城市污水处理厂污泥调质絮凝剂的优选

2013-09-16肖先念

净水技术 2013年1期

罗刚，唐霞，肖先念，雷芳，宋爽

（广州市污水治理有限责任公司，广东广州 510163）

絮凝不仅是国内外众多水处理工艺中应用最广泛、最普遍的操作单元之一，也是城市污水处理厂污泥脱水处理必不可少的一个环节。经浓缩后的污泥，由于亲水性较强，通常需要絮凝调质，这将直接决定污泥脱水的难易和污泥减量化程度，污泥调质优化不仅可以为后续处置节省费用，并且可以极大地降低二次污染[1]。有机高分子絮凝剂是目前城市污水处理厂使用最广的一类污泥调质剂。由于污泥带负电荷，应选用高分子量且带正电荷的调质絮凝剂[2]。阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）是一类高分子聚合物，其大分子链上带有大量正电荷，能很好地吸附污泥颗粒发生中和絮凝，并且水溶性好、用量少、无毒低污染，因此成为城市污水处理厂污泥脱水剂的主要选择。

阳离子聚丙烯酰胺根据离子度和分子量的大小可分为不同的种类，主要包括中等分子量中高阳离子度、高分子量中低阳离子度、中等分子量中低阳离子度、高分子量中高阳离子度等几大类。在选择阳离子聚丙烯酰胺时还需要根据污泥脱水设备来确定，对于广州某污水处理厂，由于脱水设备为高速离心机，根据经验应使用高分子量中高阳离子度的聚合絮凝剂[2]。因此，对多种阳离子聚丙烯酰胺筛选并实现污泥脱水调质优化。

1 试验背景

广州市某污水处理厂作为中心城区一座大型污水处理厂，设计总处理能力达到55万t/d，污水处理采用A/A/O工艺，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。污水处理产生大量剩余污泥，经浓缩后含水率为96%～97%，然后加絮凝剂调质后进离心脱水机处理。剩余污泥处理流程如图1所示。

图1 剩余污泥处理流程Fig.1 Treatment Process of Surplus Sludge

2 试验材料与方法

2.1 试验药品

阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）由不同的生产厂家提供，分别为：CPAM（CX1）、C512H（CX2）、C4916（CX3）、C525H（CX4）、C525L（CX5）、C535L（CX6）、PAM（CX7）、PAM（CX8）、PAM（CX9）、PAM（CX10）、PAM（CX11）、PAM60（CX12）、PAM（CX13）、PAM60B（CX14）。外观均为白色粉末，分子量为800～1500万左右，离子度在50%～70%之间，适用于高速离心脱水。

2.2 试验方法

2.2.1 小试试验

将絮凝剂样品配制成浓度为2.5‰溶液；然后按照5.5%投加比例加入1 L浓缩池污泥液中，用六联搅拌仪搅拌5～10 min后静置。观察其表观效果，并通过滤布离心测含水率。

表观效果判断标准为：1）好：形成紧密的大絮体，水泥分离完全，上清液清彻；2）中：能形成絮体，但絮体较小或易散不紧密，水泥分离不完全，上清液较浑浊；3）差：基本不形成絮体或只成小颗粒絮体，水泥不分离，上清液浑浊。

2.2.2 上机中试

1）利用厂区现有溶液配置设备，将CPAM干粉配置为2‰～3‰溶液（视脱水效果可适当加大浓度）；2）利用厂区投药设备进行投加，投加比例为5.5%～8%（絮凝剂溶液与脱水前污泥体积比）；3）第一天试验时间为1～2 h，消耗药剂50 kg，第二天试验时间为 6～8 h，消耗药剂 100 kg；4）试验过程中，根据污泥表观及上清液清澈度对药量和污泥处理量进行调整；5）定时取样测定污泥含水率，确定污泥含水率是否低于80%；6）适当调整药剂投加比例及污泥处理量，获取最低成本投药量。7）含水率测定：将絮凝调质污泥经实验室离心机或污水厂离心脱水机处理后，取1.5 g左右处理污泥至红外水分测量仪，测定其含水率。

