混凝氣浮處理污泥壓濾液的工程試驗研究

劉新立，李方志

（湖南軍信環保股份有限公司，長沙 410000）

長沙市某污泥處置項目采用熱水解+高溫厭氧消化+板框脫水工藝處理市政污泥，因高溫厭氧消化運行溫度為55℃～58℃，板框壓濾機長期處理高溫污泥易導致濾布孔隙變大，造成壓濾液固體懸浮物（SS）升高：一般可達1 000～2 500 mg/L。高SS壓濾液如不進行有效處理直接進入后續水處理生化段，將對水處理工藝造成負面影響。

混凝氣浮工藝是水處理中常用的固液分離技術，混凝一般包括凝聚和絮凝兩個階段[1]，凝聚是指通過添加絮凝劑改變水體中膠體的表面性質，如中和電性等，使膠體失穩而聚合，而絮凝則是使微小顆粒絮凝形成肉眼可見的大顆粒，從而實現固液分離的目的。氣浮按照氣泡產生的方式分為三類：溶氣氣浮、電解氣浮與散氣氣浮，其中加壓溶氣氣浮應用最為廣泛[2]。氣浮的影響因素較多，一般包括回流比、微氣泡直徑、水力停留時間及廢水流態等[3-6]。

為解決項目壓濾液高SS的問題，本工程采用加壓溶氣氣浮裝置對壓濾液進行除雜處理。通過該工程試驗，筆者確定了混凝氣浮處理污泥壓濾液的效果、混凝氣浮相關工藝參數、絮凝劑的種類及配比，并對運行費用進行測算，以期為類似工程案例提供參考。

長沙污泥處置項目工藝流程如圖1所示。

圖1 長沙污泥項目工藝流程

1 試驗材料

1.1 試驗藥劑

工業級聚合氯化鋁（PAC）；兩種陽離子聚丙烯酰胺（PAM）：型號M603，離子度25%；型號M608，離子度45%；兩種陰離子聚丙烯酰胺（PAM）：型號B103，分子量1 300萬；型號B166，分子量1 800萬。

1.2 試驗裝置

試驗裝置包括氣浮池本體、溶氣氣浮裝置、加藥裝置、快混化學反應池（快混池）、慢混化學反應池（慢混池）及回流設備，其中快混池尺寸為1.5 m×1.3 m×1.5 m，慢混池尺寸為1.5 m×1.3 m×1.5 m，反應氣浮池體尺寸為7 m×3.2 m×2.3 m，有效水深2 m，設計處理量為50 m3/h。

1.3 試驗水質

試驗進水為長沙市污泥處置項目高溫厭氧消化污泥脫水產生的壓濾液，具體水質如表1所示。

表1 壓濾液水質指標

1.4 試驗流程

污泥經高溫厭氧消化處理后進入脫水系統，經板框壓濾機脫水后產生壓濾液，壓濾液泵送經冷卻塔進行降溫，將溫度降至35℃以下；快混池內加入PAC，PAC與來水進行充分混合反應后進入慢混池；慢混池投加PAM，PAM與上級來水反應后進入氣浮裝置。在氣浮池中，空壓機工作產生的壓縮空氣與回流水泵供應的循環水在溶氣罐內形成高壓，確保空氣以溶解態氣體分子和非溶解態微小氣核的形式分散在過飽和溶氣水中。過飽和溶氣水通過氣浮池底部的釋放器以微氣泡的形式釋放，大量微氣泡附著在壓濾液的懸浮固體物上，將其帶出水面，最后通過刮泥板刮除并排入板框機前端進行進一步處理。經氣浮處理，SS達到水處理工藝進水要求后，壓濾液進入水處理生活系統進行后續處理。試驗工藝流程如圖2所示。

圖2 壓濾液混凝氣浮工藝流程

1.5 分析方法

總懸浮物（SS）：重量法；氨氮（NH3-N）：納氏試劑分光光度法；總磷（TP）：鉬銻抗分光光度法；化學需氧量（COD）：重鉻酸鉀法；pH：玻璃電極法；溫度：溫度計現場測定。

2 試驗結果及分析

2.1 不添加絮凝劑

對氣浮裝置溶氣泵頻率及空壓機二聯體壓力進行控制，將氣浮裝置回流比控制為40%～50%，溶氣罐進氣壓力控制為4.5～5 bar，溶氣罐壓力控制為3～3.5 bar，使氣浮裝置達到最優工況。不添加PAC和PAM直接進行氣浮，可分離壓濾液中部分的毛發、檳榔殼絲等纖維物質，但對SS基本無去除。

