污泥調質和隔膜板框深度脫水工藝

摘 要：污泥調質深度脫水工藝是一種純機械式的脫水工藝。該工藝的關鍵技術在于前期對污泥進行物理和化學調質，提高污泥的脫水性能。本文以上海松江西部水環境凈化有限公司污泥深度脫水工程為例，對污泥調質+板框壓濾脫水技術進行闡述，從實際臨時應急工程運行及施工中累計經驗，并運用到在建項目，提出相應的污泥調質+板框壓濾脫水工藝，為類似工程提供參考。污泥調質的性能參數-污泥比阻。

關鍵詞：污泥脫水；污泥調質；污泥比阻；多元調質深度脫水工藝

Sludge conditioning and deep dewatering of diaphragm frames

Sun Jinfeng

Shanghai Songjiang Jiangxi Water Purification Co.， Ltd.

Abstract： The sludge dewatering depth dewatering process is a purely mechanical dewatering process. The key technology of this process is to physically and chemically modify the sludge and improve the dewatering performance of the sludge. In this paper， the sludge deep dewatering project of the Songjiang West Water Environment Purification Co.， Ltd. is taken as an example to illustrate the sludge conditioning and plate and frame filter dewatering technology. The accumulated experience from the actual temporary emergency project operation and construction is applied to the construction. Project， put forward the corresponding sludge conditioning + plate and frame filtration dewatering process， to provide a reference for similar projects. Sludge conditioning performance parameters - sludge specific resistance.

Key words： sludge dewatering； sludge conditioning； sludge specific resistance；

污泥深度脫水目的是把污泥的含水率降到60%以下，使它的低位熱值直接滿足鍋爐焚燒和填埋的要求。目前市場上出現很多污泥深度脫水工藝，有蒸汽干化、煙氣干化、厭氧發酵、螺旋壓榨、自然風化等。不同工藝成本盡不相同。本文的污泥調質深度脫水工藝是一種純機械式的脫水工藝，成本相對其它工藝要低，環境效益明顯。

近年來 ，隨著國家的發展人民生活水平的提高，國家對環境污染和水污染問題重視程度日益提高，我國污水處理工程建設進人快速發展階段。隨著污水廠污水處理能力的不斷提高，相應產生污泥的量逐年增加，對污泥的妥善處置關注度不斷提高。根據國家相關部門出臺GB/T 23485-2009《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》，要求填埋場混合填埋污泥含水率≤60%。而現如今我國使用最傳統最廣泛的是離心機和帶式機進行污泥脫水，但他們產生的泥餅含水率一般只能達到80%左右，因此，需采取深度脫水工藝進行污泥處理，力求降低泥餅含水率。通過本公司臨時應急工程污泥調理+板框壓濾脫水后，泥餅含水率可達60%以下。本文結合上海松江西部水環境凈化有限公司污泥深度脫水工程的建設實踐，介紹其污泥深度脫水工藝設計方案，并對常規的污泥調理設計方法進行優化。

1、上海松江西部水環境凈化有限公司污水處理概述

上海松江西部水環境凈化有限公司污水處理設計規模為10萬m3/d，日產出污泥為 20tDS/d。原泥含水率為 98%，日產原泥量為 1000m3/d。污水處理工藝流程見下圖：

污泥深度脫水的目的是為了脫去污泥中的水分，而污泥與水分子的結合有三種形態：

①.自由態的水：可經重力沉淀和機械脫水去除。

②.物理性結合水：須更多能量去除，包括毛細管/間隙水，膠態/表面吸附水。

③.化學性結合水：只有打破化學健才能去除，被稱為“平衡水”，包括細胞內的水和分子水。

為了改善污泥的脫水性能，必須對污泥進行前期的處理，即我們所說的“污泥調質”。 在污泥脫水前把污泥進行調質，改變污泥粒子的物化性質，破壞其膠體結構，降低其與水的親和力，從而改善污泥的脫水性能。衡量污泥脫水性能指標：脫水性能系指污泥脫水的難易程度。不同種類的污泥，其脫水性能不同；即使同一種類的污泥，其脫水性能也因廠而異。目前衡量污泥脫水性能的指標主要有二個，一個是污泥的比阻（R），另一個是污泥的毛細吸水時間（CST）。我們所用的檢測手段是測量是污泥的比阻（R）。

