污泥脱水性能测定对污泥调理与脱水的重要性分析

污泥脱水性能测定对污泥调理与脱水的重要性分析

王嘉颖

川源（中国）机械有限公司，浙江省嘉兴市，314000

摘要：随着时代的进步，国家的发展越来越好，科学技术的不断扩大，人们生活水平的不断提高，污泥脱水也越来越为人所知。因此，污泥机械脱水是污泥实现减量的重要环节，其关键在于污泥调理方式的选择和脱水机选型。当前常用的化学调理和污泥机械脱水机型的选择存在四方面的问题：一是化学调理药剂类型的选用；二是投加药剂投加量；三是脱水机机型选择；四是衡量污泥脱水性能主要指标比阻（ＳＲＦ）和毛细吸水时间（ＣＳＴ）的测定尚缺少标准与规范的约束。通过一系列对比试验解决上述问题，为设计和实际运行提供有效支撑。

关键词：污泥脱水；污泥调理；重要性

引言

随着近年来工业的迅猛发展,污水处理厂活性污泥产量也不断上升,处理大量活性污泥的关键一方面是设备投资成本和后期的运行费用,另一方面是越发严格的污泥处理处置管理规定。由于污泥是1个由稳定悬浮于水中的胶体小颗粒组成的胶体体系,这些胶体小颗粒因其重力沉降性极低而一直悬浮在水中;另外加上活性污泥内含有胞外聚合物,使得水分子牢牢结合在颗粒表面上或吸附于细胞和絮体内,所以活性污泥很难实现泥水分离,这使得降低污泥含水率成为污泥处理处置中的技术瓶颈。

1设备的组成与形式

污泥调理机械搅拌设备由搅拌容器和搅拌机组成。搅拌容器一般采用钢筋混凝土浇注成方形、矩形或圆形截面的污泥池，也可用钢板、钢型材拼焊而成，圆形截面容器有利于提高物料搅拌混合效果和抵抗变形能力，方形和矩形截面容器有利于充分利用场地、增大污泥贮存量。容器设置顶盖用于防止臭气外泄并兼作检修操作平台，顶盖上设置有人孔、进泥管口、进药管口、进水管口、搅拌机安装桥架、搅拌轴孔口、围栏等，底部设置有出泥管口，在容器的内外两侧或者内侧人孔下方设置爬梯方便设备清洁和维护检修。搅拌机包括搅拌器和传动装置。搅拌器主要有桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、螺杆式、圆盘锯齿式等几种。桨式搅拌器有平直桨叶和斜桨叶，开启涡轮式搅拌器有平直叶涡轮、斜叶涡轮、后弯叶涡轮，圆盘涡轮式搅拌器有平直桨叶圆盘涡轮、斜桨叶圆盘涡轮、后弯桨叶圆盘涡轮。传动装置主要由电动机、减速机、机架、传动轴、搅拌轴、传动轴联轴器、搅拌轴轴封等零部件组成，电动机按频率是否可调分变频、工频，按是否防爆分防爆与非防爆，减速机有斜齿轮减速机(包括平行轴斜齿轮减速机、蜗轮减速机、锥齿轮减速机等)、行星齿轮减速机、摆线针轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、行星摩擦式机械无级变速机等。

2污泥脱水技术

在整个水处理过程中,污泥脱水是最困难,也是成本最高的步骤之一。目前常用的污泥脱水技术为机械脱水和污泥干化,污泥干化分为自然干化和热干化。自然干化利用太阳光为能源,既可降低运行费用,还可以减少污泥中病原体含量。以污泥中含水率去除速率为研究对象,将自然干化过程分为4个阶段:第1阶段表示自由水的恒速去除,第2、第3阶段分别为污泥中间歇水和表面水的降速去除,第4阶段是结合水的去除速率,污泥中的水分达到蒸发平衡阶段。自然干化因受场地、天气等自然因素限制较大,难以推广使用。热干化技术通过污泥与热介质接触方式的不同又可分为直接干化、间接干化和联用干化法。直接干化法是指利用热风或烟气和污泥直接接触,利用高温将污泥中的水分蒸发去除;间接干化法是指利用加热设备提供热量加热容器,再通过容器表面将热量传递给污泥进行干化;联用干化法是指结合对流和传热的技术对污泥进行干化。机械脱水是我国目前污泥脱水的主要方式。机械脱水是指机械设备利用物理方法将污泥中的水分去除,如真空过滤、带式压滤、板框压滤和离心干燥等。污泥经过简单的机械脱水设备处理或者不经过预处理而直接进行机械脱水达不到理想的脱水效果,含水率仍然普遍高于80%,这对于污泥的减量化程度有限,并使后期的污泥最终处置难度和成本大大增高。为解决活性污泥脱水性能差的问题,研究人员开始关注是什么因素导致活性污泥难以脱水。

