任延杰

(廣州綠由工業(yè)棄置廢物回收處理有限公司廣州 511466)

新型板框污泥脫水技術(shù)的應用

任延杰

(廣州綠由工業(yè)棄置廢物回收處理有限公司廣州 511466)

目前市政污水污泥脫水工藝種類繁多,本文結(jié)合工程實踐,介紹了一種新型污泥脫水工藝,采用對污泥進行化學調(diào)理、機械脫水相結(jié)合的方法,將污泥的含水率從 95%～97%的一次性降到55%以下,成為固態(tài)。從而實現(xiàn)了源頭控制污泥的含水量,為污泥的后續(xù)處理處置創(chuàng)造有利條件。

市政污泥;機械脫水;板框壓濾機

我國現(xiàn)行的城市污水處理廠污泥出廠的排放標準是建設(shè)部 1993年發(fā)布的《城市污水處理廠污水污泥排放標準》(CJ3025—93)。該標準規(guī)定,經(jīng)脫水處理后污泥含水率宜小于 80%。時隔 14年之后,2007年建設(shè)部發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠處置-混合填埋泥質(zhì)標準》和 2008年環(huán)境保護部發(fā)布的《生活垃圾填埋污染物控制標準》(GB 16889—2008)中規(guī)定,生活污水處理廠污泥經(jīng)處理后含水率小于 60%,可以進入生活垃圾填埋場填埋處置。這就是說,長期以來,如何有效地將污泥的含水率從 80%降低到 60%以下,成為制約著我國城市污水處理廠污泥處理的關(guān)鍵。這同時反映了當前我國的污泥脫水技術(shù)和工藝還停留在脫水后含水率在 80%的水平。

國內(nèi)外已經(jīng)得到商業(yè)化運作的污泥機械脫水工藝,如真空過濾脫水、帶式壓濾脫水、離心脫水和板框壓濾機等機械脫水方式中,板框壓濾機更適合于中國的污泥處理,而且這種脫水方式已在上世紀后半葉將污泥脫水達到含水率 80%以下,實用效果好。因此,我們在借鑒國外的板框壓濾機樣機的基礎(chǔ)上進行消化、改進和創(chuàng)新,開發(fā)了適合我國污泥規(guī)模化處理的新型污泥脫水工藝和設(shè)備,而且把它稱之為“泥水一體化”工藝,其目的是通過新型污泥脫水工藝,解決污水處理與污泥處置這兩塊分家的問題,進而以此來建立今后污水處理廠在新建、改建和擴建時,污泥處置設(shè)施與污水處理設(shè)施同時規(guī)劃、同時建設(shè)、同時運行的新模式。

1 板框壓濾機的結(jié)構(gòu)與污泥脫水流程

現(xiàn)在國外在污泥脫水領(lǐng)域采用的板框機主要有平槽式壓濾機和凹板式壓濾機兩種[1],本文引進的是后一種板框機。為了更有效地解決含有機物偏高的污泥脫水問題,增加了隔膜擠壓工序,廂式隔膜擠壓板框壓濾機結(jié)構(gòu)。

1.1 板框壓濾機的污泥脫水流程

本文開發(fā)的新型板框壓濾機脫水工藝主要通過由下列 2種手段實現(xiàn)污泥脫水,即利用濾布加壓脫水和隔膜擠壓脫水。加壓脫水通過進料系統(tǒng)的污泥泵以 5～10㎏ /㎝2壓力把污泥送入由幾十個濾室排列組成的壓濾系統(tǒng),從而保證在單位時間內(nèi)處理的污泥量。

1.2 隔膜擠壓結(jié)構(gòu)及脫水原理

所謂隔膜擠壓脫水是指當濾布加壓脫水過程結(jié)束之后,用 6～11㎏ /㎝2壓力的通入隔膜對濾室內(nèi)的泥餅進行擠壓使泥餅進一步脫水。

對于較難通過過濾進行脫水的污泥來說,比如城市污水處理廠污泥,依靠隔膜擠壓脫水可使泥餅含水率再降低 5%～10%[2]。圖 1為我們進行連續(xù)化生產(chǎn)性試驗時,測試污泥含水率與壓濾壓力關(guān)系的示意圖。

