聚合氯化铝(PAC)是污泥调理过程中使用较为广泛的无机絮凝剂，可较好地降低污泥毛细吸水时间与含水率^〔1〕。国内聚氯化铝主要生产工艺是以氢氧化铝和铝酸钙为原料，其中铝酸钙粉生产过程中会产生至少15%(以绝干计)的压滤残渣，每年产量约6万t^〔2〕。目前含铝废渣主要采用填埋处置，处理成本高、环境风险大且占用土地资源，因此其资源化利用备受关注。本研究对含铝废渣进行改性后用于污泥调理，旨在改善污泥脱水性能，从而实现污泥减量化及含铝废渣资源化利用的目的。

污泥：取自某污水处理厂二沉池剩余污泥，2 h内运回实验室并沉降30 min后取底泥，其含水率为98%~99%，pH在6.5~7.2。为避免污泥理化性质随时间改变，将样品分装后于4 ℃下冷藏，7 d内使用。

含铝废渣：取自某净水剂公司，以铝酸钙粉为原料，采用酸溶两步法制备聚合氯化铝后产生的废渣。

酸/碱改性含铝废渣：取废渣与一定浓度的酸(H₂SO₄)/碱Ca(OH)₂按比例(1 g废渣添加2 mL酸/碱)分别混合，混合均匀后覆塑料膜防止水分过快蒸发，置于85 ℃下静置2~3 h，烘干、研磨，过筛备用。

取200 mL混合均匀的污泥置于250 mL烧杯中，分别加入一定量的原含铝废渣、酸改性含铝废渣和碱改性含铝废渣，将投加废渣的污泥与原污泥一起置于B4-1A型六联磁力搅拌机上搅拌，以200 r/min转速快速搅拌1 min，后以50 r/min转速慢速搅拌5 min，完毕进行理化指标分析。

取100 mL调理后污泥置于100 mL量筒中，静置30 min后计算污泥沉降比(SV)。用DP96097型毛细吸水时间测定仪测定毛细吸水时间(CST)。将污泥置于真空抽滤装置抽滤，直至泥饼出现裂纹或30 s内无液体滴落，刮取泥饼置于SH10A卤素水分测定仪托盘，测得泥饼含水率。用日立S4800扫描电子显微镜(SEM)表征各类含铝废渣的形貌特征。

向100 mL污泥中加入不同质量的含铝废渣，考察污泥SV、CST和含水率的变化，确定含铝废渣最佳投加量，结果如图1所示。

图1表明，污泥调理前SV为93%、CST为16.7 s、含水率为82.95%；随着含铝废渣的增加，SV显著下降，SV为72%时对应的废渣投加量为3.5 g/L；较低投加量(0~5 g/L)下CST显著下降，5~7 g/L时保持较低值(14.5~15.7 s)；含水率呈类似下降趋势，含水率为69.56%时对应的投加量为3.5 g/L。综合SV、CST和含水率，确定含铝废渣最佳投加量为3.5 g/L。

经预试验确定粒径为0.15 mm的酸改性含铝废渣投加量梯度为3~9 g/L，颗粒粒径为0.15 mm的碱改性含铝废渣投加量梯度为15~25 g/L，考察改性含铝废渣投加量对污泥调理效果的影响，结果见图2。

如图2(a)所示，随着酸改性含铝废渣的投加，SV、CST与含水率呈下降趋势，但投加量继续增加，其下降曲线基本持平；投加量为7 g/L时，污泥调理后的SV为76%、CST为12.0 s、含水率为71.24%。图2(b)中，随着碱改性含铝废渣投加量的增加，SV、CST与含水率下降趋势较为明显；投加量为20 g/L时，污泥调理后SV为40%、CST为12.9 s、含水率为58.67%。与酸改性含铝废渣相比，碱改性含铝废渣的污泥调理效果更为显著，最佳投加量为20 g/L。

用不同浓度的酸碱对含铝废渣进行改性，取20 g/L改性废渣(颗粒粒径均为0.15 mm)对污泥进行调理，结果见图3。

由图3可见，随着酸体积分数的升高，调理效果无明显改善甚至有所减弱，酸改性效果不佳。但随着碱浓度的增加，污泥SV改善较为明显，CST和含水率小幅度波动。投加碱改性含铝废渣，污泥调理后的SV为40%、CST为12.1 s、含水率为59.27%。碱改性效果最佳时的Ca(OH)₂浓度为1 mol/L。

用体积分数为30%的H₂SO₄或1 mol/L Ca(OH)₂改性的含铝废渣对污泥进行调理，投加量为20 g/L，考察不同颗粒粒径改性含铝废渣对污泥的调理效果，结果见图4。

如图4所示，酸、碱改性含铝废渣其对污泥进行调理后对应的SV为84%、62%，CST为13.8、13.6 s，含水率为71.92%、61.23%。碱改性含铝废渣的调理效果与废渣颗粒粒径相关性较小，究其原因认为：Ca(OH)₂改性导致含铝废渣颗粒呈蓬松状态，投入污泥体系后分散性较好；而酸改性含铝废渣投入污泥体系中较长时间内仍然保持原有颗粒大小，分散性差，导致污泥脱水性能欠佳。

与含铝废渣相比，碱改性含铝废渣调理污泥有明显优势，如表1所示。

通常采用污泥比阻、CST表征污泥脱水性能，而在实际处理过程中一般用含水率或含固率来衡量^〔3〕。含铝废渣经体积分数为30% H₂SO₄改性2 h、投加量为7 g/L时，污泥经调理后SV为79%、CST为12.0 s、含水率为71.24%。含铝废渣经1 mol/L Ca(OH)₂改性3 h、投加量为20 g/L时，对污泥调理后SV为40%、CST为12.9 s、含水率为58.67%。碱改性含铝废渣对污泥的调理效果明显优于酸改性含铝废渣以及含铝废渣。另外，由于污泥体系具有较强的缓冲能力，投加上述含铝废渣对体系pH的影响可忽略^〔4〕。

用SEM对酸、碱改性后的含铝废渣进行形貌特征表征，见图5。

结合图5及表1，可见含铝废渣微粒表面粗糙，颗粒间结构有一定空隙，利于颗粒入水后分散，对污泥颗粒进行捕捉与结合。含铝废渣经H₂SO₄改性后，原有松散孔隙结构与粗糙表面被破坏，颗粒间空隙缩小且表面光滑，导致酸改性含铝废渣在水中难以分散，且对污泥的吸附效果减弱。与含铝废渣及酸改性含铝废渣相比，Ca(OH)₂改性的含铝废渣具有更粗糙的表面和更疏松的空隙结构，有利于在水中分散，其更大的比表面积提高了对污泥的吸附作用。

含铝废渣的微观结构对改善污泥脱水性能有一定强化作用；酸改性破坏了含铝废渣的微观结构，导致该强化作用有所弱化。实际污泥调理效果印证了碱改性对该强化作用进一步增强。

(1)投加含铝废渣对污泥脱水性能有一定的改善，投加量3.5 g/L时污泥SV为72%、CST为14.5 s、含水率为69.56%。

(2)含铝废渣经酸改性后效果不佳，但碱改性能大幅改善污泥调理性能。含铝废渣经1 mol/L的Ca(OH)₂改性3 h，投加量为20 g/L时，调理污泥SV为40%、CST为12.9 s、含水率为58.69%。

(3)含铝废渣有较好的孔隙结构，可改善对污泥的调理效果。酸改性过程将破坏含铝废渣的结构优势，而碱改性可得到更好的孔隙结构，更易分散，有利于结合污泥，达到更好的调理效果。