城市生活污泥深度脫水技術研究與實踐

0 前 言

隨著我國城鎮污水處理率的不斷提高，城鎮污水處理廠污泥產量也急劇增加。2009年，全國城鎮污水處理廠近2000座，處理污水量達300億噸，產生含水率80%的污泥約2000多萬噸；隨著城鎮化水平提高和污水處理量的增加，污泥量將很快突破3000萬噸。

據不完全統計，目前全國城鎮污水處理廠污泥只有小部分進行填埋、土地利用、焚燒和建材利用等，其余大部分未進行規范化的處理處置。其主要原因是污泥含水率過高，對污泥的“穩定化、減量化、無害化和資源化”處理處置造成嚴重的“瓶頸”制約。污泥難于脫水、脫水能耗太大或脫水成本太高等是急需迫切解決的難題，污泥深度脫水對污泥的處理和處置具有至關重要的意義。

1 污泥水份組成

污泥中水分主要有自由水、間隙水（毛細水）、表面水（吸附水）和化學結合水（內部水）。結合強度由小到大的順序為自由水＜間隙水＜表面水＜化學結合水，結合強度越大，分離就越困難；重力濃縮、真空抽濾和離心脫水等單純的機械脫水方法只能取出部分自由水和間隙水；采用混凝劑調理污泥可以替換部分污泥顆粒表面吸附水份，使這部分水被機械分離；對于污泥中的化學結合水，必須采用其他高端技術手段才能轉移或去除。

2 污泥脫水方法

2.1 自然脫水干化

自然脫水干化是將污泥攤鋪晾曬于自然濾層或人工濾層干化場地，借助自然力和介質（如太陽能、風能和空氣），使得污泥中的水分由內向外蒸發。該方法適用于氣候條件比較干燥、占地不緊張及環境衛生允許的地區。自然干化的周期長（氣候條件影響極大），可采用翻拋工藝縮短周期；存在占地面積大，臭氣污染環境等問題，用于處理小規模經過厭氧消化的脫水污泥為佳。

2.2 利用熱源脫水

是指利用燃料（煤、油、燃氣）產生熱量或工業余熱、廢熱，通過專門的工藝和設備而使污泥失去水分。具有處理規模大、時間短、占地面積小等特點；不足之處尾氣量大，臭味大，熱耗大。

2.3 機械脫水

污泥經過調理后，通過機械的方法脫水。目前采用的機械設備有帶式壓濾機、板框式壓濾機、箱式壓濾機、高壓隔膜壓濾機等。機械脫水具有處理量大，周期短，占地少、便于操作和控制，穩定性高，沒有廢氣，工作環境良好，濾液清澈達標排放等優點。

下面著重介紹利用高壓隔膜壓濾機在污泥深度脫水方面的試驗和實踐。

3 污泥隔膜壓濾脫水

隔膜壓濾是采用隔膜濾板完成機械脫水過程的。該濾板有一個可前后移動的過濾面——隔膜，當在一側通入壓榨介質時（如壓縮空氣或水），可移動的隔膜就會向過濾腔室的方向鼓出，使過濾腔室里的濾餅在整個過濾面上均勻的受壓，也就是說在過濾過程結束以后，對濾餅進行再次擠壓來達到深度脫水的效果。

3.1 高壓隔膜壓濾機

采用景津壓濾機集體有限公司生產的XMZGF800/2000-U型程控隔膜壓濾機。該壓濾機過濾面積800，液壓壓緊方式，過濾壓力0.2～2.5MPa，隔膜壓力1.0～3.5 MPa。

3.2 脫水試驗

進入隔膜壓濾機脫水的污泥應呈濃漿狀，可泵送，含水率控制在90±1%為宜。

3.2.1 污泥直接脫水試驗

取樣為浙江省臺州市污水處理廠的城市污泥，含水率為78—83%，對其進行編號，分5組試驗。通過控制不同的進料時間和壓榨時間進行試驗脫水效果。試驗結果見表-1所示。

表-1 污泥脫水時間和含水率關系

直接脫水較為困難，時間長，泥餅含水率高。

3.2.2 添加調理劑脫水試驗

污泥直接脫水試驗效果不佳，很難達到預期效果。下面采用添加自配調理劑進行脫水效果試驗。

①不同調理劑脫水試驗

表-2 污泥添加調理劑脫水

注：調理劑“X—1”為自配無機材料；調理劑“X—2”為自配高分子無機材料；

調理劑“X—3”為自配復合型高分子材料。

從表-2可以看出加入調理劑“X—3”脫水效果良好，周期3.5—4小時可脫水至含固率為51—58%。

試驗證明：加入調理劑對污泥脫水起著重要的作用，其作用機理：

a、電荷中和作用；b、吸附架橋作用；c、絮體的卷掃沉淀作用等。

②調理劑用量對脫水影響

以添加調理劑“X—3”為例，在進料過濾時間、壓榨時間和壓力相同情況下，添加比例與脫水效果試驗見表-3。

表-3 不同調理劑比例對脫水效果的影響

從試驗結果表-3看出，調理劑“X—3”劑量4-6%（干基）脫水效果較好，隨著劑量加大脫水效果不明顯卻使成本提高。

③攪拌條件對脫水影響

以添加自配調理劑“X—3”為例，在添加劑量一定的情況下（干基比例5%），與污泥混合攪拌速度和時間對脫水效果的影響見試驗表-4

從試驗結果表-4可以認為：攪拌速度過快，攪拌時間過長，使得聚集一起的污泥顆粒被攪碎又分散成為膠體穩定體系，降低脫水效果；攪拌速度過慢，攪拌時間過短，則會使調理劑與污泥顆粒不能充分接觸，不利于調理劑捕集膠體顆粒，同時調理劑的濃度也分布不均勻，不能發揮很好作用，致使脫水效果不佳。

表-4 攪拌時間對脫水效果的影響

4 污泥脫水實踐

浙江方遠建材科技有限公司以城市污泥為主要原料之一，生產人造輕集料——陶粒。其污泥來自浙江臺州污水處理廠，原來污泥未經脫水直接使用因污泥含水率高而使用量受到極大限制；當時利用烘干方法進行污泥脫水，由于廢氣量大，臭味大，能耗大，工作環境差等原因被迫停止使用。目前經過改造后采用隔膜壓濾技術，選購2臺高壓隔膜壓濾機為主要設備，實現了污泥深度脫水的目標。污泥經添加自配調理劑“X—3”（干基5%），脫水周期為2.5-3.5小時，脫水后含固率50-58%，日處置含水率78—83%污泥150—180噸。脫水后污泥餅臭度大大減小，穩定性提高；濾液清澈透明，經簡單處理可達標排放，工作環境得以改善。脫水后污泥餅實現了高比例直接摻配原料中燒制陶粒；每噸含水率78-83%污泥脫水至含水率50%泥餅費用40-45元，成本大大降低。

5 結論和建議

1、經實踐證明，采用高壓隔膜壓濾工藝技術進行污泥深度脫水，技術上是可行的；脫水效率高，脫水周期短，控制方便，過程穩定，能耗低；不產生臭氣，工作環境衛生良好。

2、應根據污泥特性，通過試驗選擇合理的調理劑及科學的添加方法，對污泥深度脫水效率和成本是至關重要的。

3、污泥脫水至含固率50-58%成為現實，解決了污泥含水率高的瓶頸問題，為后續污泥的處理處置奠定了基礎。

4、污泥深度脫水技術研究是復雜的和多方面的，應向更深更廣的方面拓展。如PH值、溫度、攪拌工藝及條件、調理劑性質、分離的方法、電位大小等等對污泥的深度脫水都一定的影響。