2.2 藥劑篩選

將PAC粉末配置成7.5%溶液，PAM配置成1.5‰溶液進行試驗。調節PAC投加量為750 g/m3、PAM投加量為15 g/m3時，考察不同種類PAM對壓濾液SS的去除效率，結果如圖3所示。

圖3 不同種類PAM對出水SS的影響

由圖3可知，M603、M608陽離子絮凝劑以及B103、B166陰離子絮凝劑與PAC組合使用，處理壓濾液中的懸浮物均有一定效果。其中，M603陽離子絮凝劑（離子度25%）處理效果最好，SS去除率達到96.08%，其主要原因是污泥經厭氧消化處理后，消化液中SS以負電荷為主，導致陽離子絮凝劑效果優于陰離子絮凝劑。

對進出水的COD、氨氮、總磷進行檢測，其檢測指標如表2所示。

表2 壓濾液各項指標去除效果

由表2可知，混凝氣浮對氨氮去除率為10.37%、化學需氧量為2.43%、總磷為28.91%，去除效率相對較低，主要原因在于混凝氣浮對SS和不溶解性SS去除效率較高，對氨氮、溶解性COD去除效率較低[5]。同時，水體中總磷濃度較低，導致總磷去除率較低。本工程試驗主要目的在于去除壓濾液中SS，其余污染物去除在此不做主要考慮。

2.3 進水水質對SS去除效率的影響

壓濾液SS為1 000～2 500mg/L，當板框機濾板、濾布破損時，壓濾液SS波動較大，根據長時間運行觀測發現：進水SS波動較大時，氣浮去除效率下降，出水水質變差，具體情況如圖4所示。

圖4 壓濾液SS含量對出水效果的影響

由圖4分析可知，出現該問題的原因主要有：一是大粒徑污泥顆粒進入壓濾液，因其密度大，污泥顆粒在氣浮裝置中難以上浮排出，易混入氣浮出水；二是運行人員未及時調整藥劑投加量配比，造成雜質形成絮體較小或是未全部形成絮體，導致SS去除率下降，出水SS升高。因此，在生產運行過程中，人們需加強脫水段工藝及設備管控，確保壓濾液水質穩定，發現水質惡化，尤其出現濾板濾布破損失時，及時停機更換濾布。同時，氣浮運行人員須按照要求定期進行混凝小試，確定適合水質的絮凝劑配比。

2.4 運行成本分析

氣浮系統連續運行時藥劑成本如表3所示。

表3 氣浮系統連續三個月藥劑成本

氣浮系統運行成本主要包括藥劑費用、電耗及人工成本，根據連續三個月的運行藥耗、電耗及人工成本分析：PAM平均消耗量為15.08 g/m3，PAC消耗量為749.33 g/m3，與實驗室小試藥劑投加量基本一致，按照現行藥劑價格統計出藥耗成本為1.72元/m3；氣浮裝置每天處理1 000 m3壓濾液計算，電力成本約0.5元/m3，人工費用約0.5元/m3（四班三倒運行），綜合藥劑成本，噸壓濾液運行費用約為2.72元。

3 結語

采用混凝氣浮可有效去除高溫厭氧消化污泥脫水壓濾液中的SS，當壓濾液SS含量相對穩定時，使用陽離子PAM（離子度25%）和PAC組合處理壓濾液，氣浮出水效果較好，壓濾液SS去除率可達到90%，出水SS在500 mg/L以內。絮凝劑最優復配參數為：PAC（質量分數7.5%）為750 g/m3，PAM（質量分數1.5‰）為15 g/m3。當板框機出現破板、破布等工藝異常，造成壓濾液SS驟升時，氣浮裝置去除率下降，需要進行工藝控制：將工藝異常產生的壓濾液直接回流至前端再次壓濾，可以有效保證氣浮裝置運行穩定。采用混凝氣浮處理壓濾液，運行成本為2.72元/t壓濾液，藥劑成本占比最大，為1.72元/t壓濾液。

1 鄭 毅，丁日堂，李 峰，等.國內外混凝機理研究及混凝劑的開發現狀[J].中國給水排水，2007，23（10）：14-17.

2 張自杰.排水工程（下冊）[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

3 唐善法，劉 芬.氣浮技術處理聚合物驅含油污水研究[J].石油天然氣學報，2006，28（4）：131-133.

4 李都望，詹 健，黃曉東，等.氣浮技術控制影響因素的探討[J].江西科學，2006，24（1）：47-50.

5 王廣豐，熊永超，孟凡英，等.原水流態對氣浮凈水固液分離效率的影響[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2008，27（2）：269-271.

6 李 松，單勝道，陳英旭，等.混凝氣浮法處理造紙廢水回用工程[J].水處理技術，2008，34（11）：88-91.