污泥深度脫水是采用一定的機(jī)械設(shè)備將污泥含水率降至60%以下的過(guò)程。然而，要實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水，并不是單純提高脫水設(shè)備運(yùn)行壓力的問(wèn)題，而是需要統(tǒng)籌考慮污泥脫水設(shè)備、化學(xué)調(diào)理藥劑和調(diào)理方式，將各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合、優(yōu)化控制，從而形成高效的集成脫水工藝。由于含有離子化的功能基團(tuán)，如羧基和磷酸基，故污泥通常帶負(fù)電，并以膠體的形式存在，且高度分散在水中，脫水比較困難。已有研究表明，由于污泥的高度具有可壓縮特性，單純維持高壓是無(wú)法實(shí)現(xiàn)深度脫水的。因此，為確保機(jī)械脫水的效率，化學(xué)調(diào)理過(guò)程就顯得十分重要。  

在國(guó)內(nèi)，污泥深度脫水方面的研究已有報(bào)道，但關(guān)鍵的化學(xué)調(diào)理技術(shù)研究卻相對(duì)缺乏。本實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)為采用高壓隔膜壓濾過(guò)程，同時(shí)選擇適宜的化學(xué)調(diào)理方式，實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水，即將污泥含水率降至60%左右，具體目標(biāo)為：第一，對(duì)不同藥劑組合方式進(jìn)行污泥化學(xué)調(diào)理后壓濾機(jī)的處理能力、污泥含水率和過(guò)濾通量等進(jìn)行綜合比較，從而最終選擇出適宜于隔膜壓濾過(guò)程的調(diào)理方式；第二，以杭州市七格污水處理廠為例，對(duì)污泥處理處置工藝的成本進(jìn)行核算，從而了解直接在水廠進(jìn)行污泥深度脫水的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。  

1材料和方法  

1.1污水處理廠和污泥基本情況  

杭州市七格污水處理廠采用厭氧/缺氧/好氧（A/A/O）工藝，后續(xù)進(jìn)一步化學(xué)強(qiáng)化除磷，并采用重力濃縮和離心機(jī)進(jìn)行污泥脫水，每天產(chǎn)生含水率為80%的污泥約300t，年產(chǎn)生污泥質(zhì)量超過(guò)10萬(wàn)t。重力濃縮污泥取自污水處理廠離心脫水前調(diào)節(jié)池，污泥基本情況見(jiàn)表1。其中含固率是將污泥在105℃下烘干后固體所占污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有機(jī)質(zhì)含量則是將固體在500℃下灼燒2h后揮發(fā)物質(zhì)占固體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。  

表1污泥的基本性質(zhì)  

1.2化學(xué)調(diào)理藥劑介紹  

主要藥劑包括有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。無(wú)機(jī)藥劑：六水合氯化鐵（FeCl3·6H2O）、固體氯化鋁PAC（Al2O3有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%）、聚合硫酸鐵（PFS）、石灰和復(fù)合無(wú)機(jī)調(diào)理劑（主要成分包括氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂）。有機(jī)高分子絮凝劑主要包括高分子聚二甲基二烯丙基氯化銨絮凝劑（HCA，藥劑呈黏稠的透明膠水狀）和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（PAM，相對(duì)分子質(zhì)量為1100萬(wàn)）。各種藥劑的單價(jià)：PAC為1500~1700元/t、聚合硫酸鐵為1600~1800元/t、氯化鐵為1500~1800元/t、PAM為1萬(wàn)元/t、復(fù)合無(wú)機(jī)調(diào)理劑為750元/t、石灰為200~300元/t、HCA成本為3萬(wàn)元/t。  

1.3污泥脫水實(shí)驗(yàn)  

1.3.1小試實(shí)驗(yàn)  

采用六聯(lián)攪拌儀燒杯混凝實(shí)驗(yàn)，并按一定的干污泥量投加混凝劑。取400mL污泥于燒杯中，將燒杯放置好后，啟動(dòng)混凝攪拌儀，迅速加入混凝劑，先以200r/min速度快速攪拌30s，再以100r/min速度攪拌10min，最后靜沉30min。  

