颗粒污泥粒径的工程测定方法

环境污染与防治　第２８卷　第２期　２００６年２月　颗粒污泥粒径的工程测定方法＊　石完奎　王凯军。　倪　文　（１．北京科技大学土木与环境学院，北京１０００８３；２．黑龙江科技学院资源与环境学院，黑龙江哈尔滨１５００２７；　３．北京市环境保护科学研究院，北京１０００３７）　摘要　厌氧反应器污泥粒径分布的测试方法目前主要有激光粒度分析、照相、沉降法和筛分法。快速方便的实用方法是筛分　法，但筛分时需用缓冲剂，考察了分别用缓冲液和自来水作为冲洗介质的筛分结果。结果表明，作为现场应用自来水替代缓冲液是　可行的，能够准确反映出污泥颗粒粒径变化的趋势，同时给出了试验测定方法和原则，确定了最佳污泥取样量为２Ｏ　ｍＩ　关键词　厌氧污泥粒径分布　筛分　Ｔａｐ　ｗａｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｓｉｅｖｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｓｌｕｄｇｅ　ｇｒａｎｕｌｅｓ　ｏｆ　ａ　ｆｕｌｌ　ｓｃａｌｅ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｌａｎｔ　Ｓｈｉ　Ｘｉａｎｋｕｉ　～，Ｗａｎｇ　Ｋａｉｊｕｎ　，Ｎｉ　Ｗｅｎ　．（１．Ｃｉｖｉｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｂｅｉ—　ｊｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅＯｉｎｇ　１０００８３：２．ＨｅｉｌｏｎｇＪｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｈａｒｂｉｎ　Ｈｅｉｌｏｎ　ｉａｎｇ　１５００２７；３．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３７）　Ａｂｓｔｒａｃｔ；　Ｓｉｅｖｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ＣＯＳｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｓｌｕｄｇｅ　ｇｒａｎ—　ｕｌｅｓ；ａ　ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｆｔｅｎ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ　ｆｏｒ　ｗａｓｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔａｐ　ｗａｔｅｒ　ｗａｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ａｓ　ｔｈａｔ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　Ｕ—　ｓｉｎｇ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ　ｗｈｅｎ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｌｕｄｇｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏｆ　２０　ｍＩ　．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ；　Ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｓｌｕｄｇｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｓｉｅｖｉｎｇ　废水的厌氧处理方法已在工程中广泛应用　川。　