文_章華熔 暢凱旋 陳菲琳 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)，城鎮(zhèn)人口不斷增加，生活廢水量隨之不斷提升，進(jìn)而導(dǎo)致污泥產(chǎn)量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。由于國(guó)家環(huán)保發(fā)展力度加大，污泥的處理處置越發(fā)受到關(guān)注。其中，污泥干化是實(shí)現(xiàn)污泥處理處置目標(biāo)的重要途徑之一。目前，國(guó)內(nèi)污泥干化工程應(yīng)用案例很多，但由于各地污泥性質(zhì)不同，工程應(yīng)用過程中出現(xiàn)各式各樣的問題，其中包括污泥的粘滯特性影響污泥干化效果的問題。

目前研究集中在實(shí)驗(yàn)條件下的污泥粘滯性的不利影響及降黏方法。然而，污泥干化過程中經(jīng)歷了糊狀態(tài)—固化態(tài)—顆粒態(tài)的復(fù)雜轉(zhuǎn)變，污泥圓盤干化工程應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)室條件存在很大差異，且實(shí)際污泥干化工程中污泥黏性對(duì)污泥圓盤干燥設(shè)備運(yùn)行存在的影響沒有相應(yīng)的研究報(bào)道。本文通過實(shí)驗(yàn)室污泥的理化性能檢測(cè)與實(shí)際工程對(duì)比論證的方式，分析了污泥的黏滯特性對(duì)其干化過程產(chǎn)生的影響，為類似工程建設(shè)提供參考。

1 污泥理化性能測(cè)試

1.1 測(cè)試方法

本文分別對(duì)污泥的含水率、有機(jī)物及粘度等物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析。其中，含水率、有機(jī)物測(cè)定方法參考《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》CJ/T221-2005，粘度測(cè)定參考《濃縮天然乳膠 硫化膠乳 黏度的測(cè)定》GB/T14797.2-2008，SiO2測(cè)定參考《土壤和沉積物11中元素的測(cè)定 堿熔—電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》HJ974-2018。

污泥的靜態(tài)干燥實(shí)驗(yàn)通過快速水分測(cè)定儀測(cè)定。取約20.00g污泥，平鋪在干燥托盤上，在110℃下干燥，每間隔15s記錄污泥的重量和濕基含水率，直至重量不再發(fā)生變化。其中污泥干燥速率如公式（1）。

式中 vn—干燥速率，g水/（g干污泥·s）；

wg(n-1)—n-1次記錄數(shù)據(jù)時(shí)污泥干基含水率，%；

Δt—表示數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔，15s。

1.2 污泥樣品來源

樣品主要是含水率約80%的市政脫水污泥，分別來自A、B、C三個(gè)污水處理廠，產(chǎn)生的污泥分別命名為污泥A、污泥B、污泥C。

1.2.1 污水處理工藝及污泥產(chǎn)量

A廠設(shè)計(jì)處理污水水量2萬(wàn)t/d，實(shí)際年均運(yùn)行負(fù)荷80%，產(chǎn)泥量約7t/d，每萬(wàn)噸水產(chǎn)泥約4.4t。污水處理主要采用AAO工藝，需額外添加乙酸鈉作為碳源調(diào)節(jié)C/N平衡，添加PAFC溶液達(dá)到化學(xué)除磷效果，添加PAM增加污泥的脫水能力。

B廠設(shè)計(jì)處理污水水量4萬(wàn)t/d，實(shí)際年均運(yùn)行負(fù)荷70%，產(chǎn)泥量約10t/d，每萬(wàn)噸水產(chǎn)泥約3.4t。污水處理主要采用SBR工藝，通過添加PAFC溶液達(dá)到化學(xué)除磷目的，添加PAM絮凝脫水。

C廠設(shè)計(jì)處理污水水量10萬(wàn)t/d，實(shí)際年均運(yùn)行負(fù)荷90%，產(chǎn)泥量約80t/d，每萬(wàn)噸水產(chǎn)泥約8.9t。污水處理工藝主要采用AAO工藝，通過添加磁粉深度除磷和除SS，添加PAC、PAM絮凝脫水。

2 結(jié)果與分析

2.1 污泥理化性質(zhì)分析

有研究表明，污泥中有機(jī)物是影響污泥黏滯性的主要因素，有機(jī)物含量越低，污泥的黏滯力越差。根據(jù)表1所示，污泥C有機(jī)物含量最小，其粘度最小。污泥A的有機(jī)物含量大于污泥B有機(jī)物含量，但粘度卻截然相反，故污泥粘度還受其它因素影響。有研究表明，添加PAC會(huì)影響污泥粘性。另外，根據(jù)C廠中每萬(wàn)噸水產(chǎn)生的污泥量遠(yuǎn)高于其它兩個(gè)廠，這也可能是導(dǎo)致污泥C黏性較小的原因。