3存在问题

污泥脱水实现体积减量是污泥处理处置的关键。由于污水处理过程中得到的污泥具有高亲水性，污泥水与污泥固体颗粒间有很强的结合力，如果没有预先的处理，即通过化学、物理或者热工方法进行预处理，则绝大多数的污泥的脱水是非常困难的，污泥脱水前预处理就是污泥调理。化学调理因其工艺简单、适用广泛，成为最普遍的调理工艺。实现污泥有效脱水的关键在于污泥调理方法、药剂选择、药剂用量和相适应的脱水机类型选择。对于包括调理在内的整个污泥脱水过程来说，污泥性质、污泥调理、机械脱水方式是相互影响、相互关联的；而化学调理药剂的类型和投加量又直接影响着脱水后污泥和污泥水（机械脱水设备的出水）的品质，从而影响脱水污泥的后续处理、处置及污泥水的处理。国内已有实际案例证明，由于在调理时投加了较多的化学药剂，导致污泥水的碱度大幅度降低，给处理带来困难。所以选择调理方法、调理药剂、投加量和脱水机时，不但要充分考虑污泥的性质，还要充分考虑脱水后污泥的后续处理、处置及污泥水的处理及整个系统（过程）的投资和成本费用。但是，目前对化学调理和污泥机械脱水机型的选择是盲目进行的，主要体现在：一是化学调理药剂类型的选用没有与泥性是否得到有效改善结合起来，药剂类型选择是盲目的；二是药剂投加量没有与泥性改善的最佳效果结合起来，药剂投加量确定是盲目的；三是脱水机选择没有与污泥泥性特别是化学调理后的泥性变化情况结合起来，脱水机机型选择是盲目的。衡量污泥脱水性能的指标主要有比阻（ＳＲＦ）和毛细吸水时间（ＣＳＴ）。污泥经调理后泥性会发生很大变化，ＳＲＦ和ＣＳＴ也会发生变化。另外，目前尚缺乏标准化操作流程，所有的相关脱水性能指标的测定尚缺少标准与规范的约束。针对上述问题，笔者结合多座污水处理厂改造和新建工程设计的需要，开展了污泥脱水性能的系统研究。

4物理调理

物理调理是指通过物理方法改变污泥理化性质,从而改善污泥的脱水性能,提高其含固率的方法。主要包括添加骨料调理、热调理、微波调理、超声波调理和冻融调理等。（1）添加骨料调理。添加骨料调理是指往污泥中添加多孔惰性材料。利用FeCl3改性后的稻壳生物炭对污泥的脱水作用,指出相比于没有改性的稻壳生物炭,改性后的稻壳生物炭可将污泥比阻降低97.9%;在6min0.03MPa真空压力过滤条件下把泥饼含水率从96.7%降低到77.9%,SV30%从96%降低到60%,污泥固体净产量提高28倍。（2）热调理。污泥的热调理是通过能量的流动改变污泥内胶体的稳定性,降低污泥颗粒与水分间的结合力,同时可导致污泥中细胞受热膨胀破裂,从而释放内部结合水。通常用60~180℃的温度对原始污泥进行加热。热调理还可以和加酸加碱等调理方法联用,并对细胞外聚合物有显著作用。热处理能高效去除污泥中的水分,但处理时需消耗大量能量,研究表明汽化1kg的水需要3150kJ的热量,且发热装置释放的能量大于干燥污泥得到的热量。提出在污泥中投加适当石灰,并控制污泥内的有机质含量以及干燥温度可节约可观的能源并提高操作的灵活性。

