粘膠纖維生產中生化污泥處理工藝的優化

馬新俊，謝 峰，謝民楊，龔永江，秦 剛

(新疆中泰紡織集團庫爾勒纖維公司，新疆 庫爾勒 841000)

粘膠纖維是以天然高分子纖維素為原料，經過一系列物理化學反應過程，形成的一種再生纖維素纖維。目前，我國粘膠纖維產業正處于結構調整和轉型升級階段，產業結構逐步趨向于規模化、集團化，2019年我國粘膠纖維產量已經達到4 000 kt以上，生產的品種多數以普通粘膠短纖維為主[1-2]。然而粘膠纖維生產過程中會產生硫酸鋅、酸堿廢液、廢粘膠、廢絲等，產生的廢水成分復雜，因此生產中后續的廢水及污泥處理對粘膠纖維產業的可持續發展具有重要意義。目前，發達國家粘膠短纖維企業通過產能轉移、高成本治理、綠色紡絲工藝技術開發與應用等已基本解決行業污染問題，而國內企業還處于用后治理階段，距離“三廢”徹底治理還有相當長的路要走[3]。

新疆中泰紡織集團庫爾勒纖維公司在粘膠纖維生產中采用物化/生化/深度處理三級處理工藝處理廢水，廢水中所含鋅離子、懸浮物、廢絲、生化細菌代謝物及投加電石渣經排泥系統最終進入板框壓榨，形成濾餅送至電廠焚燒[4]。采用該處理工藝處理生化污泥的過程中，存在壓榨過程有異味且易黏板、壓榨時間長、藥劑成本高、濾餅含水率高、pH值偏低造成設備腐蝕等問題，嚴重影響了生產的平穩運行及生產成本。因此，作者結合生產現狀，對粘膠纖維生產過程中生化污泥的處理工藝進行優化，重點對生化污泥處理中進料方式進行優化，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進料、壓榨脫水，探討了進料方式的改變對進料pH值、藥劑加入量、壓榨時間以及濾餅含水率的影響；工藝優化后解決了黏板問題，降低了藥劑成本，濾餅含水率下降，提高了生化污泥處理效率，同時還達到了低排放、低能耗、低污染的目標，具有較好的環保效益。

1 試驗

1.1 原料

生化污泥和物化污泥：均來自新疆中泰紡織集團庫爾勒纖維公司污水處理系統濃縮池；藥劑：聚合硫酸鐵，化學純，三豐集團產。

1.2 設備及儀器

XMZGFQ1000/2000-U 廂式隔膜壓濾機：景津壓濾機集團有限公司制；101型電熱鼓風干燥箱：北京市永光明醫療儀器廠制；AL204型電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司制；PHS-3C pH計：上海精密科學儀器有限公司制。

1.3 生化污泥處理工藝及優化

1.3.1 污水處理工藝

粘膠纖維生產過程中產生的含鋅、氨氮、硫化物、懸浮物、廢絲等酸、堿廢水分別經酸池、堿池按比例進入吹脫池進行曝氣，后經中和池投加電石渣乳液(電石-乙炔工藝固廢)調節pH值，進入一級沉淀池初沉淀，上清液靠位差自動流入生化系統，沉淀污泥在濃縮池沉降后送至板框壓榨。生化系統利用生化活性污泥降解廢水中有機物和部分還原性物質，達到降低廢水的化學耗氧量(COD)及色度的目的。部分懸浮物及微生物代謝產物沉降后排至回流池，惰性污泥經污泥泵提升至濃縮池沉淀，沉淀分離后上清液經回流池返回生化系統前端，濃縮污泥泵入板框壓榨。生化出水在二沉池經自然泥水分離，達標水進入總排排放，未達標水至深度處理芬頓系統進一步降低COD、色度，達標后至總排排放。污水處理系統工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Sewage treatment process

1.3.2 壓榨脫水處理工藝

生化污泥中存在大量的蛋白質、多糖、核酸及腐殖質構成的胞外聚合物，具有極強的水分結合能力[5]，污泥經板框機械脫水后，含水率仍高達80%，無法滿足電廠焚燒要求(要求濾餅含水率在60%以下)。因此，經過板框機械脫水后的污泥還進行壓榨脫水處理，工藝流程見圖2，通過投加聚合硫酸鐵對污泥進行壓榨脫水處理，當污泥比重(濕污泥質量與同體積的水質量之比)控制在1.02～1.03，脫水處理效果最佳，濾餅含水率降至50%以下。但投加聚合硫酸鐵可致生化污泥pH值降至5以下，會嚴重腐蝕輸泥管及渣漿泵，且投藥成本過高。因此，擬通過改變生化污泥進料方式，探索更低耗更環保的處理方法。

圖2 污泥壓榨脫水處理工藝流程Fig.2 Sludge squeezing and dewatering process

1.3.3 進料方式優化試驗

改變進料方式，采用壓濾機對生化污泥進行壓榨脫水處理試驗。優化前，采用生化泥污泥/藥劑進料方式；優化后，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進料方式。物化污泥是指廢水中的懸浮物、氫氧化鋅及中和池投加的電石渣乳液在一級沉淀池沉淀后形成的污泥，物化泥脫水效果好，易成型。

生化污泥/藥劑進料方式(優化前)：生化污泥在濃縮池沉降3 h后經泵入板框攪拌池，投加聚合硫酸鐵控制污泥比重在1.02～1.03，進行10次壓榨脫水處理，記錄每次藥劑加入量及壓榨時間，測試進料污泥pH值、濾餅含水率。

