新型板框污泥脱水技术的应用

任延杰

(广州绿由工业弃置废物回收处理有限公司广州 511466)

新型板框污泥脱水技术的应用

任延杰

(广州绿由工业弃置废物回收处理有限公司广州 511466)

目前市政污水污泥脱水工艺种类繁多,本文结合工程实践,介绍了一种新型污泥脱水工艺,采用对污泥进行化学调理、机械脱水相结合的方法,将污泥的含水率从 95%～97%的一次性降到55%以下,成为固态。从而实现了源头控制污泥的含水量,为污泥的后续处理处置创造有利条件。

市政污泥;机械脱水;板框压滤机

我国现行的城市污水处理厂污泥出厂的排放标准是建设部 1993年发布的《城市污水处理厂污水污泥排放标准》(CJ3025—93)。该标准规定,经脱水处理后污泥含水率宜小于 80%。时隔 14年之后,2007年建设部发布的《城镇污水处理厂处置-混合填埋泥质标准》和 2008年环境保护部发布的《生活垃圾填埋污染物控制标准》(GB 16889—2008)中规定,生活污水处理厂污泥经处理后含水率小于 60%,可以进入生活垃圾填埋场填埋处置。这就是说,长期以来,如何有效地将污泥的含水率从 80%降低到 60%以下,成为制约着我国城市污水处理厂污泥处理的关键。这同时反映了当前我国的污泥脱水技术和工艺还停留在脱水后含水率在 80%的水平。

国内外已经得到商业化运作的污泥机械脱水工艺,如真空过滤脱水、带式压滤脱水、离心脱水和板框压滤机等机械脱水方式中,板框压滤机更适合于中国的污泥处理,而且这种脱水方式已在上世纪后半叶将污泥脱水达到含水率 80%以下,实用效果好。因此,我们在借鉴国外的板框压滤机样机的基础上进行消化、改进和创新,开发了适合我国污泥规模化处理的新型污泥脱水工艺和设备,而且把它称之为“泥水一体化”工艺,其目的是通过新型污泥脱水工艺,解决污水处理与污泥处置这两块分家的问题,进而以此来建立今后污水处理厂在新建、改建和扩建时,污泥处置设施与污水处理设施同时规划、同时建设、同时运行的新模式。

1 板框压滤机的结构与污泥脱水流程

现在国外在污泥脱水领域采用的板框机主要有平槽式压滤机和凹板式压滤机两种[1],本文引进的是后一种板框机。为了更有效地解决含有机物偏高的污泥脱水问题,增加了隔膜挤压工序,厢式隔膜挤压板框压滤机结构。

1.1 板框压滤机的污泥脱水流程

本文开发的新型板框压滤机脱水工艺主要通过由下列 2种手段实现污泥脱水,即利用滤布加压脱水和隔膜挤压脱水。加压脱水通过进料系统的污泥泵以 5～10㎏ /㎝2压力把污泥送入由几十个滤室排列组成的压滤系统,从而保证在单位时间内处理的污泥量。

1.2 隔膜挤压结构及脱水原理

所谓隔膜挤压脱水是指当滤布加压脱水过程结束之后,用 6～11㎏ /㎝2压力的通入隔膜对滤室内的泥饼进行挤压使泥饼进一步脱水。

对于较难通过过滤进行脱水的污泥来说,比如城市污水处理厂污泥,依靠隔膜挤压脱水可使泥饼含水率再降低 5%～10%[2]。图 1为我们进行连续化生产性试验时,测试污泥含水率与压滤压力关系的示意图。

图 1 过滤工作压力及隔膜挤水压力与过滤效果间的关系

2 隔膜挤压板框压滤机污泥脱水工艺

由于污水污泥的特殊性质,污泥在含水60%至 65%之间,形成一个称之为“粘胶相区”,这时的污泥呈粘浆状,水分子被一层胶体包裹,一般机械挤压方法很难将污泥中的水释出,如果采用加热进行干燥,能耗很大。蒸发 1kg污泥中水分所需要的热量是 539Kcal/kg,与此同时当水受热温度上升时,水分子周围的介质同样吸收热量,因此实际所需要的热量更大。除非可以利用废热(余热)来进行加热干燥,除此之外其他加热干燥法运行成本较高。