本項目污泥采用多元調質深度脫水工藝，其基本原理是首先對來料濕污泥進行物理調質和化學調質，去除更多的游離態的水，同時降低污泥中結合水（毛細水）存在的比例，使污泥比阻下降到1.5×1011m/kg，滿足后續的脫水指標。再通過改良后的污泥脫水設備進行脫水，從而使污泥的含水率降低到50%以下，可以直接用于焚燒處置。

根據本污水廠污泥性質及臨時應急工程實際運行情況，設計采用調理劑調理+板框壓濾脫水工藝進行污泥處理，其工業流程見下圖：

2.污泥調質工藝特點：

目前，較常用的污泥調理劑有PAM、三氯化鐵、聚鐵、石灰、生物質等。結合臨時應急工程污泥調試摸索的結果，考慮現污泥均采用焚燒或填埋處理，添加石灰影響污泥熱值且運行環境較差；添加三氯化鐵氯離子對焚燒爐腐蝕比較嚴重，易產生二噁英污染大氣。

以下是對投加不同的調理劑對污泥CST和比阻影響的實驗數據。原始污泥來源是松江西部水環境凈化有限公司儲泥池的污泥。

2.1加入生物質

加入生物質（工業廢角料）可降低污泥壓縮性系數，污泥壓縮性系數高的污泥在過濾壓力下，泥餅會變形，導致毛細管管徑縮小，水分不易通過，物理性結合水就難以去除。向污泥中投加生物質（無機物質）后，由于物質本身外形的不規則性和不同的抗壓性等原因降低了污泥比阻，改善了污泥脫水性能。這些物資在泥餅形成過程中如同泥餅的骨架，在增加污泥脫水性能的同時，也增加泥餅的硬度，使泥餅易于從濾布上剝落。

2.2加入石灰

2.2.1石灰的調質原理：

將污泥與細石灰均勻混合，石灰與污泥中所含的水分發生如下反應：

CaO+H2O->Ca（OH）2+熱量Ca（OH）2+CO2->CaCO3+H2O+熱量

由以上的反應式可以知道：

（1）由于反應生成堿性物質Ca（OH）2的作用致使污泥中的pH值增高，使污泥的膠質粘性鏈斷裂分解。穩定污泥的性質同時起到殺菌的作用，從而使菌體分解，實現脫水。

（2）由于反應放熱導致污泥溫度升高，可以蒸發部分的水分。

（3）反應生成物中結合了部分游離水，同時由于放熱反應，一部分游離的水被蒸發。

（4）改變污泥性質：由于清園污水廠的污泥和外來污泥前期混凝沉淀都用了鋁鹽混凝劑，污泥中含有大量的鋁成分。污泥和石灰反應后，污泥由鋁粘土變成了鈣粘土，污泥中鈣—粘土粒子容易相互聚合成團粒，生成聚合狀土團粒（3CaO？Al2O3？3CaSO4？32H2O），這些聚合狀土團粒呈堅固的針狀，在板框中易于脫水。在污泥中加入一定量的CaO后，使污泥結構發生了變化，大幅度降低了污泥比阻，改善了脫水性能。

（5）通過反應生成堿性物質Ca（OH）2致使污泥中的pH值增高，一方面起到了殺菌無害化作用，降低糞大腸菌群個數。另一方面，由于pH值升高，混凝沉淀污泥中含有大量的Al（OH）3 ，利用其酸堿兩性，加入石灰生成Ca（OH）2使其溶解，減少了結合水。

