造紙污泥深度脫水干化研究進展

王小聰 郭曉偉

(中國輕工業武漢設計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

造紙廢水處理的污泥量大，一般是同等規模市政污水處理廠的5～10倍。據調查，每年我國制漿造紙企業產生的污泥量500余萬t。目前，造紙污泥處理處置技術以填埋、堆肥、焚燒發電為主，還包括制造造紙填料、制造活性炭、生產乙酸乙醇等其他利用技術［1］。污泥脫水可以有效降低需要處理、處置的污泥體積，是污泥減量化中最經濟的一種方法，也是污泥最終處置 (焚燒、堆肥、填埋)必不可少的環節［2］。但對于常規污泥脫水方式，污泥的含水率依然高達78%～82%，難以達到填埋場土力學要求，也無法滿足污泥焚燒的熱值要求。因此，對造紙污泥進行深度脫水干化，降低污泥含水率，減小污泥體積和質量，提高污泥熱值，顯得尤為重要。本文綜述了造紙污泥深度脫水干化的方法及研究進展情況。

1 造紙污泥的性質

造紙廢水處理系統的污泥可分為初級污泥、二級污泥、三級污泥和混合污泥共4種。初級污泥由篩渣和大量無機填料組成，可形成比較硬的泥餅，易脫水，脫水后干度較高;二級污泥常稱為活性污泥，一般為采用生物化學的方法去除呈膠體狀態和溶解狀態的有機污染物，主要由蛋白質組成，較難脫水;三級污泥主要為廢水深度處理過程中絮凝沉淀產生的污泥，很難脫水［3］;以上污泥混合之后的污泥稱為混合污泥。

造紙污泥中的水分主要有間隙水、毛細水、表面吸附水和內部結合水4種，其中，間隙水和表面吸附水可以通過污泥濃縮處理去除;毛細水約占污泥中總含水量的15%～25%，必須借助機械作用力才能去除;內部結合水是指包含在造紙污泥中微生物細胞體內的水分，它的含量與污泥中微生物細胞體所占的比例有關。必須通過破壞細胞膜，使細胞液滲出才能去除，常規的機械脫水方法無法將其去除［4］。

2 造紙污泥調理

污泥調理是污泥濃縮或機械脫水前的預處理，其目的是改善污泥濃縮和脫水的性能，減小脫水時的阻力，以提高脫水設備的處理能力和處理效率。造紙污泥常采用化學調理，冷凍調理和熱調理也是當前污泥調理的熱點。

2.1 化學調理

造紙污泥的化學調理是在污泥中加入適量的絮凝劑、助凝劑等化學藥劑，使污泥顆粒絮凝，從而提高污泥的脫水性能。常用的有機高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺 (PAM)，無機絮凝劑有聚合氯化鋁(PAC)、聚硅酸鋁 (PASi)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)等［5］。與無機絮凝劑相比，有機高分子絮凝劑對有機物和無機物都有很好的凈化作用，同時具有用量少、成本低、毒性小、pH值適用范圍廣等優點。由于化學調理操作簡單、效果好而成為比較常用的方法。

2.2 熱調理

污泥熱調理可破壞污泥持水結構，將結合水釋放出來。張林等人［6］以蒸汽熱調理方式對污泥進行處理，經機械脫水后，污泥含水率由80%下降至50%，同時可對污泥實現殺菌和除臭。目前，該工藝在深圳市已得到應用。熱調理可明顯改善污泥脫水性能，不需加藥，可殺死病原菌，但能耗較高。

2.3 冷凍調理

冷凍調理可改變污泥的性狀，冷凍后污泥顆粒間內部結合水和間隙水被排出。吳春篤等人［7］研究了冷凍調理對造紙廠Fenton氧化單元產生的化學污泥沉降及脫水性能的影響，發現冷凍調理時間為9 h時，造紙污泥在35 min內的沉降率達到80%以上，在45～50 kPa真空度下抽濾10 min后泥餅的含水率約為61%，比沒有經過冷凍調理的污泥泥餅含水率低17%。冷凍調理能耗較熱調理低，同時處理過程中有機物不會分解，無需對分離液進行二次處理，但是冷凍調理時間較長，過程緩慢。

3 造紙污泥脫水

3.1 帶式壓濾脫水

帶式壓濾機可用于各種污泥脫水，其連續生產性好、自動化程度高、生產能力大，占地面積小，在污泥脫水中應用較為廣泛。但是在造紙污泥脫水中存在一些問題，主要表現在:①壓濾機出來的泥餅含水率波動大，達不到設計要求。②壓濾機兩側跑泥嚴重。③濾液濁度大［8］。④泥餅含水率高，增加了后續處理的負擔。因此，目前帶式壓濾機在造紙污泥脫水中應用呈減少趨勢。