要解决污泥脱水的技术难点,需要进行下述技术创新和技术突破：

2.1 污泥化学调理剂的选择

无论采用什么样的处理利用方式,都必须先对污泥进行脱水,即进行污泥的固液分离。由于污泥的种类和组成成分不同而使污泥中的固体颗粒(胶体颗粒)的性质有很大差异。尤其是生活污水污泥的胶体颗粒一般很细小,带 (负)电荷并通常以水合物的形式存在且形成稳定的胶体混浊液体状态,因而对其进行浓缩、脱水十分困难。根据污泥的这些特点,本文对物理化学调理剂进行研发,以提高隔膜挤压板框压滤机的过滤性能和隔膜挤压脱水效力为重点,建立了一套新型污泥脱水工艺。

污泥进行脱水之前,对污泥进行调理的目的是通过采用物理化学方法破坏污泥稳定性,打散污泥的胶体结构,降低污泥对水的亲和力和过滤比阻力,增强胶体颗粒的凝聚能力、提高过滤速度,以达到降低过滤成本、高效率的实现固液分离的效果。为此分别选择了生活污水污泥、印染污泥和造纸污泥进行了大量的生产性试验,研发污泥调理剂。

2.1.1 表面活性剂

表面活性剂(surfactant)是一种易于富集于表面,并对界面性质产生明显影响的一类物质。它具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。当发生表面活性剂吸附后,改变体系的界面状态,影响界面性质,从而产生一系列如润湿、乳化、起泡等重要作用。表面活性剂的这些作用有利于胶体破壁及毛细管中水分的释出,对胶体的固液分离与聚沉起到辅助的效果[3]。经过多次试验我们选定采用季铵盐类表面活性剂作为污泥脱水用表面活性剂。

2.1.2 混凝剂

国内常用的污泥脱水絮凝剂主要有无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类,无机絮凝剂包括铁盐和铝盐两类金属盐类混凝剂以及聚合氯化铝等无机高分子混凝剂;有机絮凝剂主要是聚丙烯酰铵(PAM)等有机高分子物质。

通过对每种絮凝剂的用量、浓度、脱水后泥饼形状、滤液浊度等的对比试验,经过几十次的小试及上机调试,根据污泥特性,选定以无机絮凝剂为主,加入少量高分子絮凝剂。

2.1.3 助凝剂

助凝剂是用于调节或改善混凝条件,促进凝聚作用所添加的药剂或为改善絮凝体结构的高分子物质。前者如硫酸、磷酸、石灰、氯气等 (可调整pH值);后者如聚丙烯酰胺、活化硅酸 (或称活性硅土)、骨胶、海藻酸钠以及各种聚合电解质,可使其与混凝剂结合生成较大、较坚固、密实絮体。助凝剂的密度和重量、促使沉淀加速;在微凝絮间起粘结架桥作用,使凝絮粗大而有广阔表面,充分发挥吸附卷带作用以提高澄清效果。在废水的混凝处理中,单独使用混凝剂不能取得良好效果时,常使用助凝剂以达到目的。

根据南方地域的特点,选用南方较容易收集的食品下脚料作为助凝剂。实践中我们对污泥处理专用调理剂已申请 4项发明专利,在此不做详细表述。

2.2 对污水污泥脱水板框压滤设备的改进

对现有板框压滤机进行深度技术改造,旨在提高脱水压力和设备的滤出的疏水性。

2.2.1 进料系统改进

板框压滤机的运行压力,它与框板的结构有极大的关系,板框内腔的形状、挤压板凸起的大小、形状、密度分布等都对挤压脱水效果有极大的影响。因此对板框压滤机进料系统进行改良,增加“泥浆螺旋分配器”,解决了污泥在滤板里分布不均匀、泥饼厚薄不一、含水率在有些部位很高的问题。

2.2.2 滤布和滤板的改良

影响设备滤出疏水性的因素主要是滤布,滤布的材料、编织方法、厚度、滤孔密度等,均对设备滤出疏水性有影响,必须进行大量的理论计算优化筛选和实验验证进行确定。

滤板和滤布的材质,必须满足长期运行的寿命要求,也须在前期研究的基础上进一步优化。针对滤板的改良,需采用“凸起粒子滤板”,增加了注入污泥在滤室里的流动性和在滤板里的均匀性,解决了传统滤板易出现的爆裂问题。针对滤布的改良,需对滤布进行锥形滤孔的编织设计,大幅度降低了滤布介质阻力,明显地提高了滤布的疏水性能。

污泥脱水设备的整体优化设计,要满足安全、自动化和清洁生产的要求。

3 污泥脱水设备系统集成与工程应用

针对后续资源化处置技术对污泥脱水效果的具体要求,系统集成和优化污泥预处理技术和污泥脱水设备,形成高效组合工艺及成套技术和设备。拟配置压滤机技术参数,以 LY1250型号为例见表 1。