表1 3種污泥物理化學(xué)指標(biāo)分析

2.2 污泥的靜態(tài)干燥特性

2.2.1 污泥的干燥速率曲線

污泥干化的過程中一般會(huì)經(jīng)歷3個(gè)階段，即預(yù)熱干化階段、恒速干化階段和減速干化階段。污泥干燥速率隨干基含水率變化曲線可以反映出污泥所經(jīng)歷的干化階段。

由圖1所示，在實(shí)驗(yàn)室條件下，3種污泥都存在預(yù)熱干化階段和減速干化階段，不存在明顯的恒速干化階段，這與張曉敏的研究結(jié)果一致。另外，根據(jù)圖1所示，在相同干基含水率下，3種污泥的干燥速率達(dá)到最大，且最大干燥速率表現(xiàn)為污泥C＞污泥B＞污泥A，表明了實(shí)驗(yàn)條件下，污泥C干燥過程中水分更易蒸發(fā)，更易達(dá)到干燥平衡。這可能是C相比其它兩種污泥，SiO2含量較高、有機(jī)物含量較少、粘性小，污泥間隙水含量較高易蒸發(fā)。

圖1 污泥的干燥速率隨干基含水率變化曲線

2.2.2 污泥靜態(tài)干燥表觀特征變化

在實(shí)驗(yàn)條件下，觀測(cè)污泥靜態(tài)干燥前后的表觀特征。從外觀來看，3種污泥完全干燥后體積變小，最終形成大小完全不一的顆粒物，這是因?yàn)槲勰嘣诟苫倪^程中發(fā)生了龜裂、收縮等現(xiàn)象。與其它兩種污泥相比，污泥C的初態(tài)流動(dòng)性較大，末態(tài)松散狀態(tài)更加明顯，顏色偏淺，這可能由于污泥C有機(jī)物含量較低所致。

2.3 不同含水率下污泥的流變性

從圖2可知，污泥粘度隨著含水率的減小呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。污泥含水率是決定污泥黏滯性的重要因素，且在含水率為45%～65%形成黏滯區(qū)。污泥A和污泥B粘度變化隨含水率變化的趨勢(shì)相近，污泥C與污泥A、污泥B粘度隨含水率變化的趨勢(shì)存在較大差異。其中，污泥A和污泥B在含水率為60%時(shí)，粘度分別達(dá)到最大值292.26×103mPa·s和297.82×103mPa·s。污泥C在含水率為70%時(shí)，粘度達(dá)到最大值261.84mPa·s。當(dāng)污泥含水率＜50%，3種污泥的粘性消失。

圖2 不同含水率下污泥的粘度特性

3 案例分析

廣州某熱電廠建設(shè)一條污泥干化生產(chǎn)線，用于干化A、B、C污水廠產(chǎn)生的污泥。該生產(chǎn)線采用螺桿泵將污泥輸送至圓盤干化機(jī)，通過圓盤干化機(jī)將污泥從含水率80%干化至40%以下，設(shè)計(jì)處理量為100t/d。熱源蒸汽參數(shù)為0.6MPa，160℃，目前該生產(chǎn)線已成功投運(yùn)。

3.1 干化機(jī)的出力情況判斷

污泥處理量和出泥口污泥含水率是判斷干化機(jī)出力的重要指標(biāo)。有研究表明，干化機(jī)內(nèi)污泥干濕界面所在區(qū)域是判斷干化機(jī)出口污泥含水率的重要依據(jù)。但這種判別手段需現(xiàn)場(chǎng)人員間斷觀察干化機(jī)內(nèi)部運(yùn)行情況，適合在調(diào)試階段使用。

如圖3所示，干化機(jī)運(yùn)行時(shí)，出料口附近溫度測(cè)點(diǎn)和污泥泵輸送量可作為判斷干化機(jī)正常運(yùn)行的重要指標(biāo)，通過系統(tǒng)DCS界面觀察測(cè)點(diǎn)溫度和污泥泵運(yùn)行頻率這兩項(xiàng)指標(biāo)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控干化系統(tǒng)運(yùn)行的效果。其中，溫度測(cè)點(diǎn)作為判斷干化機(jī)出口污泥含水率的依據(jù)，污泥泵運(yùn)行頻率作為判斷干化機(jī)污泥處理量的依據(jù)。具體判斷方法：當(dāng)干化機(jī)測(cè)點(diǎn)溫度下降，表明出泥口污泥含水率偏高，無法滿足干化要求；當(dāng)干化機(jī)測(cè)點(diǎn)溫度正常，但螺桿泵運(yùn)行頻率低于正常運(yùn)行平頻率，表明干化機(jī)的處理量下降，無法滿足項(xiàng)目要求。