3.2 板框壓濾脫水

板框式壓濾機是通過板框的擠壓，使污泥中的水通過濾布排出，達到脫水目的。一般板框式壓濾機與其他類型脫水機相比，泥餅含固率最高，可達35%以上。通常板框式壓濾機為間歇式運行。而現在可通過PLC控制系統實現系統全自動方式，其壓濾、濾板的移動、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布的沖洗、進料等操作均可通過PLC遠端控制來完成，不僅可實現連續運行，同時可大大減輕工人的勞動強度。江西晨鳴紙業采用4臺板框式壓濾機對造紙污泥進行深度脫水處理，目前已投入運行，運行效果良好。

3.3 螺旋壓濾機脫水

螺旋壓濾機是利用物料在螺旋旋轉葉片推動下沿軸向前進，前進過程中物料受變化的螺距和調節檔板的作用，形成巨大的擠壓力，使物料在外力作用下進行機械脫水。螺旋壓濾機結構簡單，處理量大，占地面積小，運行維護簡單，產生的泥餅干度約為50%～55%，從工業發達國家制漿造紙廢水處理廠選用的脫水設備上看，螺旋壓濾機有逐步取代帶式壓濾機的趨勢［9］。

3.4 新型脫水設備

電滲透脫水技術是一種可以對污泥進行深度脫水的新興技術，通過對污泥施加電壓，在電場的驅動下實現泥水分離，達到減少污泥體積、利于隨后的處理和處置的目的。在整個過程中，物料不升溫，調節物塊形狀可以提高脫水的速率和效率，升高所施加電場的電壓，可有效地提高電滲透脫水速率［4］。董立文等人［10］研究了造紙污泥的電滲透脫水效果，結果表明，電滲透脫水技術可以顯著降低造紙污泥的含水率，當污泥含水率降至60%時，所需要的能耗為0.14～0.28 kWh/kg去除水。電滲透脫水存在陽極電極消耗、污泥在電化學作用下可能發生分解的現象。

太陽紙業采用華章科技有限公司研制的DY2500 PQ型半干化帶式壓榨機對黃泥進行脫水，處理后污泥干度可達到53%，大幅降低了污泥的體積和含水率［11］。應廣東等人［2］采用 DY2500 PQ 型半干化帶式壓濾機對草漿制漿沉淀污泥和脫墨污泥進行脫水實驗，出泥干度均達到50%以上。

3.5 污泥脫水設備比較

各種污泥脫水機比較情況見表1。

表1 造紙污泥脫水設備經濟技術比較表

4 造紙污泥干化

4.1 鍋爐煙氣余熱干化

目前，帶式壓濾機、板框式壓濾機、螺旋壓濾機等，其脫水后污泥干度為25%～50%，有的螺旋擠壓濾機污泥干度最高可達60%，通過煙氣干化的造紙污泥最佳干度可達到70% ～75%。滕敬彥等人［12］利用熱電廠煙氣余熱干化污泥，煙氣溫度110～145℃，污泥含水率明顯降低，污泥的體積大幅減小，并形成質地堅硬的污泥團粒。目前，該技術已應用于山東宏河紙業利用煙氣余熱污泥焚燒項目、山東銀河紙業污泥制肥項目，使用效果良好。

4.2 太陽能干化

太陽能是一種清潔、安全、廉價、可再生的綠色能源，利用太陽能對污泥進行干化處理具有節能降耗和減碳的現實意義。其處理過程是將污泥攤置到由級配碎石鋪墊的干化場上，通過蒸發、滲透和清液溢流等方式，實現脫水干化。解清杰等人［13］以海南省某紙漿企業的造紙污泥進行太陽能干化處理，采用溫室型太陽能干化工藝，污泥含水率為80%，經處理后可獲得干度40%～50%的干化污泥。該處理方式投資低、成本低、干化效果好，但占地面積大，容易孳生蚊蠅、散發臭氣［14］。

4.3 生物干化

污泥生物干化是指在生物活動產生的較高溫度條件下，對脫水污泥中的有機物進行生物降解，同時加快污泥中的水分散失，最終生成具有較低含水率的干化污泥［15］。陳清林等人［16］研究了造紙污泥生物干化特性及其影響因素，在最優工藝條件下，能夠將造紙污泥含水率由74.4%降低到50%左右，生物干化效果顯著。污泥生物干化投資少，運行費用低，但是干化周期長，對溫度、調理劑、通風等條件因素要求嚴格［17］。

5 結語

造紙污泥是一種很有利用價值的潛在資源，世界上許多國家都在大力發展污泥處理處置和利用的各種技術，而這些技術都對污泥的含水率提出了嚴格的要求。在造紙污泥深度脫水干化方案選擇時應注意以下兩點:

(1)污泥性質、調理、脫水設備及干化方式對于造紙污泥深度脫水干化過程是四位一體的，必須統籌考慮。

(2)一種有效的污泥脫水、干化方法，應當兼顧到環境效益、社會效益和經濟效益，盡量走資源化的道路，減少對環境的影響，避免形成二次污染。

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