表 1 隔膜板框压滤机的技术参数

3.1 工程应用实例

为了推广新型板框压滤机脱水工艺的实际运营效果,建设了如下污泥脱水示范工程。

工程实例 1：广州番禺东涌工业污水处理站印染污泥脱水处理技改工程 (污水处理规模 3万m3/d),于 2009年 4月动工建设,同年 6月 3日投产运营。脱水后干泥的含水率小于 50%,用于制替代燃料或建材添加料。

工程实例 2：佛山市顺德区伦教城市污水处理厂污泥处理项目 (污水处理规模 3万 m3/d),于2009年 4月动工建设,同年 6月 5日投投产运营。伦教城市污水处理厂日处理水量为 3万吨,二期规划为 5万吨。脱水后干泥的含水率小于 55%,用于制绿化营养土或建材添加料。

工程实例 3：广州市大沙地污水处理厂市政污泥脱水项目 (污水处理规模 20万 m3/d),于2009年 6月动工建设,同年 10月投产运营。生活污水污泥脱水后干泥的含水率小于 55%,用于制绿化营养土或建材添加料。

工程实例 4：广州番禺自来水厂净水污泥脱水项目 (净水处理规模 56万 m3/d),污泥脱水后干泥的含水率小于 50%,并用干泥制建材添加料。

利用新型污泥脱水工艺处理的泥饼检测结果可见表 2。工程应用实践证明,经改良的污泥脱水设备,与污泥脱水添加剂相结合,能够将调理后的污泥脱水到含水率 55%以下,并有稳定的生产效果,本工艺还具有如下的应用特点：

污泥产生量减少一半以上;减少堆放空间,减小运输难度,节省运输成本;解决了污泥恶臭问题;为污泥的后续处理奠定了基础,带动了污泥处理下游产业的发展。

表 2 利用新型污泥脱水工艺处理的泥饼检测结果

3.2 示范工程项目运行效果

该污泥脱水工艺,经过多项示范工程运行结果表明具有以下几个特点：

(1)本工艺和设备结构紧凑,运行稳定,操作方便,其最大污泥处理量达到 200t/日 (按 80%含水率的污泥计量),完全适用于我国中型污水处理厂的污泥脱水处理,而且对生活污水污泥、印染污泥、造纸污泥处理的脱水率分别可以达到含水率55%、50%和 45%以下。

(2)隔膜挤压板框压滤机设备和操作,从污泥进料到泥饼剥离的全过程实现了自动化和密闭式。不需要人工操作,其中包括自动加压过滤,自动隔膜挤压泥饼脱水,滤板自动卸泥,滤布自动清洗装置,生产过程无噪声,没有明显恶臭等。

(3)隔膜挤压板框压滤机单位过滤面积的成本随着过滤面积的增加、过滤时间的缩短,污泥脱水所消耗的用电量大幅度下降。在设计时根据污泥处理规模的大小,可以适当增减滤板数量、过滤面积和处理能力,形成高效节能的压滤处理系统。

(4)通过对隔膜挤压板框压滤机滤板的改良,采用“凸起粒子滤板”和 滤布进行锥形滤孔的编织设计,不仅解决了滤布堵塞、滤板爆裂的问题,而且能够提高过滤效率、延长滤布的使用寿命。

4 结论

本文所述的污泥脱水处理新工艺对污泥深度机械脱水的创新主要在于：(1)药剂消耗少,脱水率高。使污水厂污泥自储泥池开始,经化学调理后直接将含水率 95%～97%的泥水混合物一次性脱水到含水率 55%以下,污泥产生量即比传统工艺减少 50%以上,从而节省干污泥的仓储、中转和运输费用 50%以上,同时解决了湿污泥恶臭污染环境的问题。(2)运行成本低。处理污泥能耗低,为 6～15kw·h/t,综合运行成本与传统的带式机和离心脱水设备相比减少 30%。

因此,上述污泥脱水新工艺适用于生活污水污泥、自来水净水污泥和印染、造纸等轻工业污泥的脱水处理,具有广阔的应用前景。

[1]福本勤.WasteProcessingEngineering[M].东京：朝仓书店,1983.

[2]卢方,孙卫东,胡小龙.绍兴市污水处理厂污泥处理系统的改进和优化[J].环境卫生工程,2004.12(2)：121～122.

[3]王军,田晓俊,杨许召,李妮妮.表面活性剂在废水处理中的应用[J].日用化学工业,2009,39(4)：270～275.

X703

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1673-288X(2010)05-0049-04

任延杰 (1968—),女,辽宁抚顺人。现从事工业固体废物的处理、综合利用及最终处置技术研究。