四種污泥脫水劑對(duì)泥餅焚燒的影響試驗(yàn)

周 穎

(江蘇綠威環(huán)保科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215000)

隨著生活水平的提高，城市污水的產(chǎn)量日益增多，污泥的產(chǎn)量也隨之增大。污泥焚燒技術(shù)具有處理速度快、減量化程度高、能源可再利用等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)相對(duì)于機(jī)械脫水對(duì)污泥的減量率達(dá)到了90%以上，且穩(wěn)定了污泥中的有害物質(zhì)，是污泥處置最徹底的方式[3-4]。污泥成分復(fù)雜，含有大量有機(jī)物，水分的含量超過半數(shù)，因此將污泥進(jìn)行脫水是污泥焚燒利用的重要前提步驟。污泥脫水后再進(jìn)行焚燒一方面減少污泥焚燒所需的輔助燃料，另一方面減少了污泥焚燒的時(shí)間，大大降低污泥焚燒處置成本[5]。

污泥焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體(SO2、HCl、HF)、重金屬、二惡英等，對(duì)環(huán)境、人體健康造成一定影響。酸性氣體雖然作為焚燒主要污染物之一，但是人們對(duì)其關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重金屬及二惡英[6]。隨著污泥焚燒單位廢氣排放的要求越來越嚴(yán)格，對(duì)其接收的脫水污泥要求也越來越嚴(yán)格，特別是硫、氯，因此就需對(duì)污泥脫水過程進(jìn)行綜合考慮。硫酸鋁(AS)、聚合氯化鋁(PAC)、氯化鐵(FeCl3)對(duì)于污泥壓濾脫水已有研究[7-10]，而聚合硅酸鋁鐵(PSAF)的研究較少。本研究針對(duì)污泥壓濾脫水+焚燒工藝，從含水率、硫含量、氯含量、脫水成本等指標(biāo)對(duì)四種藥劑進(jìn)行比較分析，找出較適合的污泥處理藥劑，為污泥脫水處理項(xiàng)目提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1 材料

1.1 實(shí)驗(yàn)污泥

實(shí)驗(yàn)所用的污泥取自上海市某污水處理廠二沉池污泥，取回后立即放入4℃冰箱中儲(chǔ)存。實(shí)驗(yàn)污泥的基本性質(zhì)如表1所示。

表1 污泥基本性質(zhì)

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 污泥CST測(cè)定

稱取100g污泥樣品，按表2設(shè)計(jì)的濃度分別加入藥劑AS、PAC、FeCl3、PSAF，然后測(cè)定加藥劑后污泥CST的變化。每種濃度下污泥CST值測(cè)定三次后取平均值。

表2 污泥CST試驗(yàn)藥劑濃度設(shè)置

2.2 污泥脫水

稱取1600 g污泥樣品，按順序加入藥劑(AS、PAC、FeCl3、PSAF)、石灰和絮凝劑。四種藥劑按照表3設(shè)置的濃度分別加入，石灰和絮凝劑的濃度保持不變。前兩種藥劑加入后攪拌反應(yīng)10 min，調(diào)理好的污泥樣品進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室小型壓濾設(shè)備進(jìn)行壓濾實(shí)驗(yàn)。壓濾試驗(yàn)設(shè)計(jì)平行試驗(yàn)，得到泥餅含水率取平均值。

表3 污泥脫水實(shí)驗(yàn)藥劑濃度設(shè)置

2.3 污泥指標(biāo)測(cè)定

CST的測(cè)定: 取10 mL待測(cè)污泥，采用毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)試儀(TYPE 304M 型)測(cè)定CST。泥餅含水率的測(cè)定：將壓濾得到泥餅中間部分制樣，采用 CJ/T 221-2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》測(cè)定含水率。硫含量的測(cè)定：壓濾得到的泥餅進(jìn)行烘干處理，采用GB/T 214-2007《煤中全硫的測(cè)定方法》測(cè)定硫含量。氯含量的測(cè)定：壓濾過程中的出水采用CJ/T 51-2018《城鎮(zhèn)污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》測(cè)定pH和氯含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 藥劑對(duì)污泥CST的影響

