高，可以选用致密的滤布，通过滤布截留和滤饼层过滤，获得清澈的滤液。因此，在保证污泥高效脱水的基础上，达到回用污泥脱水清液的目的，从而实现水厂排泥水零排放。
1 试验部分
1.1 水厂污泥基本情况介绍
第九自来水厂每天产生的含水率为98%～99%的浓缩污泥约1000t。污泥中主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁、PAM和少量有机质。污泥密度为1g/cm³。小试污泥除PAC与石灰复配试验含水率为97.77%外，其他各组试验污泥原始含水率均为98.4%。
1.2 污泥调理药剂
3种无机混凝剂（氯化铁、PAC和石灰）、1种有机混凝剂（PAM）。其中，氯化铁和PAC均为液体药剂，其质量浓度和氧化铝含量分别为38%和10%。
1.3 污泥调理和脱水试验
1.3.1 小试
（1）污泥调理过程。
取500mL污泥置于1000mL塑料烧杯中。开启搅拌装置（ZR4-6混凝试验搅拌机），在快搅速度为200r/min的条件下加入不同比例的氯化铁、PAC和石灰等药剂，30s后降速至100r/min搅拌2min，然后进行SRF测定实验。对于复配实验，按按照试验配比投加氯化铁和PAC，然后加入石灰，继续搅拌，直至大部分氢氧化钙溶解。
（2）SRF的测定。
SRF试验的操作如下：取待测污泥样品100mL于量筒中，在恒定气压P=0.9MPa的条件下过滤（Jk-0.3型），每隔10s记录一次滤液体积，直到漏斗中滤饼层出现裂缝为止，停止抽滤，利用差量法测定滤饼含水率，然后进行污泥比阻测定。
1.3.2 中试
（1）中试装置。
选用小型隔膜压滤机及其配套设备，主要有空压机（可提供压力为8kg）、高压清洗机、调理罐（配有可调速搅拌机）和气动隔膜泵。压滤面积约为4.5㎡，滤室总容量约为0.12m³，滤布孔径为5μm。滤板材质为增强聚丙烯，规格为0.8m×0.8m×0.03m。
（2）污泥的调理。
每次向污泥调理罐中装入1t浓缩污泥。然后在搅拌条件下，按照一定量加入氯化铁、PAC、石灰或者复配药剂，持续搅拌5min开始进料。
（3）压滤操作过程。
开启液压装置，将滤板压紧，压力为22～27kg保压。整个压滤过程包括注满、低压（0～8kg）压滤和高压（15～16kg）压榨三步，每次进料量为0.5～0.6t。其中注满时间约为5min，低压压滤持续80min，高压压榨维持20min。退去液压，打开滤板。
2 结果和讨论
2.1 小试结果
2.1.1 单一药剂投加对Zeta电位的影响
原始Zeta电位为-22.27mV。随着氯化铁投加量的增加，Zeta电位逐渐上升。当氯化铁和PAC投加量分别为0.24,0.15g/L时，Zeta电位出现0点。可以看出，PAC的电中和能力略高于氯化铁。
2.1.2 单一药剂投加对Zeta电位和污泥比阻的影响
根据实验室小试结果显示，PAM投加后形成絮体较大，但是由于其絮体强度不高，而且黏性较强，在高压条件下容易变形堵塞滤孔，从而并没有有效改善污泥的高压压滤脱水性能。这说明单独使用PAM作为隔膜压榨的调理药剂是不可行的。
随着氯化铁投加量的增加，SRF先降低后升高，在0.39g/L时，SRF出现极小值为9.3×1011m/kg，而此时污泥的Zeta电位为22.83mV。污泥脱水性的改善：一方面依靠无机混凝剂的电中和作用实现絮凝；另一方面污泥中存在混凝处理过程中投加的PAM和本身含有的黏性胶体颗粒物，使得污泥的黏性较高，投加无机混凝剂不但可以依靠形成的水解产物与PAM和黏性胶体物质结合降低污泥的黏度，还可以提高污泥的絮体强度，减小其不可压缩性来提高污泥脱水性。和氯化铁的结果一致，随着PAC的投加量逐渐增加，SRF先减小后增加，在0.32g/L时，SRF出现极小值为7.3×1011m/kg，该值小于投加氯化铁的极小值。这可能是由于与PAC相比，氯化铁具有更强的电中和能力，絮凝效果更好，所以效果优于氯化铁。然而，当两种混凝投加量继续增加后，污泥脱水性能恶化，这因为过剩电荷导致污泥絮凝效果变差，小颗粒物质增加。