1.3.2中試實(shí)驗(yàn)  

選用杭州興源過(guò)濾科技有限公司小型隔膜壓濾機(jī)及其配套設(shè)備，主要有空壓機(jī)（最高可提供0.6MPa壓強(qiáng)）、高壓清洗機(jī)、調(diào)理罐（配有變頻攪拌機(jī)）和聚丙烯氣動(dòng)隔膜泵和螺桿泵。壓濾機(jī)的壓濾面積為8m2，濾室總?cè)萘繛?.15m3，濾布孔徑為5μm。  

每次向污泥調(diào)理罐中裝入1t濃縮污泥，投加化學(xué)調(diào)理劑，攪拌5min后開(kāi)始進(jìn)料。壓濾程序?yàn)椋洪_(kāi)啟液壓裝置，將濾板壓緊，濾板壓強(qiáng)為2.2~2.7MPa，保壓。整個(gè)壓濾過(guò)程包括注滿、低壓（0~0.8MPa）壓濾和高壓（1.5~1.6MPa）壓榨三步，每次進(jìn)料量約為0.7~1t。通過(guò)記錄不同的壓濾時(shí)間下調(diào)理罐的液位變化來(lái)計(jì)算污泥的進(jìn)料速率。其中，調(diào)理罐液位下降速率非常緩慢時(shí)，停止進(jìn)料，然后高壓壓榨維持40min。  

1.4過(guò)濾脫水實(shí)驗(yàn)  

取待測(cè)污泥樣品100mL于量筒中，在恒定壓強(qiáng)0.6MPa的條件下過(guò)濾，每隔10s記錄1次濾液體積，直到漏斗中濾餅層出現(xiàn)裂縫為止，停止抽濾，利用差量法測(cè)定濾餅含水率，然后進(jìn)行污泥比阻（SRF）測(cè)定。SRF≥8×1011m/kg屬于難脫水污泥，SRF為4×1011~8×1011m/kg屬于中等可脫水污泥，SRF＜4×1011m/kg為易脫水污泥。污泥比阻的計(jì)算公式如下：

式中：r——污泥比阻，m/kg；  

P——過(guò)濾壓強(qiáng)，kg/m2；  

A——過(guò)濾面積，m2；  

μ——濾液的動(dòng)力黏度，kg·s/m2；  

w——濾過(guò)單位體積的濾液在過(guò)濾介質(zhì)上截留的干固體質(zhì)量，kg/m3；  

b——反映污泥過(guò)濾性能的常數(shù)。  

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果  

2.1小試實(shí)驗(yàn)  

2.1.1單一混凝劑投加對(duì)SRF的影響  

不同混凝劑及其投加量下的SRF如圖1所示。  

從圖1可以看出，用3種混凝劑調(diào)理污泥后，污泥的SRF均大幅降低，3種無(wú)機(jī)混凝劑對(duì)污泥的調(diào)理效果順序?yàn)镕eCl3＞PFS＞PAC。  

2.1.2有機(jī)與無(wú)機(jī)藥劑復(fù)合調(diào)整及其投加順序?qū)ξ勰啾茸璧挠绊? 

以干污泥質(zhì)量計(jì)，在PAC、PFS、FeCl3的投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%~30%，PAM投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%條件下，有機(jī)和無(wú)機(jī)混凝劑不同投加順序?qū)φ{(diào)理后SRF的影響見(jiàn)圖2。  

對(duì)于3種無(wú)機(jī)混凝劑而言，有機(jī)混凝劑PAM的投加順序?qū)φ{(diào)理后污泥的脫水效果有顯著的影響。與單一混凝劑相比，投加有機(jī)與無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑可以進(jìn)一步改善污泥脫水性，同時(shí)可以有效降低無(wú)機(jī)絮凝劑的投加量。無(wú)機(jī)混凝劑形成的絮體較小，后續(xù)投加高分子絮凝劑后可以促使小的顆粒進(jìn)一步成長(zhǎng)為具有更大粒度的絮體，從而使得小顆粒的表面吸附水釋放出來(lái)，所以藥劑的投加順序也會(huì)影響調(diào)理效果，先無(wú)機(jī)絮凝劑再高分子有機(jī)絮凝劑的投加順序可以增強(qiáng)藥劑的化學(xué)調(diào)理效果。  