圖3 圓盤干化機(jī)外觀圖

3.2 干化系統(tǒng)對(duì)3種污泥干化時(shí)設(shè)備主要參數(shù)對(duì)比

干化機(jī)出口測(cè)點(diǎn)溫度在指定范圍內(nèi)時(shí)，表示干化機(jī)出泥口污泥含水率在40%以下。從表2可以看出，干化機(jī)在保證污泥干化效果的前提下，干化污泥A和污泥B時(shí)，螺桿泵運(yùn)行頻率在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，而干化污泥C時(shí)，螺桿泵低頻率運(yùn)行，無法保證污泥C的處理量。由于干化機(jī)對(duì)污泥C的處理能力下降，干化機(jī)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生改變，干化機(jī)蒸汽用量下降至設(shè)計(jì)值的57.3%，從而導(dǎo)致污泥內(nèi)部水分蒸發(fā)量下降，最終使得干化機(jī)出口廢氣壓力負(fù)壓值增大。

表2 干化三種污泥時(shí)干化系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)

3.3 異常運(yùn)行下干燥機(jī)內(nèi)部運(yùn)行特征

隨著污泥從干燥機(jī)進(jìn)泥口端向出泥口端移動(dòng)，污泥的含水率減小，污泥的盤片黏壁現(xiàn)象逐漸減小直至消失。這是因?yàn)殡S著污泥內(nèi)水分的不斷減小，污泥的流動(dòng)性變差，污泥與盤片的相互作用減小，導(dǎo)致污泥的黏壁量減小，這與趙松輝實(shí)驗(yàn)條件下的研究結(jié)果一致。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看，干化機(jī)處理污泥C時(shí)，表現(xiàn)出出力不足現(xiàn)象。污泥C進(jìn)入干化機(jī)后，無法在進(jìn)泥口端盤片之間形成堆積，干化機(jī)盤片利用率降低，干化機(jī)處理能力下降。引起這種現(xiàn)象的原因可能是C污泥在含水率為80%時(shí)，相較于其它兩種污泥，粘度較小，導(dǎo)致流動(dòng)性較大，進(jìn)入干化機(jī)后快速?gòu)谋P片邊緣與內(nèi)筒體底部之間的縫隙向干化機(jī)出泥口端流動(dòng)。從圖1可知，實(shí)驗(yàn)條件下污泥C的蒸發(fā)速率最大，更容易干化，但利用圓盤設(shè)備干化污泥C時(shí)表現(xiàn)出截然相反的現(xiàn)象。可見，要使圓盤干化機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)處理能力，一方面要考慮污泥的干化速率；另一方面要考慮使污泥在圓盤干化機(jī)內(nèi)形成有效的堆積，充分讓污泥與盤片接觸，從這個(gè)角度考慮的話則需要脫水污泥具有一定的粘性。

綜上所述，在避免污泥粘度太大造成污泥黏壁影響干化機(jī)傳熱效率前提下，也需要考慮污泥應(yīng)具有一定粘性能夠在干化機(jī)盤片間形成有效堆積，使污泥充分與盤片接觸，增加盤片有效利用率。二者缺一不可，這兩者都與污泥的粘性有關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過實(shí)驗(yàn)室及工程應(yīng)用相結(jié)合的方式，研究并分析了污泥流變特性及其對(duì)干燥特性的影響，主要得出如下結(jié)論：

①隨著脫水污泥含水率的降低，污泥粘度呈現(xiàn)先增大后減小直至消失的趨勢(shì)。高含水率下，污泥粘度一般取決于有機(jī)物含量大小，同時(shí)受SiO2的含量的影響。在靜態(tài)干燥作用下，污泥的有機(jī)物含量越低、SiO2含量越高，污泥的粘度相對(duì)越小，污泥的蒸發(fā)速率越大，污泥越容易干燥。

②污泥在圓盤干化機(jī)內(nèi)干燥時(shí)，污泥的含水率越高，污泥流動(dòng)性越大。當(dāng)污泥的流動(dòng)性越大時(shí)，污泥無法在干燥機(jī)內(nèi)相鄰盤片之間形成有效堆積，盤片利用率下降，干燥機(jī)的處理能力下降。

③污泥在含水率約80%左右時(shí)，污泥C的粘度小于其它兩種污泥的粘度，污泥C的流動(dòng)性相對(duì)較大，污泥C進(jìn)入盤片時(shí)，無法形成有效堆積，并向后端盤片移動(dòng)，造成整個(gè)盤片的利用率降低，并最終導(dǎo)致干燥機(jī)的處理能力下降。