污泥脱水很难搞？工程师说加点盐就好了 但曝气要谨慎…

污泥脱水是污水厂的重要开支组成。荷兰的污水厂在脱水絮凝剂的采购上每年要花费约2300万欧元。有文献报道称添加铁、镁和钙等多价阳离子和曝气可以改善污泥的脱水性能。对此，两位荷兰人找来了三座污水厂进行验证。本期奥氏部落第三眼专栏小编带读者看看他们的评估报告结果。

添加阳离子和曝气有助污泥脱水？

这两位荷兰人包括了荷兰著名水务咨询公司Royal HaskoningDHV的David Berkhof和Aiforo的Leon Korving（是的，他正是之前我们奥氏部落介绍过的污水回收塑料项目PHARIO的带头人）。这个研究对添加离子和曝气两个变量对消化污泥的脱水性能的作用进行评估，评估方式包括了实验室测试以及污水厂的实测。

大家可能都听过Airprex的磷回收工艺，这项工艺使用的正是曝气和离子添加相结合的方法。小编曾有幸听过Airprex工艺发明者Wolfgang Ewert的亲自讲解，他当时强调该工艺的真正亮点不在于可以回收鸟粪石，而是后续污泥脱水性能的提高。他们的研究得到了荷兰的水研究基金会STOWA的资助，其实结果早在2016年就发布了，报告书题为《阳离子与曝气对污泥脱水的影响》。

De invloed van kationen en beluchting op slibontwatering

研究对象

两位作者首先对文献报告进行搜集，结果显示阳离子，特别是钙镁等二价阳离子，通过它们对污泥絮凝物的电荷作用，确实可以改善脱水性：尤其是与污泥中的多糖结合。 像铁（Fe^{3 +}）这种三价阳离子的表现则不太相同，它们可能特别与胶体蛋白结合，从而改善脱水。 所以这篇研究他们集中针对钙（Ca^{2 +}）、镁（Mg^{2 +}）和三价铁（Fe^{3 +}）。目的是证明阳离子添加和曝气对污泥脱水性的影响。 此外，对向污泥中添加阳离子进行了实验室测试。

这次研究设计的荷兰污水厂包括Nieuwgraaf、Beverwijk和Amsterdam West。目的是证明添加阳离子和曝气对污泥脱水性的影响。 此外，对于阳离子的作用他们还进行了实验室测试。

实际测试

三个污水处理厂的阳离子添加对脱水性能的测试设计如下：

他们在Nieuwgraaf污水厂的测试中向污泥中加入三价铁(Fe³⁺)。下图中的两条线显示了在两种不同Fe剂量下的聚电解质（PE）的剂量和脱水结果 （污泥的DM％）之间的关系。斜线左侧的结果表示比现有情况的成本更低。 在一条线的右边，阳离子添加的成本高于节省（字母表示表中特定的时间段）。

在Nieuwgraaf污水厂添加铁离子使得PE用量减幅超过50%。 污泥的含固率从25%上升到29%，因为铁离子增加了离心的扭矩。这两点使得污水厂每年可以节省高达18万-20万欧元的费用，减幅达15%。这些数据包括了化学污泥的形成（污泥种的铁盐）和铁盐本身的成本。

在Beverwijk污水厂添加的是镁离子，结果显示PE用量减少40%。污泥含固率提高约1%。在换成钙的情况下，含固率的改善程度相近，但PE用量减少率降至18%。

他们对Amsterdam West污水厂的Airprex磷回收系统的作用进行了测试。作为鸟粪石回收工艺的一部分，镁离子和曝气已经在此使用。所以他们测试内容变成曝气量高低对比实验：下图黄点是时间段C（旁路）的结果。

结果显示，在添加镁离子的前提下，低曝气量操作的消化污泥脱水性能更好——PE用量减少28%，而高曝气量的PE用量减少率为15%，含固率也相对较高一些(0.5 - 1.0 DM%)。但又不能完全停止曝气，因为Airprex反应器需要曝气来做混合和调节pH。

而低曝气运行在经济上也是最划算的。但高曝气量的一个好处是可以增加鸟粪石产量因为曝气带来更高的pH. 。但是另一方面曝气也会导致污泥絮凝物的分解，这降低了添加镁离子的正面效果。

他们也对阳离子对胞外聚合物结构（EPS)的影响进行了检验。EPS是污泥中的长有机分子，它们可以“牢固”或“松散”地结合到污泥絮凝物上。“松散结合”的EPS脱水性较差，因为它们带有更多电荷，胶体颗粒需要通过PE结合。三个污水处理厂的检验结果显示，添加阳离子（Fe，Mg或Ca）后，“松散结合”EPS的水平降低。 但作者没有在此处提供更多解释，而是叫读者查阅他们那份STOWA的报告了解更多信息。

实验室测试

实验室测试在Royal HaskoningDHV的技术研究中心进行。目的是验证是否可以通过实验室的测试来评估阳离子对消化污泥脱水性能的印象。测试方法如下：

• 毛细管吸收时间（CST）：污泥中的水在标准滤纸上流过固定距离所需的时间（以秒为单位）。 CST越值约高，污泥的脱水性越差;

• Mareco压滤机过滤：加入PE后，在两块滤布之间压缩污泥，然后测定污泥饼的含固率。 干物质含量越高，脱水性越好;

• 游动电流测试（SC）：在测量污泥的电荷后，添加PE溶液直至达到等电点（0mV，中性电荷）。 PE解溶液量就是PE消耗的量度。

CST是检测污泥脱水性能的常见方，但只能鉴定自由水的部分。Mareco的压力测试则是对脱水性能的间接指示，这里的挤压测试使用的是Royal HaskoningDHV的protocol. SC测试的protocol则由Royal HaskoningDHV 和 Aiforo共同开发。

三种测试的结果都显示添加阳离子对污泥脱水性能有正面作用。同时也说明实验室的测试可以反映污水厂的实际情况。其中CST和SC测试的结果比较稳定统一，Mareco的测试数据偏差较大。

小结

这个研究显示添加多价阳离子的盐可以改善污泥的脱水性能，而在很多时候，添加盐的成本可以通过PE用量的降低而低效掉，而且又是还能增加泥饼的含固率。而在实验室和实际污水厂测试的三种阳离子中，铁盐带来的改善效果最佳。

测试结果也有助我们加深对Airprex等磷回收工艺的认识。两位作者推测污泥脱水性能提高的原因是镁盐的过量投加改善了污泥絮凝物的结构。而曝气试验的结果则显示它实际上对脱水性能起着负面影响。虽然要最大化地回收鸟粪石，需要充分通气以增加污泥的pH，但却因此不能最大程度地改善脱水性。

他们认为实验室测试虽然对污泥脱水性能有良好的预测效果，但要对实际效果进行量化鉴定，还是需要对污水厂进行实际测试。他们也透露不同污泥的测试结果不尽相同，所以建议要对各种污泥进行进一步的研究来优化处理方法。

最后他们表示需要进一步的研究来探究污泥脱水的机理，而对EPS的研究就是迈出的重要一步。最后小编认为对于Airprex这种磷回收工艺，运行团队也需要在鸟粪石的生产和污泥脱水性能上进行取舍，而小编认为在目前而言，后者是更有吸引力的优化点。