杭州某地區擬建設污泥焚燒處置廠,將接納的 含水率為 80%的離心污泥采用板框深度脫水后焚 燒。 為提高污泥焚燒經濟價值,預處理過程中,減小 調理劑引起的干基增量和不降低污泥熱值非常重 要,因此,尋找新藥劑代替傳統的石灰調理劑勢在必 行。 此次試驗采用水處理常用藥劑 PAC 代替石灰, 具有干基增量較少、不降低脫水泥餅熱值、提高板框 處理效率、經濟性較高等優點,對于污泥焚燒處置廠 的建設具有積極的意義,實際應用效果良好。

試驗材料及方法

1.1 試驗污泥

試驗在杭州某污水廠內進行,試驗所用污泥為污水廠離心脫水泥餅,基本性質如下 所示。

污泥來源：離心脫水泥餅

泥餅含水率：78%±2%

有機質含量：35%±3%

干燥基低位發熱量/ (MJ·kg-1 )：8.97

1.2 試驗設備

采用全自動板框壓濾機試驗裝置對污水廠離 心脫水泥餅進行試驗,過濾面積為 0. 208 m2 ,濾室 厚度為 30 mm,濾室數為 2 室,進料泵選用氣動隔 膜泵,流量為 2 m3 / h,揚程為 0. 5 MPa。 隔膜擠壓 裝置空壓機壓力為 0. 8 MPa,氣量為 200 L / min,調 節空氣增壓器壓力為 1. 5 MPa。 壓濾機啟動后,在 油壓頂的推動下濾板緊閉,形成濾室,污泥從濾板 上部的供液口被壓入濾室開始過濾擠壓脫水過 程,擠壓脫水工序結束后,在油壓頂的驅動下同時 打開所有濾板,脫水泥餅從濾布上卸落后,將濾布 進行清洗,減輕濾布的堵塞,試驗工藝流程如圖 1 所示。 根據物料的特性對進料時間進行調整:污 泥濃度在 2%左右時,進料時間為 20 min;污泥濃 度在 4%左右時,進料時間為 15 min;污泥濃度在 6%以上時,進料時間為 10 min。 原泥中有機質含 量較少,最后出濾液的量為 5 g / min 以下時結束隔 膜擠壓。 為保證試驗結果對污泥處置廠預處理具 備實際參考意義,整個試驗過程嚴格按照全自動 板框壓濾機的運行參數進行,模擬污泥處置廠預 處理實際工況。

1.3 試驗藥劑

本次試驗采用調理劑取自中試污水廠 PAC 儲 藥罐,入廠檢測依據 《 水處理劑 聚氯化鋁》 ( GB 15892—2009),試驗用 PAC 基本性質如表 2 所示。 表 2 PAC 基本性質 Tab. 2 Basic Characteristics of PAC 名稱 外觀 氧化鋁 含量 鹽基量 pH 值(10 g / L 水溶液) 水不溶物 PAC 黃色 10. 23% 77. 81% 4. 30 0. 21% 1. 4 試驗方法 利用快速水分測定儀檢測原始污泥含水率,根 據稀釋濃度計算需要添加的稀釋水量,將原始污泥 與水混合后,攪拌機攪拌 10 min,保證攪拌均勻。 稱 取一定量的稀釋污泥,按照藥劑投加量計算 10%的 PAC 溶液投加量,加入藥劑后攪拌 10 min 備用。 開啟試驗裝置,油壓泵開始動作,在油壓頂的推 動下使濾板緊閉,形成濾室。 壓濾機試驗裝置的運 行工序主要是由濾板閉合、過濾、擠壓、濾板開啟、泥 餅卸落、濾布清洗這 6 個工序組成。 濾板打開后取出泥餅,對泥餅進行稱重,用快速 水分測定儀檢測脫水泥餅含水率,記錄試驗數據。 多余的泥餅用密封袋取樣密封檢測泥餅熱值。 壓濾 過程中,濾液的流出量通過電子秤自動記錄數據。