污泥的颗粒化是提高反应器负荷，实现高效处理的　第一作者：石宪奎，男，１９６７年生，博士研究生，副教授，从事废水厌氧生物处理方面的研究。　２００３年黑龙江省教育厅科技基金资助项目（Ｎｏ．１０５３１　１４４）。　ＵＶ。　和ＣＯＤＭ　的去除效果明显好于前两种流程，并　度处理工艺以提高饮用水水质的安全性。　且对ＵＶ。　的去除效率大于ＣＯＤＭ　，这可能是因为　（３）流程４对ＵＶ　和Ｃ０ＤＭ　都具有最佳的去　流程３含有光催化氧化处理工艺，它具有很强的氧　除效果，这充分体现了ＧＡＣ和ＮＦ在去除有机物提　化性，能断开苯环和共轭双键。而流程４含有三种　高饮用水的安全性上的优越性。但是它涉及的处理　生物处理工艺和ＮＦ，经过驯化的微生物提高了对　工艺比较复杂，因此对于那些对水质要求比较高，经　ＵＶ。　的去除效果。这同时充分体现了光催化氧化　济能力较强的水厂可以考虑采用ＧＡＣ和ＮＦ技术。　和ＧＡＣ、ＮＦ等深度处理工艺在去除有机物和提高　参考文献　饮用水安全性方面的优越性。而流程４不管是对　ｌ　于　鑫，张晓健，王占生．水源水及饮用水中的有机物对人体健康　ＵＶⅢ还是ＣＯＤＭ　都具有最佳的去除效果，但是它所　的影响，中国公共卫生，２００３，１９（４）；４８１～４８２　涉及的工艺比较复杂。所以对于那些对水质要求比　２蒋绍阶，刘宗源．ｕＶⅢ作为水处理中有机物控制指标的意义．莺　庆建筑大学学报，２００２，２４（２）：６ｉ～６５　较高，经济能力比较好的水厂可以考虑采用以ＧＡＣ　３孙丽娜，季民，任智勇，等．生物陶粒一微絮凝恬性滤池工艺处　和ＮＦ为主的饮用水处理技术。　理微污染原水的试验研究．给水排水，２００３，２９（ｉ２）；２４～２８　４彭魂春，陈新庚，黄鸽，等．ｎ　ＴｉＯｚ光催化机理及其在环境保护　３　总　结　中的应用研究前景，环境污染治理技术与设备，２００２，３（３）：ｌ～６　５龙小庆，王占生．活性炭纳滤膜工艺去除饮用水中总有机碳和　（１）各工艺流程对ＵＶ　都有一定去除效果，在　Ａｍｅ８致突变物．环境科学，２００１，２２（１）：７５～７７　６　于洪斌，丁蕴铮．恬性炭在水处理中的应用方法研究与进展．工　一定程度上提高了饮用水的安全性。前三种流程的　业水处理．２００３，２３（８）：ｌ２～ｌ６　平均玄除率分别是５６．８　、６３．２　９／６和９１．５　，而流　７张杰，褚良银，陈文梅．膜分离技术在废水处理中的应用．过滤　与分离，２００４，１４（３）；８～１１　程４的平均去除率接近１００　。　８　Ｕｒｂａｉｎ　Ｖ，Ｂｅｎｏｉｄ　Ｒ，Ｍａｎｅｍ　Ｊ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ；ａ　ｎｅｗ　（２）４种组合工艺流程对Ｃ０Ｄｍ　的去除效果类　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｏｏ１．ＪＡＷＷＡ，ｌ９９６，８８（５）：７５～８６　９　Ｄｕｒａｎｅｅａｕ　Ｓ　Ｊ．Ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．ＪＡＷＷＡ，２０００，９２　似于对ＵＶ　。流程４最高，流程１最低，而且流程　（２）：７０～７ｌ　１有较多的时间段出水ＣＯＤ　仍较高，需要添加深　责任编辑：陈泽军　（修改稿收到日期：２００５—０５一ｌ５）　・　１　４Ｏ　－　维普资讯 http://www.cqvip.com

石宪奎等　颗粒污泥粒径的工程测定方法　前提，研究反应器内颗粒污泥的粒径分布可以很直　意见图１。　观地反映出反应系统条件对颗粒污泥产生的影响，　对于深入研究反应器运行状况和污泥颗粒的影响因　素和如何将反应器维持在良好状态有着特殊的作　用　］，因此，颗粒化过程及颗粒特性的检测方法一直　是同行们研究的主要内容。其中颗粒的表观和微观　特性是这一问题的核心。　圈旦　污泥颗粒化进程就污泥本身来讲包括颗粒的形　成、颗粒的粒度分布和颗粒性质的变化，描述这一进　程的关键是颗粒的分离。目前在实验室和工程中用　来分析反应器污泥粒径分布的测试方法主要有激光　２　试验条件　２．