5化学调理

5.1加酸、加碱调理

由于调节污泥pH值的方法简单易行,通过向污泥中加酸、加碱来改善污泥脱水性能的方法得到广泛关注。相比于原污泥(pH值为7.23),在酸性条件下,污泥中束缚的水含量减少,脱水型能提高,当污泥pH值为3.03时效果最佳,污泥滤饼含水率和CST分别为60.8%和25.4s;而在碱性条件下,污泥的脱水性能恶化。由此可见,酸调理可提高污泥脱水性能,而碱调理则存在争议。当污泥中的碱度过低时,污泥的脱水性能恶化,随着碱度提高,污泥的脱水性能逐步恢复并有助提高污泥的脱水性能。

5.2絮凝剂调理

絮凝剂按照成分不同可划分为无机絮凝剂、合成型有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂、微生物絮凝剂以及复合絮凝剂。絮凝剂在污泥中起压缩双电层、吸附架桥和网捕3方面的作用。1)无机絮凝剂。无机絮凝剂属于传统絮凝剂,现已在水处理中得到广泛应用。无机絮凝剂根据分子量的高低可划分为无机低分子和无机高分子絮凝剂。一般的传统铝、铁盐类化合物,如氯化铝、硫酸铝、氯化铁等被称为无机低分子絮凝。因价格低廉,使用时剂量较大,且会对污泥后续处理造成影响,目前使用较少。而铝、铁盐的水解-沉淀动力学中间产物则被称为无机高分子絮凝剂,即羟基聚合离子。其他种类,则常作为中和剂或助凝剂使用,如钙盐、镁盐、活化硅酸等。无机高分子絮凝剂因絮凝能力强、效果好、相对廉价等优点,在生产活动中应用广泛。但无机高分子絮凝剂中最常用的铝盐絮凝剂会导致水体中残留部分Al元素,这些Al元素能破坏人体内某些部位的正常生理功能,甚至会导致铝性骨病、铝性贫血和老年痴呆等中毒病症。2)合成型有机高分子絮凝剂。合成型有机高分子絮凝剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡啶、聚乙烯酰胺和聚乙烯磺酸及其衍生物等。其中,在污泥调理中最常用的是聚丙烯酰胺(PAM),但由于在使用过程中可能产生对人体神经造成危害的丙烯酰胺,所以在某些场合限制其使用,因此其他新型絮凝剂的研究得到关注。G在氮气气氛下,以偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)为引发剂,用N-乙烯基甲酰胺和丙烯腈合成阳离子聚脒,研究发现在混凝过程中,阳离子聚脒可以使34.3%的污泥沉淀,而聚丙烯酰胺的效果仅为6.8%;当阳离子聚脒用量为60mg/L时,产生的絮体含水率仅为77.7%。将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为原料在氮气气氛下,以过硫酸铵-亚硫酸氢钠为氧化还原引发剂、V50为偶氮引发剂,制备两性高分子脱水剂P(AM-DAC-AMPS),发现该脱水剂可将污泥比阻降低至1.58×109s2/g,污泥含水率降至77.4%,对多糖和蛋白质的去除分别达到70.3%和31.5%,均优于阳离子聚丙烯酰胺。3)天然高分子絮凝剂。天然高分子絮凝剂主要有淀粉、丹宁、纤维素、动物胶和壳聚糖及其改性产品等。天然高分子絮凝剂价格低廉,但因分子量较低且不稳定、用量大等问题影响其使用。需通过改性,或和其他调理剂联用来提高脱水效果。利用天然壳聚糖作为絮凝剂制备的原材料,分别将戊二醛、Fe3O4作为交联剂和磁核制备磁性壳聚糖并进行污泥调理,结果表明经磁性壳聚糖调理后的污泥,污泥比阻和含水率分别由原污泥的13.8×1012m/kg和98.7%降至4.8×1012m/kg和75.5%。

结语

根据现今的技术,单独利用机械脱水的方式对污泥进行脱水将消耗大量能量,而且效果不佳,因此污泥调理显得尤为重要。污泥调理中,添加药剂的调理方式适用范围广、投资成本低、操作简单、运营费用便宜,包括物理调理的骨料调理、化学调理中的絮凝剂调理以及微生物调理剂。

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