城市污水處理廠(chǎng)污泥調(diào)質(zhì)絮凝劑的優(yōu)選

羅 剛，唐 霞，肖先念，雷 芳，宋 爽

（廣州市污水治理有限責(zé)任公司，廣東廣州 510163）

絮凝不僅是國(guó)內(nèi)外眾多水處理工藝中應(yīng)用最廣泛、最普遍的操作單元之一，也是城市污水處理廠(chǎng)污泥脫水處理必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。經(jīng)濃縮后的污泥，由于親水性較強(qiáng)，通常需要絮凝調(diào)質(zhì)，這將直接決定污泥脫水的難易和污泥減量化程度，污泥調(diào)質(zhì)優(yōu)化不僅可以為后續(xù)處置節(jié)省費(fèi)用，并且可以極大地降低二次污染[1]。有機(jī)高分子絮凝劑是目前城市污水處理廠(chǎng)使用最廣的一類(lèi)污泥調(diào)質(zhì)劑。由于污泥帶負(fù)電荷，應(yīng)選用高分子量且?guī)д姾傻恼{(diào)質(zhì)絮凝劑[2]。陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）是一類(lèi)高分子聚合物，其大分子鏈上帶有大量正電荷，能很好地吸附污泥顆粒發(fā)生中和絮凝，并且水溶性好、用量少、無(wú)毒低污染，因此成為城市污水處理廠(chǎng)污泥脫水劑的主要選擇。

陽(yáng)離子聚丙烯酰胺根據(jù)離子度和分子量的大小可分為不同的種類(lèi)，主要包括中等分子量中高陽(yáng)離子度、高分子量中低陽(yáng)離子度、中等分子量中低陽(yáng)離子度、高分子量中高陽(yáng)離子度等幾大類(lèi)。在選擇陽(yáng)離子聚丙烯酰胺時(shí)還需要根據(jù)污泥脫水設(shè)備來(lái)確定，對(duì)于廣州某污水處理廠(chǎng)，由于脫水設(shè)備為高速離心機(jī)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)使用高分子量中高陽(yáng)離子度的聚合絮凝劑[2]。因此，對(duì)多種陽(yáng)離子聚丙烯酰胺篩選并實(shí)現(xiàn)污泥脫水調(diào)質(zhì)優(yōu)化。

1 試驗(yàn)背景

廣州市某污水處理廠(chǎng)作為中心城區(qū)一座大型污水處理廠(chǎng)，設(shè)計(jì)總處理能力達(dá)到55萬(wàn)t/d，污水處理采用A/A/O工藝，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。污水處理產(chǎn)生大量剩余污泥，經(jīng)濃縮后含水率為96%～97%，然后加絮凝劑調(diào)質(zhì)后進(jìn)離心脫水機(jī)處理。剩余污泥處理流程如圖1所示。

圖1 剩余污泥處理流程Fig.1 Treatment Process of Surplus Sludge

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)藥品

陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM）由不同的生產(chǎn)廠(chǎng)家提供，分別為：CPAM（CX1）、C512H（CX2）、C4916（CX3）、C525H（CX4）、C525L（CX5）、C535L（CX6）、PAM（CX7）、PAM（CX8）、PAM（CX9）、PAM（CX10）、PAM（CX11）、PAM60（CX12）、PAM（CX13）、PAM60B（CX14）。外觀(guān)均為白色粉末，分子量為800～1500萬(wàn)左右，離子度在50%～70%之間，適用于高速離心脫水。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 小試試驗(yàn)

將絮凝劑樣品配制成濃度為2.5‰溶液；然后按照5.5%投加比例加入1 L濃縮池污泥液中，用六聯(lián)攪拌儀攪拌5～10 min后靜置。觀(guān)察其表觀(guān)效果，并通過(guò)濾布離心測(cè)含水率。

表觀(guān)效果判斷標(biāo)準(zhǔn)為：1）好：形成緊密的大絮體，水泥分離完全，上清液清徹；2）中：能形成絮體，但絮體較小或易散不緊密，水泥分離不完全，上清液較渾濁；3）差：基本不形成絮體或只成小顆粒絮體，水泥不分離，上清液渾濁。