2.2中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果  

2.2.1中試化學(xué)調(diào)理方案  

根據(jù)小試結(jié)果，中試化學(xué)調(diào)理方案共8套，見(jiàn)表2。除了常規(guī)藥劑之外，中試還選擇了HCA型和復(fù)合無(wú)機(jī)調(diào)整劑，其投加方式和劑量根據(jù)廠家提供的經(jīng)驗(yàn)量，其中PAM配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的溶液并按濃縮污泥的1%投加，HCA按濃縮污泥的0.01%投加，其他調(diào)理劑的投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)均以干污泥計(jì)。  

表2中試化學(xué)調(diào)理方案  

2.2.2不同調(diào)理方案下的泥餅含水率和進(jìn)泥總量  

不同調(diào)理方案下，壓濾脫水后污泥的最終含水率及進(jìn)泥總量見(jiàn)表3。  

表3不同調(diào)理方案下的污泥處理情況  

為了使得樣品具有代表性，取樣位置設(shè)在濾板外周向內(nèi)1/3處。由表3可以看出，除4#調(diào)理方案獲得的污泥含水率較高（70.9%）外，其他調(diào)理各組污泥含水率均在59%~65%，即單獨(dú)采用PAC不能實(shí)現(xiàn)將污泥含水率降至60%左右的目標(biāo)，而采用其他各種調(diào)理方案，均可以實(shí)現(xiàn)污泥的深度脫水。另外，結(jié)果也反映出在不借助石灰的條件下，只要選擇合適的化學(xué)調(diào)理藥劑和組合方式，亦可以實(shí)現(xiàn)污泥的高效脫水的目標(biāo)。此外，采用7#調(diào)理方案污泥的進(jìn)料量較多，干泥質(zhì)量達(dá)到40.6kg，采用2#、4#、8#調(diào)理方案次之，干泥質(zhì)量為37.0~37.7kg左右。而采用3#調(diào)理方案，干泥質(zhì)量最低，僅為22.8kg，其他各組泥餅量均為35kg左右。  

2.2.3不同調(diào)理方案下的壓濾壓強(qiáng)和通量情況  

隔膜壓濾過(guò)程可以分為4個(gè)階段：充滿階段、濾布截留階段、濾餅層過(guò)濾階段和壓榨階段。充滿階段和濾布截留階段壓強(qiáng)幾乎為0，濾餅層形成和過(guò)濾階段壓強(qiáng)逐漸上升，直至達(dá)到壓力平衡階段。壓濾機(jī)大小的選型主要通過(guò)濾室容積來(lái)確定，而往往忽略了過(guò)濾物料的特殊性。因此，充分認(rèn)識(shí)物料壓濾過(guò)程中的通量變化情況可以使得機(jī)器選型更加準(zhǔn)確，因?yàn)閴簽V通量及其變化情況直接體現(xiàn)著壓濾機(jī)對(duì)不同物料的處理能力。  

對(duì)過(guò)濾時(shí)間/過(guò)濾體積（t/V）和過(guò)濾時(shí)間做圖，其斜率可以表示過(guò)濾速率衰減快慢，稱為b值，b值越大，通量的衰減越快，過(guò)濾越困難。實(shí)驗(yàn)表明，采用4#~8#方案時(shí)，b值分別為2.13、1.36、1.19、1.30、1.33。并且單獨(dú)使用PAC時(shí)（4#），過(guò)濾通量衰減最快，而采用PAM和復(fù)合調(diào)整劑（6#），污泥過(guò)濾速率較快，通量相對(duì)穩(wěn)定，通量衰減速率相對(duì)也較慢，但和7#、8#兩組通量衰減速率差異不是很大。因此，相對(duì)而言，采用6#和7#可以從一定程度上提高壓濾機(jī)的處理能力。  