圖 1 過濾工作壓力及隔膜擠水壓力與過濾效果間的關(guān)系

2 隔膜擠壓板框壓濾機污泥脫水工藝

由于污水污泥的特殊性質(zhì),污泥在含水60%至 65%之間,形成一個稱之為“粘膠相區(qū)”,這時的污泥呈粘漿狀,水分子被一層膠體包裹,一般機械擠壓方法很難將污泥中的水釋出,如果采用加熱進行干燥,能耗很大。蒸發(fā) 1kg污泥中水分所需要的熱量是 539Kcal/kg,與此同時當水受熱溫度上升時,水分子周圍的介質(zhì)同樣吸收熱量,因此實際所需要的熱量更大。除非可以利用廢熱(余熱)來進行加熱干燥,除此之外其他加熱干燥法運行成本較高。

要解決污泥脫水的技術(shù)難點,需要進行下述技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)突破：

2.1 污泥化學調(diào)理劑的選擇

無論采用什么樣的處理利用方式,都必須先對污泥進行脫水,即進行污泥的固液分離。由于污泥的種類和組成成分不同而使污泥中的固體顆粒(膠體顆粒)的性質(zhì)有很大差異。尤其是生活污水污泥的膠體顆粒一般很細小,帶 (負)電荷并通常以水合物的形式存在且形成穩(wěn)定的膠體混濁液體狀態(tài),因而對其進行濃縮、脫水十分困難。根據(jù)污泥的這些特點,本文對物理化學調(diào)理劑進行研發(fā),以提高隔膜擠壓板框壓濾機的過濾性能和隔膜擠壓脫水效力為重點,建立了一套新型污泥脫水工藝。

污泥進行脫水之前,對污泥進行調(diào)理的目的是通過采用物理化學方法破壞污泥穩(wěn)定性,打散污泥的膠體結(jié)構(gòu),降低污泥對水的親和力和過濾比阻力,增強膠體顆粒的凝聚能力、提高過濾速度,以達到降低過濾成本、高效率的實現(xiàn)固液分離的效果。為此分別選擇了生活污水污泥、印染污泥和造紙污泥進行了大量的生產(chǎn)性試驗,研發(fā)污泥調(diào)理劑。

2.1.1 表面活性劑

表面活性劑(surfactant)是一種易于富集于表面,并對界面性質(zhì)產(chǎn)生明顯影響的一類物質(zhì)。它具有固定的親水親油基團,在溶液的表面能定向排列,并能使表面張力顯著下降的物質(zhì)。當發(fā)生表面活性劑吸附后,改變體系的界面狀態(tài),影響界面性質(zhì),從而產(chǎn)生一系列如潤濕、乳化、起泡等重要作用。表面活性劑的這些作用有利于膠體破壁及毛細管中水分的釋出,對膠體的固液分離與聚沉起到輔助的效果[3]。經(jīng)過多次試驗我們選定采用季銨鹽類表面活性劑作為污泥脫水用表面活性劑。

2.1.2 混凝劑

國內(nèi)常用的污泥脫水絮凝劑主要有無機絮凝劑和有機絮凝劑兩大類,無機絮凝劑包括鐵鹽和鋁鹽兩類金屬鹽類混凝劑以及聚合氯化鋁等無機高分子混凝劑;有機絮凝劑主要是聚丙烯酰銨(PAM)等有機高分子物質(zhì)。

通過對每種絮凝劑的用量、濃度、脫水后泥餅形狀、濾液濁度等的對比試驗,經(jīng)過幾十次的小試及上機調(diào)試,根據(jù)污泥特性,選定以無機絮凝劑為主,加入少量高分子絮凝劑。