１　筛　子　图１　筛分过程分解示意　粒度分析、扫描电镜法、沉降法和筛分法　］。前三种　方法虽准确但操作过程复杂，成本高，污泥的适时检　试验采用一系列Ｏ１０　ｃｍ不锈钢筛来确定污泥　颗粒粒径范围，孔径分别为：１．９６、０．９６、０．６４、０．４５、　０．３６和０．２１　ｍｍ，筛子从下向上目数由小到大摞放　测受到限制，因此现场实用的方法是筛分法。筛分法　具有低成本、快速方便且重现性好等优点，但由于污　泥的性质不同，实验方法和检测者经验的差异，造成　在截水器上。　２．２冲洗水容器　可参比性差。特别是在现场使用缓冲液的必要性确　⑦．　分选筛　实值得讨论，因此，本试验对自来水替代缓冲液作为　冲洗介质的可行性作了比较研究。　１污泥筛分方法　⑤　用３００　ｍＬ塑料洗瓶冲洗。　２．３介质　冲洗介质采用普通室温自来水和配制缓冲液，　使用缓冲液的目的是为颗粒提供足够的渗透压与合　本方法以三筛四粒级过程为例，增加分选筛后　的方法可以此类推。步骤如下：①取自反应器的泥　样确定体积后倒人２５０　ｍＬ的烧杯内加水或缓冲液　适的ｐＨ，以保护颗粒污泥的结构不被损坏，同时降　低液体表面张力，有利于颗粒分离，减小实验误差，　缓冲液组成ＫＨ２ＰＯ　，４．０　ｇ／Ｌ；Ｎａ２ＨＰＯ　・７Ｈ２（），　５．０　ｇ／［　；Ｋ２ＨＰＯ４，ｌ＿２　ｇ／［　；ｐＨ一７．１，温度为室温，　稀释，然后全部倒人３＃筛；②用洗瓶均匀冲洗，促　使颗粒分离；③将３＃筛子取下放入水浴器中漂洗，　筛上颗粒转移到烧杯中并将筛子反冲；④将水浴器　中的清水倒掉，余下的颗粒倒人２＃筛子并重复②　具体参数如表１。　表１试剂类别　试剂名称　ＫＨｚＰＯ４　级别　分析纯生产商　批号　③④过程；⑤各级筛子的冲洗水被截留在最底部的　截水器内依次转移至一烧杯中沉淀；⑥烧杯中的颗　粒可去做镜检、测静水沉速、ＴＳＳ及ＶＳＳ等，流程示　天津市登峰化学试剂厂　２００３．６．２０　ＮａｚＨＰＯ４・７Ｈ２Ｏ分析纯　Ｋｚ　ＨＰＯ４　分析纯北京化学试剂二厂　２００３．２．３　天津市登峰化学试剂厂２００３．６．２０２．４　表２反应器运行参数　２３．１０　１９．９０　１５．７０　缓冲液　１３．２５　１５．１０　１４．５Ｏ　３５．３Ｏ　１５．７０　自来水　１　３．２５　ｌ　２．４Ｏ　・　１４１　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

环境污染与防治　第２８卷　第２期　２００６年２月　２．４指标检测　悬浮固体ＳＳ采用重量法测定，污泥体积用ｉ００　ｍＬ量筒测量。　２．５　污泥来源　试验污泥取自ｔ１．Ｉ东某淀粉厂污水处理车间，运　行参数如表２。　３实验结果及分析　３．１　泥样量的确定　用量筒取一定量污泥倒入系列筛，分别用缓冲　液或自来水冲洗分级，然后确定各粒级的ＴＳＳ，结　果见表３。　为便于分析，将表３巾由缓冲液得到的结果作　图２。从　２可见，对于＞Ｏ．３０　ｍｍ的颗粒，泥样量　在１５～２５　ｍＩ　范围内的重现性较明显，粒径在０．３０　～０．４５、０．４５～０．６２、０．６２～０．９６、０．９６～１．９６　ｍｍ　范围的分布集中任１７．８　～２Ｏ．６　、２２．４　～　２６．９　、２２．６　９／６～２５．７　９，６和６．０　４８．７　９／６。　在厌氧反应器中，也正是这一粒度范围的颗粒　对反应器的高效运行具有决定性的意义。对于＜　０．３　ｍｍ的颗粒包括无机颗粒、没有形成规则外形　强度极低的生物絮团和进水带入的基质颗粒等，其　颗粒粒度在冲洗过程中变化较大导致重现性差，有　小部分是由几个小颗粒粘结而成的，在冲洗中发生　解体变成絮状或更小的单体进入小的粒级。当取样　ｉ００　ｍｌ　时，为保证颗粒的分离势必要增加冲洗强度　和时间，会造成部分颗粒破碎进入较小粒级。　０．９６　１　９６　０．６２　０．９６　函ｎ　。加。６　０　３０　０．４５　０　２ｌ一０　３０　（０．２ｌ　０　５　ｌ０　ｌ５　２０　２５　３０　ＴＳＳ　图２　由缓冲液得到的粒径分布结果　３．