2. 1 不同藥劑投加量對泥餅含水率的影響

取污水廠離心機脫水后的污泥加水稀釋,在壓 濾機進料壓力和擠壓壓力分別為 0. 5 MPa 和 1. 50 MPa,進料時間和擠壓時間分別為 10 min 和 30 min 的條件下,PAC 藥劑投加量(投加總 PAC 量/ 脫水 前干基質量) 為 1. 5% ~ 5. 0%,檢測脫水泥餅含水 率,考察不同 PAC 投加量對脫水泥餅含水率的影 響。相同的filter press脫水操作條件,PAC 投加 量 為 1. 5% ~ 5. 0% 時, 脫 水 泥 餅 含 水 率 為 53% ~60%,當藥劑投加量增加到 4%以上時,脫水 泥餅含水率降低至 55%以下。 在相同條件下,隨著 絮凝劑投加量增高,脫水泥餅含水率降低,當絮凝劑 投加量增加到 4. 0%以上后再增加絮凝劑投加量, 脫水泥餅含水率下降不明顯。 市政污泥顆粒表面一 般呈負電性[5] , 向污泥中加入適量 PAC 水解出 Al3+ ,通過電中和降低污泥顆粒間的斥力,壓縮表面 雙電層從而使污泥顆粒聚合,降低污泥顆粒的比表 面積,減少表面水的含量,從而提升污泥的脫水性 能[6] ,降低脫水泥餅含水率。 在無需投加“石灰+ FeCl3 ”調理劑情況下,PAC 投加量在 5%內可使脫 水泥餅含水量降低至 60%以下,壓濾機過濾性和泥 餅剝離效果都較好,因使用污泥調理劑帶來的污泥 增量較小,更有利于污泥焚燒處置。

2. 2 不同隔膜擠壓時間對泥餅含水率影響

將污水廠離心脫水后的污泥稀釋至污泥濃度為 7. 6%,濃度為 10%的 PAC 投加率為 2. 0%,壓濾機 進料壓力和擠壓壓力分別為 0. 5 MPa 和 1. 50 MPa, 進料時間為 10 min 時,通過電腦自動記錄的濾液 量,計算濾室中泥餅含水率隨隔膜擠壓時間的變化 曲線(圖 3)。 圖 3 污泥含水率隨擠壓時間變化曲線 Fig. 3 Varying Tendency of Water Content of Sludge with Press Time 由圖 3 可知,脫水泥餅含水率隨著隔膜擠壓時 間的延長而降低。 在有限的濾室空間中,隨著進入 濾室中的污泥量增加,污泥中的自由水分過濾排出, 進料結束時,壓濾機中污泥含水率降低至 80% 以 下,加壓隔膜擠壓,污泥含水率進一步降低。 隨著擠 壓時間的延長,污泥含水率曲線斜率逐漸減小,含水 率降低速度逐漸減緩。 這主要是由于隨著污泥脫水 過程的進行,板框濾布上泥餅厚度逐漸增加,過濾阻 力逐漸增大。 板框壓濾脫水是依靠過濾介質兩邊壓 力差作為推動力,強制泥水分離,在相同的壓力差推 動下,過濾阻力增大,過濾速率減緩,含水率的降低 速度逐漸減緩。 污泥含水率逐漸降低,污泥中的固 體物質可能會吸附在一起,使其中的內部結合水量 變多[7] ,這也是引起脫水速率逐漸減緩的原因。

2. 3 不同稀釋濃度對泥餅含水率及壓濾機

Plate and frame filter press過濾速率影響分析 將離心脫水泥餅加水稀釋,使污泥濃度分別為 3. 3%、6. 0%和 7. 6%,改變污泥調理劑 PAC 的投加 量,通過獲得脫水泥餅重量、含水率和批次用時計算 干泥餅處理速率。 不同進料濃度和不同投藥量對壓 濾機脫水速率影響。 可知,板框脫水機過濾面積相同,進料 壓力、壓榨壓力、操作時間確定的條件下,進料污 泥濃度越高,泥餅處理速度越大。 相同進料條件 下,進料濃度提高,進入板框濾室中污泥干基量增 加,濾餅處理速度提高,即泥餅處理速率跟進料干 基量成正比。 初始進料濃度相同的情況下,提高 PAC 投加量,板框壓濾機泥餅處理速率變化不大。 加入 PAC 調理可以改變污泥絮體結構,改善污泥 的脫水性能,但對進料干基量的影響較小,PAC 的 投加量對泥餅處理速率影響不大。 進料濃度從 3. 3%提高到 7. 6%,即進料濃度提高 130%時,泥 餅處理速度明顯提高了 40%左右。 提高板框壓濾 機的進泥濃度能有效地提高壓濾機的過濾速率, 增加單臺壓濾機的處理量。 單位時間內進入濾室 中污泥干基量越大,濾布上泥餅厚度增加的速度 越快,過濾阻力迅速增大,濾液過濾速率減小,泥 餅處理速率增大比率明顯低于進料濃度提高的 比率。