物化污泥/生化污泥混合進料方式(優化后)：生化污泥在濃縮池沉降1 h后經泵入板框攪拌池，待物化污泥充滿濾室、進料壓力至0.4 MPa、進料流量降至80 m3/h時，再進生化污泥混合，物化污泥/生化污泥混合質量比為50/50，進行10次壓榨脫水處理，記錄每次藥劑加入量及壓榨時間，測試進料污泥pH值、濾餅含水率。

1.4 分析方法

進料污泥含水率：稱取污泥約20 g,污泥脫水后放入(105±2)℃的烘箱中干燥2 h，取出放入干燥箱中冷卻至室溫，稱重，反復多次，直至恒重，根據進料污泥脫水、烘干前后的質量差計算進料污泥含水率。

濾餅含水率：稱取濾餅試樣5 g左右于恒重的稱量瓶中,放入溫度為(105±2)℃的烘箱中干燥2 h，取出稱量瓶置于干燥器中，冷卻、稱量，直至干燥至恒重，根據濾餅干燥前后的質量差計算濾餅含水率。

進料污泥pH值：在測定進料污泥pH值前，將蒸餾水清洗后的電極放入pH值分別為4.00，6.86，9.18的標定液中進行儀器標定，標定后再測定進料污泥pH值。

2 結果與討論

2.1 進料方式優化前后進料污泥pH值對比

由表1可知：進料方式優化前，因藥劑聚合硫酸鐵屬于弱酸性聚合物，隨酸性藥劑的加入，進料生化污泥整體酸性加強，進料生化污泥pH值較低，且pH值波動較大，最低時pH值降至2.27，易導致輸泥管及渣漿泵嚴重腐蝕；進料方式優化后，進料污泥pH值保持在7～9，且波動較小，管線及設備的酸腐蝕程度降低。這是因為采用物化污泥/生化污泥混合進料，達到一定的污泥比重所需的酸性藥劑加入量大幅降低，因而進料污泥酸性降低。

表1 進料方式優化前后進料污泥pH值Tab.1 pH value of feed sludge before and after feeding mode optimization

2.2 進料方式優化前后藥劑加入量及壓榨時間對比

由表2可知：進料方式優化前，為保證污泥比重達1.02～1.03，藥劑聚合硫酸鐵加入量較大，最高達2 125 kg/d；進料方式優化后，藥劑聚合硫酸鐵加入量降低為0～125 kg/d，這是因為采用物化污泥/生化污泥混合進料，鈣含量高的物化污泥充滿濾室，無需刻意提高生化污泥固化比，藥劑聚合硫酸鐵加入量可相應減少；進料方式優化前壓榨時間控制在3 500～4 500 s，可達到濾餅含水率指標(要求濾餅含水率在60%以下)，而進料方式優化后壓榨時間控制在500～800 s即可達到濾餅含水率指標，大幅提高了板框工作效率，這是因為物化污泥中的水多為游離態水，生化污泥中水多為結合水，物化泥附著于濾布表面，避免生化污泥污堵濾布孔，從而縮短壓榨時間。

表2 進料方式優化前后藥劑加入量及壓榨時間對比Tab.2 Comparison of chemicals dosage and squeezing time before and after feeding mode optimization

2.3 進料方式對濾餅含水率的影響

為保證試驗結果具有代表性，進料方式優化后，脫水試驗時縮短進料生化污泥在濃縮池的沉降時間為1 h(優化前為3 h)，以提高進料污泥的含水率。調整污泥進料方式對濾餅含水率的影響見表3。由表3可知：進料方式優化前，采用生化污泥/藥劑進料方式，進料生化污泥含水率為92.29%～96.15%，壓榨脫水處理得到的濾餅含水率為44.85%～47.44%；進料方式優化后，采用物化污泥/生化污泥混合進料，進料污泥含水率有所提高，為95.60%～97.30%，污泥壓榨脫水處理后，得到的濾餅含水率保持在39.82%～43.50%。進料方式優化后，濾餅含水率降低，這有利于濾餅后續的焚燒處理，同時進料過程中物化污泥充滿濾室過程中充分接觸濾布，避免生化污泥附著在濾布上，也解決了生化污泥黏板和污堵濾布孔的問題。

表3 進料方式優化前后進料污泥及濾餅的含水率Tab.3 Moisture content of sludge and filter cake before and after feeding mode optimization

2.4 環保效益

降低濾餅含水率可提高濾餅對發電的熱貢率，使焚燒系統運行穩定、節能。降低濾餅含水率還可減少電廠煙氣排量，降低電廠煙氣系統的磨損，同時還能減少對大氣的污染。

生化污泥揮發分較高，氣味刺鼻難聞，采用物化污泥/生化污泥混合進料，與物化污泥混合后可有效吸附揮發性氣體，降低大氣污染物濃度。

3 結論

a.在生化污泥壓榨脫水處理過程中，采用生化污泥/藥劑進料方式，進料污泥酸性大，pH值最低達2.27，藥劑聚合硫酸鐵加入量較大，最高達2 125 kg/d，壓榨時間為3 500～4 500 s，濾餅含水率為44.85%～47.44%；通過對處理工藝進行優化，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進料壓榨脫水處理工藝，物化污泥/生化污泥混合質量比為50/50，進料污泥pH值保持在7～9，藥劑聚合硫酸鐵加入量大幅降低，為0～125 kg/d，壓榨時間控制在500～800 s，濾餅含水率保持在39.82%～43.50%。

b.固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進料壓榨脫水處理工藝是一種較為理想的污泥處理工藝,可有效降低濾餅含水率，避免因大量加入酸性藥劑引起的管線設備的酸腐蝕，大幅降低投藥成本，提高壓濾機工作效率。