杭州某地區(qū)擬建設(shè)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(jīng)濟(jì)價(jià)值,預(yù)處理過(guò)程中,減小 調(diào)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?zhèn)鹘y(tǒng)的石灰調(diào)理劑勢(shì)在必 行。 此次試驗(yàn)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(jīng)濟(jì)性較高等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于污泥焚燒處置廠 的建設(shè)具有積極的意義,實(shí)際應(yīng)用效果良好。

試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)污泥

試驗(yàn)在杭州某污水廠內(nèi)進(jìn)行,試驗(yàn)所用污泥為污水廠離心脫水泥餅,基本性質(zhì)如下 所示。

污泥來(lái)源：離心脫水泥餅

泥餅含水率：78%±2%

有機(jī)質(zhì)含量：35%±3%

干燥基低位發(fā)熱量/ (MJ·kg-1 )：8.97

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

采用全自動(dòng)板框壓濾機(jī)試驗(yàn)裝置對(duì)污水廠離 心脫水泥餅進(jìn)行試驗(yàn),過(guò)濾面積為 0. 208 m2 ,濾室 厚度為 30 mm,濾室數(shù)為 2 室,進(jìn)料泵選用氣動(dòng)隔 膜泵,流量為 2 m3 / h,揚(yáng)程為 0. 5 MPa。 隔膜擠壓 裝置空壓機(jī)壓力為 0. 8 MPa,氣量為 200 L / min,調(diào) 節(jié)空氣增壓器壓力為 1. 5 MPa。 壓濾機(jī)啟動(dòng)后,在 油壓頂?shù)耐苿?dòng)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(kāi)始過(guò)濾擠壓脫水過(guò) 程,擠壓脫水工序結(jié)束后,在油壓頂?shù)尿?qū)動(dòng)下同時(shí) 打開(kāi)所有濾板,脫水泥餅從濾布上卸落后,將濾布 進(jìn)行清洗,減輕濾布的堵塞,試驗(yàn)工藝流程如圖 1 所示。 根據(jù)物料的特性對(duì)進(jìn)料時(shí)間進(jìn)行調(diào)整:污 泥濃度在 2%左右時(shí),進(jìn)料時(shí)間為 20 min;污泥濃 度在 4%左右時(shí),進(jìn)料時(shí)間為 15 min;污泥濃度在 6%以上時(shí),進(jìn)料時(shí)間為 10 min。 原泥中有機(jī)質(zhì)含 量較少,最后出濾液的量為 5 g / min 以下時(shí)結(jié)束隔 膜擠壓。 為保證試驗(yàn)結(jié)果對(duì)污泥處置廠預(yù)處理具 備實(shí)際參考意義,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照全自動(dòng) 板框壓濾機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行,模擬污泥處置廠預(yù) 處理實(shí)際工況。

1.3 試驗(yàn)藥劑

本次試驗(yàn)采用調(diào)理劑取自中試污水廠 PAC 儲(chǔ) 藥罐,入廠檢測(cè)依據(jù) 《 水處理劑 聚氯化鋁》 ( GB 15892—2009),試驗(yàn)用 PAC 基本性質(zhì)如表 2 所示。 表 2 PAC 基本性質(zhì) 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(yàn)方法 利用快速水分測(cè)定儀檢測(cè)原始污泥含水率,根 據(jù)稀釋濃度計(jì)算需要添加的稀釋水量,將原始污泥 與水混合后,攪拌機(jī)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(jì)算 10%的 PAC 溶液投加量,加入藥劑后攪拌 10 min 備用。 開(kāi)啟試驗(yàn)裝置,油壓泵開(kāi)始動(dòng)作,在油壓頂?shù)耐?動(dòng)下使濾板緊閉,形成濾室。 壓濾機(jī)試驗(yàn)裝置的運(yùn) 行工序主要是由濾板閉合、過(guò)濾、擠壓、濾板開(kāi)啟、泥 餅卸落、濾布清洗這 6 個(gè)工序組成。 濾板打開(kāi)后取出泥餅,對(duì)泥餅進(jìn)行稱重,用快速 水分測(cè)定儀檢測(cè)脫水泥餅含水率,記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 多余的泥餅用密封袋取樣密封檢測(cè)泥餅熱值。 壓濾 過(guò)程中,濾液的流出量通過(guò)電子秤自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。