2.3加入有機絮凝劑（PAM）對污泥進行化學調質降低污泥比阻

本項目采用陽離子型聚丙烯酰胺，投加量視污泥比阻值適時調整。其作用機理包括兩個方面：一是其分子上帶的正電荷的能中和污泥膠體顆粒所帶的負電荷，使之脫穩；二是利用其高分子的長鏈條作用把許多細小污泥顆粒吸附并 纏結在一起，結成較大的顆粒。前一作用稱為壓縮雙電層，后一作用稱為吸附架橋。

加入10%生物質、0.1%PAM和不同量的石灰對“污泥比阻”的關系（曲線比較）

原始污泥的含固率：10.57% ，投加石灰0%，5%，10%，20%的數據：

3. 污泥調質工藝對比說明：

污泥調質是污泥脫水的重要組成部分，調質的成功與否直接影響著污泥的脫水效果，污泥調質的作用是在化學藥劑的作用下，改變污泥顆粒在水中的膠體狀態，通過混凝劑電荷中和、吸附架橋和卷掃等作用，使污泥由小顆粒凝聚成大顆粒，排出污泥膠體包裹的自由水和部分結合水，改變污泥的脫水性能，為后續的過濾做好準備。

3.1 生石灰+FeCl3調理工藝

在生石灰+FeCl3調理工藝中，生石灰可提高pH值，促進混凝劑水解，加強混凝劑（FeCl3）的混凝作用；生石灰中鈣離子與污泥中的腐植酸可形成多網格的骨架結構，使泥餅在擠壓過程中仍保持良好的透水性，增強污泥的脫水效果。鈣離子同時具有破壞細胞壁和酶的作用，促使細胞水得以釋放，同時達到殺菌的作用。因此，生石灰的投加可以有效降低污泥比阻，提高污泥機械脫水性能。

生石灰+ FeCl3調理工藝中，每噸絕干污泥生石灰投加量約300kg，因此，實際最終產出干污泥比處理前增量約30%。有悖于污泥處理處置中污泥減量的原則。同時調質過程用到的生石灰為250目以下粉劑及其容易吸水受潮，在運輸、投加過程中極其容易造成粉塵污染、管道阻塞等次生危害。對于后續污泥處置方面，因調質過程中投加了大量Ca以及Cl成分，如果污泥最終處置以焚燒為方向，Ca的大量存在將導致爐灰大量增加，Cl在高溫燃燒過程中產生的有害酸性氣體將對鍋爐產生腐蝕，不利于設備運行安全。因此經過該工藝處理的污泥后續只能用于填埋處置，而且增加了干污泥的外運的運輸成本。生石灰+FeCl3工藝在現在大部分新建污泥深度脫水設施中都不采用，是一種落后的淘汰的工藝技術。

3.2 陽離子PAM+聚鐵鹽工藝

陽離子PAM+聚鐵鹽工藝中，有機高分子絮凝劑的優點在于它較無機高分子絮凝劑具有分子質量高、產品穩定性好，及吸附架橋能力強、具有多個官能團、絮凝效果好、適用范圍廣、投藥量少、產生的污泥量少、形成的絮體過濾性好等優點，因而得到越來越廣泛的應用。陽離子型的PAM可通過吸附電中和及吸附架橋兩種作用使帶負電荷的膠體顆粒和其他污染物質脫穩而得到去除，具有良好的除濁、脫色等功能，本方案采用的PAM乳液母液具有純度高，可溶性好，分散快等特點，特別適市政污泥脫水處理。