通過單獨(dú)加入AS、PAC、FeCl3、PSAF四種藥劑，按污泥干基百分比來改變藥劑加量，得到污泥CST變化曲線，如圖1所示，可以看出，四種藥劑加入后污泥CST值發(fā)生明顯降低，由83.1降低到40以下。CST值能測(cè)試污泥中自由水分的滲透能力。四種藥劑加入后，通過電中和作用破壞了污泥絮體結(jié)構(gòu)，使得污泥中束縛水轉(zhuǎn)換為自由水，改善了污泥脫水性能[11-12]。當(dāng)CST值降低到某一值后，再多加藥劑CST值又會(huì)升高。研究表明CST值是污泥脫水性能的重要指標(biāo)，其值大小主要受含固率的影響[13]，因此當(dāng)CST值降低到某一值后，再增加藥劑并不能對(duì)污泥脫水性能產(chǎn)生正的影響，反而會(huì)由于污泥含固率的升高而使得CST值增加。

圖1 四種藥劑加量對(duì)污泥CST的影響

四種藥劑加入后，污泥CST值都有一個(gè)最低值，對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳藥劑加量。AS最佳藥劑加量為15%污泥干基，此時(shí)污泥CST值為27.0；PAC最佳藥劑加量為50%污泥干基，此時(shí)污泥CST值為20.0；FeCl3最佳藥劑加量為15%污泥干基，此時(shí)污泥CST值為28.9；PSAF最佳藥劑加量為15%污泥干基，此時(shí)污泥CST值為20.0。從CST值來看，PAC和PSAF調(diào)理后污泥CST值最低，對(duì)污泥的脫水效果最好，后續(xù)污泥脫水實(shí)驗(yàn)參照最佳藥劑加量來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2 藥劑對(duì)泥餅焚燒的影響

污泥不論是摻燒還是獨(dú)立焚燒，污泥占比、含水率、污泥特性等對(duì)燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定性、鍋爐效率、煙氣處理系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生影響。研究表明污泥摻燒含水率要小于60%，污泥加入后隨著摻入比例的增加，SO2、NOx、HCl和HF的排放濃度均有所增加[14]。因此本研究主要從泥餅含水率、泥餅硫含量、壓濾水氯含量三個(gè)方面來考慮污泥焚燒，且本研究小型壓濾機(jī)泥餅含水率為75%左右時(shí)，大型板框壓濾機(jī)泥餅含水率可達(dá)到60%左右。

3.2.1 對(duì)泥餅含水率的影響

改變四種藥劑加量，同時(shí)石灰與絮凝劑加量保持定值，壓濾脫水后的泥餅含水率變化如圖2所示。AS、PAC和PSAF在實(shí)驗(yàn)的藥劑加量范圍內(nèi)，隨著藥劑加量的增加，泥餅含水率逐漸降低，均能降到75%以下，滿足泥餅含水率的要求；而FeCl3在15%～45%藥劑加量范圍內(nèi)，泥餅含水率在20%藥劑加量時(shí)最低，為77.71%，達(dá)不到泥餅含水率的要求，而減少或增加藥劑加量泥餅含水率都會(huì)升高。研究表明，石灰與FeCl3存在互補(bǔ)協(xié)同作用，需要增加石灰用量來降低泥餅含水率[15]，石灰含量高也會(huì)影響泥餅熱值，不利于焚燒處理。AS、PAC、PSAF泥餅含水率滿足要求時(shí)，對(duì)應(yīng)藥劑加量分別為≥20%、>55%、≥10%。