2.2.2 上機(jī)中試

1）利用廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)有溶液配置設(shè)備，將CPAM干粉配置為2‰～3‰溶液（視脫水效果可適當(dāng)加大濃度）；2）利用廠(chǎng)區(qū)投藥設(shè)備進(jìn)行投加，投加比例為5.5%～8%（絮凝劑溶液與脫水前污泥體積比）；3）第一天試驗(yàn)時(shí)間為1～2 h，消耗藥劑50 kg，第二天試驗(yàn)時(shí)間為 6～8 h，消耗藥劑 100 kg；4）試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)污泥表觀(guān)及上清液清澈度對(duì)藥量和污泥處理量進(jìn)行調(diào)整；5）定時(shí)取樣測(cè)定污泥含水率，確定污泥含水率是否低于80%；6）適當(dāng)調(diào)整藥劑投加比例及污泥處理量，獲取最低成本投藥量。7）含水率測(cè)定：將絮凝調(diào)質(zhì)污泥經(jīng)實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)或污水廠(chǎng)離心脫水機(jī)處理后，取1.5 g左右處理污泥至紅外水分測(cè)量?jī)x，測(cè)定其含水率。

中試效果評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：所選絮凝劑必須滿(mǎn)足污泥脫水工況要求，即離心機(jī)扭矩控制在40%～45%，處理量 25～30 m3/h，脫水后污泥含水率＜80%。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 小試試驗(yàn)

3.1.1 初篩

污泥顆粒帶負(fù)電，彼此之間相互排斥，加之部分污泥與表面附著水結(jié)合成凝膠體，僅靠自身重力沉降不能破壞污泥在水中的穩(wěn)定分布，難以產(chǎn)生澄清水，因此要想泥水分離必須依靠外界作用力[4]。隨著絮凝劑的加入，不僅可以使帶負(fù)電的污泥顆粒脫穩(wěn)，而且可以將其表面附著水轉(zhuǎn)化成游離水。通過(guò)表觀(guān)觀(guān)察可以初步判斷絮凝劑的性能狀況[5]，然后挑選表征效果好的樣品，進(jìn)一步測(cè)定其含水率。本實(shí)驗(yàn)考察了14種CPAM的絮凝效果，初篩試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 初篩結(jié)果Tab.1 Result of Preliminary Screening

由表1可知，表征效果好的聚丙烯酰胺有CX1、CX4、CX6、CX12 和 CX14 五種，其他九種效果次之。選取這五種絮凝劑繼續(xù)試驗(yàn)，測(cè)定離心后含水率分別為 80.7%、78.8%、79.1%、80.2%、81.8%。因而，CX1、CX4、CX6、CX12 效果較好，CX4、CX6 雖然效果更優(yōu)，但為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，綜合考慮選擇CX1、CX12進(jìn)一步試驗(yàn)。3.1.2復(fù)篩

為了保證初篩試驗(yàn)效果穩(wěn)定性，開(kāi)展了重復(fù)實(shí)驗(yàn)。以不添加任何絮凝劑的原污泥為空白對(duì)照樣，分別考察CX1與CX12兩種絮凝劑連續(xù)10天處理效果，并以三者的10 d處理平均值進(jìn)行對(duì)比分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 復(fù)篩結(jié)果Tab.2 Result of Repeated Screening

由表2可知，原污泥、CX1和CX2處理污泥含水率變化范圍86.4%～90.0%、81.5%～84.8%、80.0%～81.7%，平均值為88.4%、83.1%、81%，CX12效果最佳并且穩(wěn)定性好。因此，將CX12確定為上機(jī)中試藥劑。