中试效果评判标准：所选絮凝剂必须满足污泥脱水工况要求，即离心机扭矩控制在40%～45%，处理量 25～30 m3/h，脱水后污泥含水率＜80%。

3 试验结果

3.1 小试试验

3.1.1 初筛

污泥颗粒带负电，彼此之间相互排斥，加之部分污泥与表面附着水结合成凝胶体，仅靠自身重力沉降不能破坏污泥在水中的稳定分布，难以产生澄清水，因此要想泥水分离必须依靠外界作用力[4]。随着絮凝剂的加入，不仅可以使带负电的污泥颗粒脱稳，而且可以将其表面附着水转化成游离水。通过表观观察可以初步判断絮凝剂的性能状况[5]，然后挑选表征效果好的样品，进一步测定其含水率。本实验考察了14种CPAM的絮凝效果，初筛试验结果见表1。

表1 初筛结果Tab.1 Result of Preliminary Screening

由表1可知，表征效果好的聚丙烯酰胺有CX1、CX4、CX6、CX12 和 CX14 五种，其他九种效果次之。选取这五种絮凝剂继续试验，测定离心后含水率分别为 80.7%、78.8%、79.1%、80.2%、81.8%。因而，CX1、CX4、CX6、CX12 效果较好，CX4、CX6 虽然效果更优，但为进口产品，价格昂贵，综合考虑选择CX1、CX12进一步试验。3.1.2复筛

为了保证初筛试验效果稳定性，开展了重复实验。以不添加任何絮凝剂的原污泥为空白对照样，分别考察CX1与CX12两种絮凝剂连续10天处理效果，并以三者的10 d处理平均值进行对比分析，试验结果见表2。

表2 复筛结果Tab.2 Result of Repeated Screening

由表2可知，原污泥、CX1和CX2处理污泥含水率变化范围86.4%～90.0%、81.5%～84.8%、80.0%～81.7%，平均值为88.4%、83.1%、81%，CX12效果最佳并且稳定性好。因此，将CX12确定为上机中试药剂。

3.2 上机中试

CX12的中试试验分两天完成。第一天为适应阶段，调低进泥量（约为正常进泥量的80%），上机时间2 h，主要是初步检验该药剂的机试效果，同时排查可能出现的故障和其他意外情况。第二天为正式中试阶段，调节进泥量为正常值附近（26～30 m3/h），连续机试 6～8 h，可调指标为进泥量、加药量和扭矩，在调节过程中，每改变一次指标，待机器运行几分钟即取上清液观测。若清澈，继续保持机器稳定运行20～30 min后取干化污泥测含水率；若浑浊，则必须立刻调节相应指标使上清液变清，中试结果见表3。

由表3可以看出，在第一天适应机试中，当加药量和扭矩均保持常规水平（加药量2 000 L/h、扭矩 40%～45%）、进泥量减少 8～9 m3/h 时，上清液保持澄清且含水率在80%以下，基本符合要求。在第二天正式机试中，恢复进泥量至30 m3/h，首先调低扭矩至38%（主要为了检验高差速下的离心脱水效果），然后逐渐减少加药量，发现当加药量降至1 900 L/h时，上清液保持澄清且含水率达到80.16%，虽然药泥比达标，但是含水率及扭矩均未达到试验预期效果；调整加药量至2 000 L/h，调节扭矩至43%，在正常范围内逐渐调低进泥量，发现当进泥量降至27 m3/h时，上清液澄清且含水率为78.96%，能够达标；但是当进泥量降至26.5 m3/h时，含水率反而升至79.35%，分析原因可能是生产厂家本批次CX12稳定性略差，或者是进泥性状稍微发生变化，应提高该絮凝剂稳定性并多次上机确定其效果。另外，在长期运行中发现，污水厂进水水质随季节、温度呈一定程度的变化，污泥泥质也随之改变，导致单一絮凝剂脱水效果的不稳定性。可根据污泥的变化规律储备多种絮凝剂，在相应时段采用最适宜药剂来保证脱水效果。