2. 1 不同藥劑投加量對(duì)泥餅含水率的影響

取污水廠離心機(jī)脫水后的污泥加水稀釋,在壓 濾機(jī)進(jìn)料壓力和擠壓壓力分別為 0. 5 MPa 和 1. 50 MPa,進(jìn)料時(shí)間和擠壓時(shí)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(zhì)量) 為 1. 5% ~ 5. 0%,檢測(cè)脫水泥餅含水 率,考察不同 PAC 投加量對(duì)脫水泥餅含水率的影 響。相同的壓濾機(jī)脫水操作條件,PAC 投加 量 為 1. 5% ~ 5. 0% 時(shí), 脫 水 泥 餅 含 水 率 為 53% ~60%,當(dāng)藥劑投加量增加到 4%以上時(shí),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(dāng)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(fù)電性[5] , 向污泥中加入適量 PAC 水解出 Al3+ ,通過(guò)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(wú)需投加“石灰+ FeCl3 ”調(diào)理劑情況下,PAC 投加量在 5%內(nèi)可使脫 水泥餅含水量降低至 60%以下,壓濾機(jī)過(guò)濾性和泥 餅剝離效果都較好,因使用污泥調(diào)理劑帶來(lái)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(shí)間對(duì)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(jī) 進(jìn)料壓力和擠壓壓力分別為 0. 5 MPa 和 1. 50 MPa, 進(jìn)料時(shí)間為 10 min 時(shí),通過(guò)電腦自動(dòng)記錄的濾液 量,計(jì)算濾室中泥餅含水率隨隔膜擠壓時(shí)間的變化 曲線(圖 3)。 圖 3 污泥含水率隨擠壓時(shí)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(shí) 間的延長(zhǎng)而降低。 在有限的濾室空間中,隨著進(jìn)入 濾室中的污泥量增加,污泥中的自由水分過(guò)濾排出, 進(jìn)料結(jié)束時(shí),壓濾機(jī)中污泥含水率降低至 80% 以 下,加壓隔膜擠壓,污泥含水率進(jìn)一步降低。 隨著擠 壓時(shí)間的延長(zhǎng),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(guò)程的進(jìn)行,板框?yàn)V布上泥餅厚度逐漸增加,過(guò)濾阻 力逐漸增大。 板框壓濾脫水是依靠過(guò)濾介質(zhì)兩邊壓 力差作為推動(dòng)力,強(qiáng)制泥水分離,在相同的壓力差推 動(dòng)下,過(guò)濾阻力增大,過(guò)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(zhì)可能會(huì)吸附在一起,使其中的內(nèi)部結(jié)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(duì)泥餅含水率及壓濾機(jī)

板框壓濾機(jī)過(guò)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(diào)理劑 PAC 的投加 量,通過(guò)獲得脫水泥餅重量、含水率和批次用時(shí)計(jì)算 干泥餅處理速率。 不同進(jìn)料濃度和不同投藥量對(duì)壓 濾機(jī)脫水速率影響。 可知,板框脫水機(jī)過(guò)濾面積相同,進(jìn)料 壓力、壓榨壓力、操作時(shí)間確定的條件下,進(jìn)料污 泥濃度越高,泥餅處理速度越大。 相同進(jìn)料條件 下,進(jìn)料濃度提高,進(jìn)入板框?yàn)V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(jìn)料干 基量成正比。 初始進(jìn)料濃度相同的情況下,提高 PAC 投加量,板框壓濾機(jī)泥餅處理速率變化不大。 加入 PAC 調(diào)理可以改變污泥絮體結(jié)構(gòu),改善污泥 的脫水性能,但對(duì)進(jìn)料干基量的影響較小,PAC 的 投加量對(duì)泥餅處理速率影響不大。 進(jìn)料濃度從 3. 3%提高到 7. 6%,即進(jìn)料濃度提高 130%時(shí),泥 餅處理速度明顯提高了 40%左右。 提高板框壓濾 機(jī)的進(jìn)泥濃度能有效地提高壓濾機(jī)的過(guò)濾速率, 增加單臺(tái)壓濾機(jī)的處理量。 單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)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(guò)濾阻力迅速增大,濾液過(guò)濾速率減小,泥 餅處理速率增大比率明顯低于進(jìn)料濃度提高的 比率。