3.2 上機(jī)中試

CX12的中試試驗(yàn)分兩天完成。第一天為適應(yīng)階段，調(diào)低進(jìn)泥量（約為正常進(jìn)泥量的80%），上機(jī)時(shí)間2 h，主要是初步檢驗(yàn)該藥劑的機(jī)試效果，同時(shí)排查可能出現(xiàn)的故障和其他意外情況。第二天為正式中試階段，調(diào)節(jié)進(jìn)泥量為正常值附近（26～30 m3/h），連續(xù)機(jī)試 6～8 h，可調(diào)指標(biāo)為進(jìn)泥量、加藥量和扭矩，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，每改變一次指標(biāo)，待機(jī)器運(yùn)行幾分鐘即取上清液觀(guān)測(cè)。若清澈，繼續(xù)保持機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行20～30 min后取干化污泥測(cè)含水率；若渾濁，則必須立刻調(diào)節(jié)相應(yīng)指標(biāo)使上清液變清，中試結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，在第一天適應(yīng)機(jī)試中，當(dāng)加藥量和扭矩均保持常規(guī)水平（加藥量2 000 L/h、扭矩 40%～45%）、進(jìn)泥量減少 8～9 m3/h 時(shí)，上清液保持澄清且含水率在80%以下，基本符合要求。在第二天正式機(jī)試中，恢復(fù)進(jìn)泥量至30 m3/h，首先調(diào)低扭矩至38%（主要為了檢驗(yàn)高差速下的離心脫水效果），然后逐漸減少加藥量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)加藥量降至1 900 L/h時(shí)，上清液保持澄清且含水率達(dá)到80.16%，雖然藥泥比達(dá)標(biāo)，但是含水率及扭矩均未達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期效果；調(diào)整加藥量至2 000 L/h，調(diào)節(jié)扭矩至43%，在正常范圍內(nèi)逐漸調(diào)低進(jìn)泥量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)泥量降至27 m3/h時(shí)，上清液澄清且含水率為78.96%，能夠達(dá)標(biāo)；但是當(dāng)進(jìn)泥量降至26.5 m3/h時(shí)，含水率反而升至79.35%，分析原因可能是生產(chǎn)廠(chǎng)家本批次CX12穩(wěn)定性略差，或者是進(jìn)泥性狀稍微發(fā)生變化，應(yīng)提高該絮凝劑穩(wěn)定性并多次上機(jī)確定其效果。另外，在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，污水廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)隨季節(jié)、溫度呈一定程度的變化，污泥泥質(zhì)也隨之改變，導(dǎo)致單一絮凝劑脫水效果的不穩(wěn)定性?？筛鶕?jù)污泥的變化規(guī)律儲(chǔ)備多種絮凝劑，在相應(yīng)時(shí)段采用最適宜藥劑來(lái)保證脫水效果。

表3 上機(jī)中試結(jié)果Tab.3 Result of Machine Test

4 結(jié)論與建議

（1）城市污水處理廠(chǎng)污泥調(diào)質(zhì)絮凝劑的選擇，由于機(jī)試藥耗量非常大，應(yīng)先選擇多種絮凝劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小試，得到初篩藥劑后再上機(jī)中試，根據(jù)出泥含水率、藥泥比（進(jìn)藥量/進(jìn)泥量）及設(shè)備參數(shù)等來(lái)判斷該絮凝劑是否合適。

（2）在進(jìn)行絮凝劑優(yōu)選試驗(yàn)時(shí)，除了絮凝效果，還應(yīng)綜合考慮市場(chǎng)價(jià)格等經(jīng)濟(jì)因素。

（3）中試效果容易受產(chǎn)品穩(wěn)定性、污泥實(shí)時(shí)性狀、參數(shù)設(shè)置等多種因素的影響，比小試結(jié)果不確定因素更多，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性能、設(shè)備參數(shù)及進(jìn)泥進(jìn)藥量等進(jìn)行綜合調(diào)整。

（4）城市污泥泥質(zhì)隨季節(jié)、溫度變化而改變，建議污水廠(chǎng)可儲(chǔ)備多種絮凝劑，在相應(yīng)時(shí)段采用最適宜藥劑來(lái)保證脫水效果。

［1］李欣,蔡偉民.污泥調(diào)理劑與有機(jī)高分子絮凝劑聯(lián)合作用對(duì)污泥脫水性能影響的研究[J].凈水技術(shù),2009,28(3):40-44.

［2］張勤,張幸濤,陳濱,等.城市污水處理廠(chǎng)污泥調(diào)質(zhì)用絮凝劑的選擇[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(1):80-83．

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［4］趙慶祥.污泥資源化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

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