陽離子PAM+聚鐵鹽工藝中噸絕干污泥投加藥劑比例為8‰，投加量少，污泥脫水過程中不會產生污泥增量的問題。因為藥劑母液為桶裝液體，運輸、稀釋制備、投加過程中不會產生粉塵等次生污染，也不會造成管路阻塞、結垢等故障。能夠有效降低設備設施的維護成本。工藝中用到的聚鐵鹽因為不含有對于Cl等可能會對爐膛產生危害的成分，因而脫水污泥后續可以用來進行焚燒處理。經過本工藝處理的干污泥對于后續污泥處置，無論是填埋或者焚燒都不會產生影響，而且由于污泥不會產生增量，運輸成本也得到極大的降低。因此陽離子PAM+聚鐵鹽工藝是一種現行相對經濟有效的污泥調理處理方案。

3.3 數據分析案例

2013年12月，上海環境衛生工程設計院環境監測中心對松江水務的污水廠的常規深度脫水污泥和藥劑替換后的試驗樣品分別取樣進行了元素分析和熱值分析，具體檢測結果如下。

根據上表檢測數據可知，由于常規深度脫水時添加了石灰和FeCl3，因此，元素分析中Cl的含量相對較高，干基高位熱值為8856kj/kg，較為添加藥劑的常規污泥熱值11500 kj/kg偏低。而采用其他藥劑的深度脫水污泥Ca、Cl的含量較常規藥劑有所下降，干基高位熱值略有提高，但仍低于常規未添加過藥劑的污泥的熱值。

根據CJ/T313-2009，不同含水率下熱值計算公式，可以得出不同含水率情況下污泥低位熱值，如表2-7所示：

根據上表所示數據，常規深度脫水污泥含水率60%，熱值436kcal/kg左右，若直接進行焚燒不能自持焚燒且增加后序煙氣處理難度。本工程污泥經蒸汽干化至含水率≤40%熱值在1000kcal/kg左右，從焚燒經濟性和工藝可行性方面考慮性價比是比較高的。

通過實驗室的小試和中試數據及生產應用效果分析，綜合考慮各方因素本項目選擇投加PAM+聚合硫酸鐵作為污泥調質工藝。此調質工藝無論在成本和環境效益方面有很大優勢，值的大力推廣。同時給難處理的生物污泥的處置提供了很好的解決方案。該工藝還為污泥的減量化、穩定化、無害化、資源化處置提供了技術保障。

4、調試運行

污泥脫水的難易，除與水份在污泥中的存在形式有關外，還與污泥顆粒的大小，污泥比阻和有機物含量有關，污泥顆粒越細、有機物含量越高、污泥比阻越大，其脫水的難度就越大，調理劑用量越大。

通過不同藥劑投加量調試試運行尋找最適合調理劑用量，其效果見下圖所示1（鐵鹽、PAM用量均為投加絕干比例），通過圖1尋找到大概調理劑用量鐵鹽最佳投加量絕干比為29%，PAM乳液最佳投加量絕干比為5‰。

在圖1調理劑用量基礎上尋找最佳調理劑投加量。選擇PAM投加量為污泥絕干量的5‰，鐵鹽投加量逐步提高，得出最佳鐵鹽投加量為污泥絕干量的30%，調試效果見圖2。

在圖2調理劑用量基礎上尋找最佳調理劑投加量。選擇鐵鹽投加量為污泥絕干量的30%，PAM投加量逐步提高，得出最佳鐵鹽投加量為污泥絕干量的5‰，調試效果見圖3。

通過調試試運行，通過本工藝進行本公司污泥進行深度脫水，生產泥餅均能保證含水率≤60%，符合國家填滿及焚燒相關要求。

5、結論

污泥調質+板框機深度脫水技術適用于市政污泥進行深度脫水，在污泥性質類似項目均可考慮該工藝進行污泥的深度，但需對調理劑、投加量及投加時間和順序進行相應的調整。

參考文獻：

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[3]上海市松江區污水處理系統及污泥處理處置專業規劃（在編）. 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，

[4]上海松江西部水環境凈化有限公司污泥脫水系統改造工程 設計施工圖. 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，2012

作者簡介：

孫金鳳，女，籍貫：上海，上海松江西部水環境凈化有限公司，項目辦副主任，大學，污水處理。