2.4 不同加藥量對(duì)泥餅干基熱值影響

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

2. 5 經(jīng)濟(jì)適用性 污水廠污泥產(chǎn)生量大,土地資源極大限制了污 泥填埋處置途徑,目前,我國(guó)污水廠大多采用的處置 途徑為離心脫水機(jī)或常規(guī)板框壓濾機(jī)機(jī)械脫水后外 運(yùn)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(tǒng) “ 石 灰 + FeCl3 ”調(diào)理和全自動(dòng)板框壓濾機(jī)以 PAC 作為調(diào)理 劑深度脫水方式運(yùn)行費(fèi)用分析如表 4 所示。 常規(guī)采用“石灰+FeCl3 ”調(diào)理污泥,脫水泥餅含 水率雖然較低,但干基量增長(zhǎng)較多,引起后續(xù)污泥處 置量也較大,板框處理效率較低。 以 PAC 作為調(diào)理 劑,藥劑成本、污泥處置成本都較少,整體運(yùn)行費(fèi)用 較經(jīng)濟(jì)。 兩種調(diào)理方式對(duì)比分析所示。 單位干基成本項(xiàng)目 傳統(tǒng)“石灰+ FeCl3 ”調(diào)理劑 PAC 調(diào)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(diào)理劑對(duì)比分析 Tab. 5 Comparative Analysis of Different Sludge Conditioner 成本項(xiàng)目 傳統(tǒng)“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(fā)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(yù)處理適用性 經(jīng)濟(jì)性較低 經(jīng)濟(jì)可行 采用傳統(tǒng)“石灰+FeCl3 ”調(diào)理污泥,因調(diào)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(diào)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(jīng)濟(jì)價(jià)值。 傳統(tǒng)調(diào)理方 式添加石灰會(huì)導(dǎo)致后續(xù)處理設(shè)施設(shè)備結(jié)垢,有效容 積明顯降低,而 PAC 調(diào)理對(duì)后續(xù)處理設(shè)施危害性較 小。 全自動(dòng)板框壓濾機(jī)采用 PAC 作為調(diào)理劑運(yùn)行 過(guò)程中不需要人工輔助卸落泥餅,自動(dòng)化程度高,運(yùn) 行管理方便,脫水泥餅熱值較高,是經(jīng)濟(jì)可行的污泥 焚燒處置廠預(yù)處理方式。

?結(jié)論

(1)采用傳統(tǒng)“石灰+FeCl3 ” 調(diào)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(diào)理劑時(shí),投加量在 5%內(nèi)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(jìn)一步降低。 PAC 調(diào)理可改 善污泥的脫水性能,對(duì)進(jìn)料干基量影響較小,對(duì)泥餅 處理速率影響不大。

(2)當(dāng) PAC 藥劑(干粉) 投加量≤干基的 5% 時(shí),獲得的泥餅干燥基低位發(fā)熱量和未經(jīng)處理前污 泥相差并不大,為石灰調(diào)理方式的 1. 67 倍,泥餅熱 值相較于石灰調(diào)理方式明顯提高。 使用 PAC 對(duì)后 續(xù)設(shè)備危害性較小,可避免因添加石灰引起設(shè)施設(shè) 備結(jié)垢和有效容積降低的問(wèn)題。

(3)相較于傳統(tǒng)“石灰+FeCl3 ”,以 PAC 作為調(diào) 理劑時(shí)污泥干基增量少,板框壓濾機(jī)和后續(xù)處理處 置設(shè)備運(yùn)行效率提高,泥餅熱值較高,整體運(yùn)行費(fèi)用 較經(jīng)濟(jì),有利于精細(xì)化管理及職工職業(yè)健康。 對(duì)于 擬接納離心脫水泥餅的污泥處置廠來(lái)說(shuō),是經(jīng)濟(jì)可 行的預(yù)處理方式。

關(guān)鍵詞：污泥脫水機(jī)板框壓濾機(jī)?