2.1.3 助凝劑

助凝劑是用于調(diào)節(jié)或改善混凝條件,促進凝聚作用所添加的藥劑或為改善絮凝體結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)。前者如硫酸、磷酸、石灰、氯氣等 (可調(diào)整pH值);后者如聚丙烯酰胺、活化硅酸 (或稱活性硅土)、骨膠、海藻酸鈉以及各種聚合電解質(zhì),可使其與混凝劑結(jié)合生成較大、較堅固、密實絮體。助凝劑的密度和重量、促使沉淀加速;在微凝絮間起粘結(jié)架橋作用,使凝絮粗大而有廣闊表面,充分發(fā)揮吸附卷帶作用以提高澄清效果。在廢水的混凝處理中,單獨使用混凝劑不能取得良好效果時,常使用助凝劑以達到目的。

根據(jù)南方地域的特點,選用南方較容易收集的食品下腳料作為助凝劑。實踐中我們對污泥處理專用調(diào)理劑已申請 4項發(fā)明專利,在此不做詳細表述。

2.2 對污水污泥脫水板框壓濾設(shè)備的改進

對現(xiàn)有板框壓濾機進行深度技術(shù)改造,旨在提高脫水壓力和設(shè)備的濾出的疏水性。

2.2.1 進料系統(tǒng)改進

板框壓濾機的運行壓力,它與框板的結(jié)構(gòu)有極大的關(guān)系,板框內(nèi)腔的形狀、擠壓板凸起的大小、形狀、密度分布等都對擠壓脫水效果有極大的影響。因此對板框壓濾機進料系統(tǒng)進行改良,增加“泥漿螺旋分配器”,解決了污泥在濾板里分布不均勻、泥餅厚薄不一、含水率在有些部位很高的問題。

2.2.2 濾布和濾板的改良

影響設(shè)備濾出疏水性的因素主要是濾布,濾布的材料、編織方法、厚度、濾孔密度等,均對設(shè)備濾出疏水性有影響,必須進行大量的理論計算優(yōu)化篩選和實驗驗證進行確定。

濾板和濾布的材質(zhì),必須滿足長期運行的壽命要求,也須在前期研究的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化。針對濾板的改良,需采用“凸起粒子濾板”,增加了注入污泥在濾室里的流動性和在濾板里的均勻性,解決了傳統(tǒng)濾板易出現(xiàn)的爆裂問題。針對濾布的改良,需對濾布進行錐形濾孔的編織設(shè)計,大幅度降低了濾布介質(zhì)阻力,明顯地提高了濾布的疏水性能。

污泥脫水設(shè)備的整體優(yōu)化設(shè)計,要滿足安全、自動化和清潔生產(chǎn)的要求。

3 污泥脫水設(shè)備系統(tǒng)集成與工程應用

針對后續(xù)資源化處置技術(shù)對污泥脫水效果的具體要求,系統(tǒng)集成和優(yōu)化污泥預處理技術(shù)和污泥脫水設(shè)備,形成高效組合工藝及成套技術(shù)和設(shè)備。擬配置壓濾機技術(shù)參數(shù),以 LY1250型號為例見表 1。

表 1 隔膜板框壓濾機的技術(shù)參數(shù)

3.1 工程應用實例

為了推廣新型板框壓濾機脫水工藝的實際運營效果,建設(shè)了如下污泥脫水示范工程。

工程實例 1：廣州番禺東涌工業(yè)污水處理站印染污泥脫水處理技改工程 (污水處理規(guī)模 3萬m3/d),于 2009年 4月動工建設(shè),同年 6月 3日投產(chǎn)運營。脫水后干泥的含水率小于 50%,用于制替代燃料或建材添加料。

工程實例 2：佛山市順德區(qū)倫教城市污水處理廠污泥處理項目 (污水處理規(guī)模 3萬 m3/d),于2009年 4月動工建設(shè),同年 6月 5日投投產(chǎn)運營。倫教城市污水處理廠日處理水量為 3萬噸,二期規(guī)劃為 5萬噸。脫水后干泥的含水率小于 55%,用于制綠化營養(yǎng)土或建材添加料。

工程實例 3：廣州市大沙地污水處理廠市政污泥脫水項目 (污水處理規(guī)模 20萬 m3/d),于2009年 6月動工建設(shè),同年 10月投產(chǎn)運營。生活污水污泥脫水后干泥的含水率小于 55%,用于制綠化營養(yǎng)土或建材添加料。