污泥比阻的下降与石灰的投加量的增加呈线性关系，说明氢氧化钙的投加明显改善了污泥的过滤性能，加快了污泥过滤速率。这主要是由于石灰投加后可以起到一定絮凝架桥作用，另一方面可以支撑污泥絮体，从而形成多孔结构，减小滤饼层对水流的阻力，使得污泥排水能力提升。
2.1.3 复配投加对污泥脱水性的影响
从氯化铁和PAC与石灰复配的试验结果可以看出，在单独使用氯化铁之后污泥比阻降低时，继续投加石灰可以进一步降低污泥比阻，而且从感官来看，污泥的黏性明显降低，泥饼和滤布的剥离效果较好。这可能是由于污泥首先通过氯化铁的电中和作用实现凝聚，同时水解产生的沉淀使得污泥的黏性降低，再加入石灰可以起到骨架支撑作用，进一步减小污泥的不可压缩性，使得污泥的脱水性进一步得到改善。同时投加0.32g/L的PAC和0.64g/L石灰可明显提高污泥的过滤性能，其效果优于先投加0.39g/L氯化铁之后再加入等量石灰的效果。因为PAC改善污泥脱水性是不仅通过电中和絮凝作用，而且还通过吸附架桥来增强污泥絮体强度，并减小污泥黏性。
2.1.4 小试总结
按照污泥比阻SRF的大小将污泥分为三类：9.9×1011m/kg以上属于难脱水污泥，3.9×1011～9.9×1011m/kg属于中等可脱水污泥，3.9×1011m/kg以下属于易脱水污泥。原始污泥的SRF为2.8×1012m/kg，属难脱水污泥。单独投加氯化铁和PAC改善污泥的脱水性有限，在较优投加量条件下，只可将污泥转化为中等可脱水污泥，通过与石灰的复配投加后可将污泥转化为易脱水污泥。
2.2 中试试验结果
2.2.1 污泥脱水效果
单独投加氯化铁、PAC和石灰均可以实现有效脱水（污泥不会堵塞滤布）。单独投加氯化铁和PAC后污泥含水率较高，接近70%，二者分别与石灰复配后可有效降低污泥含水率，采用0.39g/L氯化铁和0.32g/L PAC分别与0.64g/L石灰复配调理后，污泥含水率可降至60%左右。
2.2.2 水质情况
对于所有中试试验，除起始5min内，污泥清液浊度达7NTU以外，5min后压滤全程清液浊度均＜0.2NTU。从浊度来看，板框压滤出水完全可以达到回用标准。整个压滤过程可分为三个阶段：充满阶段、滤饼层形成阶段和压紧阶段。板框压滤的充满阶段是依靠滤布来截留污泥固体，必然会导致一些固体颗粒无法截留，使得出水浊度偏高。5min后，污泥充满滤室，会在滤布表面形成滤饼层，此时过滤方式发生转化，由原来的依靠滤布截留转化为凭借滤饼层过滤，从而浊度下降。
3 经济分析
采用离心机脱水后污泥含水率为80%，九厂每天产生含水80%的离心脱水污泥约90t，则年产生量为16425t。如采用板框压滤机脱水后污泥含水率降至60%，意味着污泥量削减50%左右。若填埋处置的成本为300元（包含运费），一年节省污泥处置成本为900多万。同时，隔膜压滤清液可以实现回用，从而可节约大量水资源。
4 结论
本文结合使用高压脱水技术及其适宜的污泥前调理过程对实现自来水厂污泥减量化和清液回用的可行性和效率进行研究，结论如下：
（1）氯化铁、PAC、石灰及其复配调理均可降低SRF。单独投加氯化铁和PAC调理的效果有限，只能将难脱水的原始污泥转变为中等可脱水污泥，而单独使用石灰会导致脱水后绝干污泥量过大，故PAC和氯化铁与石灰复配投加可更加高效地降低污泥比阻。
（2）中试结果显示原始污泥脱水性较差，直接压滤会堵塞滤布。氯化铁、PAC、石灰及其复配进行调理，均可实现污泥的有效脱水。但单独投加氯化铁或PAC后，脱水后的污泥含水率偏高，二者与石灰复配投加调理可进一步降低污泥含水率。
（3）在所有中试试验组中，除起始5min内，污泥清液浊度达到7NTU以外，5min后压滤全程清液浊度均＜0.2NTU。因此，隔膜清液可回用至饮用水处理过程中。