2.4 不同加藥量對泥餅干基熱值影響

全自動板框壓濾機作為污泥焚燒處置的預處理過程,添加的污泥調理劑不可大幅度降低污泥熱值,根據《煤的發熱量測定方法》 (GB / T 213—2008)檢測不同投藥量對泥餅干基熱值的影響。當采用“石灰+FeCl3 ”傳統調理劑 時,脫水泥餅干燥基低位發熱量較原泥降低 43%, 主要原因是傳統調理過程中生成的鈣鹽和鐵鹽干基 增量較大且皆為不燃物。 當 PAC 藥劑(干粉)投加 量≤干基的 5%時,獲得的泥餅干燥基低位發熱量 和未經處理前污泥相差并不大,為傳統調理方式的 1. 67 倍,泥餅熱值相較于傳統調理方式明顯提高。 泥餅熱值是污泥作為能源使用價值高低的體現,是 污泥焚燒的重要經濟指標。 根據泥餅熱值可計算污 泥焚燒時的理論空氣量、理論燃燒溫度、需要摻燒燃 料量等,對于污泥焚燒爐的設計至關重要。

2. 5 經濟適用性 污水廠污泥產生量大,土地資源極大限制了污 泥填埋處置途徑,目前,我國污水廠大多采用的處置 途徑為離心脫水機或常規板框壓濾機機械脫水后外 運焚燒處置。 污泥焚燒處置廠將接收的離心脫水泥 餅稀釋 并 深 度 脫 水 后 焚 燒 處 置。 傳 統 “ 石 灰 + FeCl3 ”調理和全自動板框壓濾機以 PAC 作為調理 劑深度脫水方式運行費用分析如表 4 所示。 常規采用“石灰+FeCl3 ”調理污泥,脫水泥餅含 水率雖然較低,但干基量增長較多,引起后續污泥處 置量也較大,板框處理效率較低。 以 PAC 作為調理 劑,藥劑成本、污泥處置成本都較少,整體運行費用 較經濟。 兩種調理方式對比分析所示。 單位干基成本項目 傳統“石灰+ FeCl3 ”調理劑 PAC 調理劑 藥劑成本/ (元·t-1 ) 300 260 人工成本/ (元·t-1 ) 80 80 處置成本/ (元·t-1 ) 890 790 總成本/ (元·t-1 ) 1 270 1 130 表 5 不同調理劑對比分析 Tab. 5 Comparative Analysis of Different Sludge Conditioner 成本項目 傳統“石灰+ FeCl3 ” PAC 脫水泥餅含水率 60%以下 60%以下 泥餅干燥基低位發熱量/ (MJ·kg-1 ) 5. 06 8. 47 脫水泥餅熱值 不理想 較高 污泥處置廠預處理適用性 經濟性較低 經濟可行 采用傳統“石灰+FeCl3 ”調理污泥,因調理劑引 起的污泥干基增量為 30%左右,極大降低了脫水泥 餅熱值,不利于污泥焚燒處置。 采用 PAC 作為污泥 調理劑,基本未改變泥餅熱值,焚燒處置需要摻燒燃 料量較少,提高了污泥焚燒經濟價值。 傳統調理方 式添加石灰會導致后續處理設施設備結垢,有效容 積明顯降低,而 PAC 調理對后續處理設施危害性較 小。 全自動板框壓濾機采用 PAC 作為調理劑運行 過程中不需要人工輔助卸落泥餅,自動化程度高,運 行管理方便,脫水泥餅熱值較高,是經濟可行的污泥 焚燒處置廠預處理方式。

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(1)采用傳統“石灰+FeCl3 ” 調理劑,干基增量 30%左右,泥餅熱值較原泥降低 43%,不利于污泥焚 燒處置。 PAC 作為調理劑時,投加量在 5%內可使 脫水泥餅含水量降低至 60%以下,隨著 PAC 投加量 增高,脫水泥餅含水率進一步降低。 PAC 調理可改 善污泥的脫水性能,對進料干基量影響較小,對泥餅 處理速率影響不大。

(2)當 PAC 藥劑(干粉) 投加量≤干基的 5% 時,獲得的泥餅干燥基低位發熱量和未經處理前污 泥相差并不大,為石灰調理方式的 1. 67 倍,泥餅熱 值相較于石灰調理方式明顯提高。 使用 PAC 對后 續設備危害性較小,可避免因添加石灰引起設施設 備結垢和有效容積降低的問題。

(3)相較于傳統“石灰+FeCl3 ”,以 PAC 作為調 理劑時污泥干基增量少,Plate and frame filter press和后續處理處 置設備運行效率提高,泥餅熱值較高,整體運行費用 較經濟,有利于精細化管理及職工職業健康。 對于 擬接納離心脫水泥餅的污泥處置廠來說,是經濟可 行的預處理方式。

關鍵詞：污泥脫水機Plate and frame filter press?