工程實例 4：廣州番禺自來水廠凈水污泥脫水項目 (凈水處理規(guī)模 56萬 m3/d),污泥脫水后干泥的含水率小于 50%,并用干泥制建材添加料。

利用新型污泥脫水工藝處理的泥餅檢測結(jié)果可見表 2。工程應用實踐證明,經(jīng)改良的污泥脫水設(shè)備,與污泥脫水添加劑相結(jié)合,能夠?qū)⒄{(diào)理后的污泥脫水到含水率 55%以下,并有穩(wěn)定的生產(chǎn)效果,本工藝還具有如下的應用特點：

污泥產(chǎn)生量減少一半以上;減少堆放空間,減小運輸難度,節(jié)省運輸成本;解決了污泥惡臭問題;為污泥的后續(xù)處理奠定了基礎(chǔ),帶動了污泥處理下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

表 2 利用新型污泥脫水工藝處理的泥餅檢測結(jié)果

3.2 示范工程項目運行效果

該污泥脫水工藝,經(jīng)過多項示范工程運行結(jié)果表明具有以下幾個特點：

(1)本工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,運行穩(wěn)定,操作方便,其最大污泥處理量達到 200t/日 (按 80%含水率的污泥計量),完全適用于我國中型污水處理廠的污泥脫水處理,而且對生活污水污泥、印染污泥、造紙污泥處理的脫水率分別可以達到含水率55%、50%和 45%以下。

(2)隔膜擠壓板框壓濾機設(shè)備和操作,從污泥進料到泥餅剝離的全過程實現(xiàn)了自動化和密閉式。不需要人工操作,其中包括自動加壓過濾,自動隔膜擠壓泥餅脫水,濾板自動卸泥,濾布自動清洗裝置,生產(chǎn)過程無噪聲,沒有明顯惡臭等。

(3)隔膜擠壓板框壓濾機單位過濾面積的成本隨著過濾面積的增加、過濾時間的縮短,污泥脫水所消耗的用電量大幅度下降。在設(shè)計時根據(jù)污泥處理規(guī)模的大小,可以適當增減濾板數(shù)量、過濾面積和處理能力,形成高效節(jié)能的壓濾處理系統(tǒng)。

(4)通過對隔膜擠壓板框壓濾機濾板的改良,采用“凸起粒子濾板”和 濾布進行錐形濾孔的編織設(shè)計,不僅解決了濾布堵塞、濾板爆裂的問題,而且能夠提高過濾效率、延長濾布的使用壽命。

4 結(jié)論

本文所述的污泥脫水處理新工藝對污泥深度機械脫水的創(chuàng)新主要在于：(1)藥劑消耗少,脫水率高。使污水廠污泥自儲泥池開始,經(jīng)化學調(diào)理后直接將含水率 95%～97%的泥水混合物一次性脫水到含水率 55%以下,污泥產(chǎn)生量即比傳統(tǒng)工藝減少 50%以上,從而節(jié)省干污泥的倉儲、中轉(zhuǎn)和運輸費用 50%以上,同時解決了濕污泥惡臭污染環(huán)境的問題。(2)運行成本低。處理污泥能耗低,為 6～15kw·h/t,綜合運行成本與傳統(tǒng)的帶式機和離心脫水設(shè)備相比減少 30%。

因此,上述污泥脫水新工藝適用于生活污水污泥、自來水凈水污泥和印染、造紙等輕工業(yè)污泥的脫水處理,具有廣闊的應用前景。

[1]福本勤.WasteProcessingEngineering[M].東京：朝倉書店,1983.

[2]盧方,孫衛(wèi)東,胡小龍.紹興市污水處理廠污泥處理系統(tǒng)的改進和優(yōu)化[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2004.12(2)：121～122.

[3]王軍,田曉俊,楊許召,李妮妮.表面活性劑在廢水處理中的應用[J].日用化學工業(yè),2009,39(4)：270～275.

X703

A

1673-288X(2010)05-0049-04

任延杰 (1968—),女,遼寧撫順人。現(xiàn)從事工業(yè)固體廢物的處理、綜合利用及最終處置技術(shù)研究。