圖2 藥劑加量對(duì)泥餅含水率的影響

3.2.2 對(duì)泥餅硫含量的影響

對(duì)四種藥劑脫水得到泥餅硫含量進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如圖3所示。四種藥劑中，PAC、FeCl3、PSAF均未增加泥餅硫含量，而AS調(diào)理壓濾后泥餅硫含量升高，且隨著AS藥劑加量的增加泥餅硫含量也隨之增加。分析是AS藥劑中含有硫，加石灰和PAM調(diào)理壓濾后可能形成不溶物殘留在泥餅當(dāng)中。泥餅焚燒隨著入爐硫含量的增加，煙氣中二氧化硫濃度和脫硫運(yùn)行費(fèi)用也隨之增加[16]，產(chǎn)生的飛灰量也增多，因此采用AS脫水后的泥餅會(huì)對(duì)焚燒產(chǎn)生不利影響，具體的影響程度與藥劑添加量、其他混合調(diào)理藥劑種類、污泥摻燒比例等因素有關(guān)。

圖3 藥劑加量對(duì)泥餅硫含量的影響

3.2.3 對(duì)壓濾水氯含量的影響

為了方便污泥運(yùn)輸，污泥脫水處置單元通常建在污水廠內(nèi)部，污泥壓濾過程產(chǎn)生的廢水也是不經(jīng)處理直接排入污水廠的。經(jīng)過四種藥劑處理后，污泥壓濾出水的氯含量分析見圖4。AS藥劑相較于其他三種藥劑，壓濾出水中氯離子含量要低很多，因?yàn)樗巹┲胁缓取Ｂ入x子是易溶于水的離子，很容易從泥餅中隨著壓濾出水而跑出，從而增加水中氯離子含量。FeCl3在藥劑加量20%時(shí)，氯離子含量為2713 mg/L，但當(dāng)加量達(dá)到45%時(shí)，氯離子含量達(dá)到5058 mg/L。研究表明，廢水中氯離子濃度大于2000 mg/L時(shí)，微生物的活性將受到抑制；大于5000 mg/L時(shí)，基本就沒有微生物[17]。AS、PSAF在藥劑加量分別為20%、10%時(shí)，壓濾出水氯離子含量分別為430 mg/L、1353 mg/L，對(duì)水中微生物的影響不大，因此得到泥餅含水率較低時(shí)，對(duì)應(yīng)藥劑加量也不能太高。

圖4 藥劑加量對(duì)壓濾水氯含量的影響

3.3 藥劑對(duì)污泥脫水運(yùn)行成本比較

在以上研究的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算噸污泥脫水處置的藥劑成本(以泥餅含水率60%來折算)。AS在藥劑加量20%時(shí)的處理成本約為144元/噸，PAC在藥劑加量55%時(shí)的處理成本約為167元/噸，F(xiàn)eCl3在藥劑加量20%時(shí)的處理成本約為64元/噸，PSAF在藥劑加量10%時(shí)的處理成本約為88元/噸。綜合考慮泥餅含水率、泥餅硫含量、處理污泥的噸藥劑成本因素，得出PSAF是較合適的污泥脫水藥劑，得到的泥餅適合焚燒處理。

4 結(jié)論

本研究選用的四種藥劑，對(duì)于污泥脫水的影響，F(xiàn)eCl3脫水效果最差，其他三種在實(shí)驗(yàn)的藥劑加量范圍內(nèi)效果差不多。采用AS藥劑的泥餅硫含量升高，藥劑中的硫在調(diào)理壓濾后，形成不溶物殘留在泥餅當(dāng)中，會(huì)對(duì)污泥焚燒產(chǎn)生不利影響，具體的影響程度與藥劑添加量、其他混合調(diào)理藥劑種類、污泥摻燒比例等因素有關(guān)。本研究選用的四種藥劑，綜合考慮泥餅含水率、泥餅硫含量、處理污泥的噸藥劑成本因素，PSAF是較合適的污泥脫水藥劑，得到的泥餅適合焚燒處理。