２　用自来水代替缓冲液的试验结果　实验室研究颗粒本身性质时一般采用缓冲液作　为介质，但在现场分析时由于水量的不确定性要增　加试验程序并造成试剂的浪费，因此确定简单实用　的现场检测方式具有实际意义。本试验又以自来水　为冲洗介质埘污泥样品进行了筛分并与上述缓冲液　的试验结果作了刘’比，污泥量仍取重现性较好的　１５、２Ｏ、２５　ｍＩ　，结果见表３和图３，图３中前６列是　使用缓冲剂的结果，后６列足使用自来水的结果。　从图３对比结果来看，粒径分布结果无较大差别，自　・　］４２　・　来水替代缓冲液作为冲洗介质是可行的，能够指示　出反应器内污泥的变化趋势。　３Ｏ　２５　逞　２０　（力　留　１５　１０　５　０　暑　是　守　宁　宁　宁　守　宝导　兽　宣　粒径／ｍｍ　图３不同介质的筛分结果　４　结　论　（１）自来水替代缓冲液作为冲洗介质是可行的，适　合现场应用，在以后的现场试验中都可采用此方法。　（２）通过对比试验得到了污泥粒径筛分结果重　现性较好的取样量即１５、２Ｏ、２５　ｍＩ　。建议取２Ｏ　ｍＬ。　（３）影响筛分精度的主要因素是：网眼尺寸的　均匀性、筛网的磨损及锈蚀程度、颗粒的成熟度和冲　洗水速。　（４）测定原则：①污泥取样量应适当且有代表　性，否则会对颗粒漂洗、过滤和干燥带来难度增加误　差，建议取２Ｏ　ｍＬ为宜，超过５Ｏ　ｍＬ重现性变差，样　品应做到即取即测；②冲洗水用量在保证颗粒充分　分离的情况下越少越好，这样可降低对实验容器的　要求，也可避免污泥流失减少误差；冲洗水压应适中　且操作动作应轻缓，防止污泥分离不彻底或溅出导　致实验失败；③截水器内的水必须全部集中抽滤，保　证污泥样品的ＴＳＳ冲洗前后没有损失。试验完成　后，要尽快冲洗筛子，避免颗粒因粘性挂筛。　参考文献　ｌ　ＩＩｕｌｓｈｏｆｆＰｏ１　ｌ　Ｗ．　ｌ＇ｈｔ－Ｐｈ　ｎ０ｒＴ１ｅｎ０ｎ　ｏｆ　Ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｎａｅｒｏｂｉｃ　Ｓｌｕｄｇｅ，Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９８６，（１　２）：１２３３～１２３５　２　Ｐｅｒｅｂｏｏｍ　Ｊ　Ｈ　Ｆ．Ｓｉｚｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃ　ｇｒａｎ—　ｕｌｅｓ　ｆｒｍｒｌ　ｆｕｌｌ　ｓｃａｌｅ　ＵＡＳＢ　ａｎｄ　１Ｃ　ｒｅａｃｔｏｒｓ．Ｗａｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈ—　ｎｏｌｏｇｙ，１９９４，（３Ｏ）　２１１～２２１　３　ｌ　ａｇｕｎａ　Ａ．Ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｃｏｓｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｒａｎｕｌｏｍｅｔｒｙ　ｏｆ　ｕｐｆｌｏｗ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｓｌｕｄｇｅ　ｂｌａｎｋｅｔ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｓｌｕｄｇｅ．　Ｗａｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２０００，（４０）：ｌ～８　责任编辑：陈泽军　（修改稿收到｝＝Ｉ期：２００５　０６　２８）　一　＋　＋｜　●　＾●　，　长江流域湿地保护引人关注　我国长江流域湿地保护正在受到关注。２００５年１１月８　日，《湿地公约》缔约方常务委员会召开的第九届缔约方大会，　授予中国科学院测量与地球研究所蔡述明湿地保护科学奖。　洪湖生态环境因工业发展和人口增加曾一度严重恶化。中国　国家林业局和湖北省人民政府根据蔡述明反映的洪湖牛态受　到破坏的情况，立即ｌ采取行动，采纳ｒ蔡的７条建议，投入　９　０００多万元整治洪湖，使洪湖生态面貌较快得到改善。