2.3不同化學(xué)調(diào)理方案的成本  

不同方案的調(diào)理成本如表4所示，成本分別以干污泥量和含水97%的濃縮污泥來(lái)計(jì)。  

表4不同化學(xué)調(diào)理方案的成本  

3綜合成本的對(duì)比分析  

就目前而言，污泥消納的主要方式為填埋和資源化利用兩種。下面將從這兩條工藝出發(fā)，對(duì)比核算兩種脫水方式的綜合成本（化學(xué)調(diào)理、設(shè)備運(yùn)行和減量化效果），主要以杭州七格污水處理廠三期為例說(shuō)明。  

3.1兩種脫水方式的運(yùn)行成本  

七格污水處理廠三期工程采用離心脫水的方式，每天產(chǎn)生含水率約為80%的污泥300t，換算為含水率97%的濃縮污泥2000t。其中化學(xué)調(diào)理藥劑主要采用PAM，處理1t含水率為97%的污泥其化學(xué)調(diào)理成本為3.33元；電費(fèi)為30萬(wàn)元/月（1kW·h電價(jià)為0.75元），則電費(fèi)成本為5元/t；人員工資以3000元/月計(jì)（共30人），人工費(fèi)用為1.5元/t，則總運(yùn)行成本為9.83元/t。按照中試結(jié)果，隔膜壓濾機(jī)的化學(xué)調(diào)理藥劑為氯化鐵和PAM，折合成含水率97%污泥的成本如下：藥劑成本為5元/t左右，電費(fèi)2.1元/t，人員成本（共40人）2.0元/t，總運(yùn)行成本為9.1元/t。  

3.2污泥減量效果  

考慮到污泥深度脫水將大幅地削減污泥量，即含水率從80%降至60%意味著污泥量將減少50%左右。目前，七格水廠污泥（含水率80%）產(chǎn)量為300t/d，進(jìn)行隔膜壓濾深度脫水工藝改造之后，污泥產(chǎn)量將下降至150t/d。、  

3.3綜合成本  

七格污水處理廠三期工程日產(chǎn)生含水率97%的污泥質(zhì)量為2000t，則采用隔膜壓濾可節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用約為1500元/d。1t污泥的處置費(fèi)用為100元（含運(yùn)費(fèi)）計(jì)，總的污泥處置費(fèi)用為3萬(wàn)元/d。采用深度脫水技術(shù)后，污泥量將降低至150t/d，相應(yīng)地污泥處置成本將降低至1.5萬(wàn)元/d。因此，采用深度脫水工藝具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)脫水方式的轉(zhuǎn)變，可以為該廠三期節(jié)省污泥脫水和處置成本600萬(wàn)/a左右。  

4結(jié)論  

（1）從化學(xué)調(diào)理方式和成本來(lái)說(shuō)，離心脫水藥劑主要采用PAM，1t污泥（含水率為97%）的化學(xué)調(diào)理成本為3.33元，而隔膜壓濾機(jī)的化學(xué)調(diào)理藥劑為氯化鐵/聚合硫酸鐵（投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%）和PAM（成本可以忽略），藥劑的總成本為5元。從運(yùn)行成本來(lái)說(shuō)，七格污水處理廠現(xiàn)采用的離心脫水運(yùn)行總成本為6.5元/t，而隔膜壓濾機(jī)的運(yùn)行總成本為4.1元/t。綜合對(duì)比來(lái)看，在采用隔膜壓濾機(jī)后，污泥的脫水成本將下降1500元/d，而由于減量而節(jié)約的污泥處置成本將降低1.5萬(wàn)元/d。  

（2）從污泥減量效果來(lái)看，隔膜壓濾機(jī)脫水后污泥含水率會(huì)降至60%，意味著污泥量將在原來(lái)的基礎(chǔ)上削減50%左右，也就是說(shuō)進(jìn)行深度脫水工藝改造之后，污泥產(chǎn)量將下降至150t/d。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”