粉煤灰及生物质对污泥脱水性能的影响试验研究*

仇 元　李乾军　张长飞　杨世龙　戴 荣　华冬梅

（皖能铜陵发电有限公司）　（南京工程学院环境工程学院)

粉煤灰及生物质对污泥脱水性能的影响试验研究*

仇 元**李乾军张长飞杨世龙戴 荣华冬梅

（皖能铜陵发电有限公司）（南京工程学院环境工程学院)

摘要在自制的压滤装置上，通过添加改性粉煤灰、木屑和不同粒径秸秆，研究不同辅料及其添加量对污泥深度脱水的影响。研究结果表明，改性粉煤灰对污泥脱水效果最好，在添加量为4%时，污泥含水率降为53.6%；木屑效果次之，在添加量为10%时，污泥含水率为58.09%；粒径相对较大的麦秆对污泥脱水促进效果不明显。

关键词污泥脱水粉煤灰脱水性能秸秆过滤压滤装置

城市污泥中有机物约占70%～80% （质量分数），低位干基热值约14.9～18.2 MJ/kg[1]。将污泥制成燃料燃烧，不仅可以利用其有机成分、去除污泥中有机污染物及致病菌，还可以将部分重金属离子沉积在灰渣中，减轻环境污染。城市污泥燃料化的优势在于，可以在解决污泥处理难问题的同时，减缓燃料价格飚升所带来的巨大压力。日本的东京作为业界先驱，第一个采用了污泥炭化及其炭化物发电技术，利用这种污泥资源化技术可使该地区城市污泥的再利用和资源化率得到进一步提升[2]。美国某研究机构为解决污泥处置问题及发挥污泥的最大热能，开发出了一种污泥合成燃料，用50%左右的干化污泥掺加一定量的石灰及水溶性有机粘结剂 (糖浆)制成成型燃料，可以在固定床或移动床炉中燃烧。清华大学的蒋建国[3-4]对污泥衍生燃料进行了一系列研究，将污泥和煤粉、锯末、粉煤灰等制成固体成型燃料。天津城市建设学院文科军、杨丽等[5-6]将城市生活垃圾、市政污泥和适量的辅料制成可燃固废复合燃料。东南大学张长飞等也针对污泥燃料化技术进行了一系列研究[7-8]。

在当前各种污泥燃料化技术方案中，首先将污泥干化或半干化，较高的干化成本制约了该技术的发展。本文拟通过加入辅料如改性粉煤灰和生物质，改善污泥的深度脱水性能，将污泥深度脱水技术与燃料化技术相结合。

1　试验装置及试验材料

自制的压滤试验装置如图1所示，该装置由氮气瓶、不锈钢筒体、活塞、支架、电磁阀、滤布、多孔铁饼等组成。

图1　压滤装置

试验材料为南京某生活污水厂脱水污泥 （含水率78%）、火电厂粉煤灰、木材加工厂木屑、小麦秆。试验使用的药剂为无水三氯化铁、PAM及NaOH。

2　试验结果

2.1最佳压滤时间

在一定的压力下，压滤时间越长，泥饼的含水率就越低。随着压滤时间的增加，污泥的处理成本也不断增加，所以确定合适的压滤时间既影响着污泥含水率，也决定着污泥处理成本。为确定最佳的压滤时间，分别取30 g污泥于5个250 mL烧杯中，标号为1～5。为了便于絮凝剂的混合，在污泥中加入一定量的水，将其配成含水率90%的泥浆。根据课题组前期关于复合絮凝剂研究成果，按标号分别加入 2% （按干污泥质量计）复合絮凝剂（FeCl3∶PAM=4∶1），混合均匀后在压滤装置上脱水，污泥含水率随压滤时间的变化如图2所示。从图2可以看出，随着压滤时间的增加，泥饼的含水率不断降低，压滤1.5 h时泥饼含水率降到56.46%，压滤2 h后泥饼含水率仅降到56.36%，仅下降了0.1个百分点。这表明污泥脱水存在一个极限值，越接近这个极限值脱水越困难。继续增加压滤时间对污泥含水率影响不大，反而会增加污泥处理成本。所以，最佳压滤时间选用1.5 h。

图2　压滤时间与含水率的关系

2.2改性粉煤灰添加量对污泥含水率的影响

由图3可见，改性粉煤灰添加量从1%增至3%，泥饼含水率从56.69%降到55.1%，降低幅度不明显。当添加量增加到4%时，泥饼含水率突降到53.6%，变化幅度较大。继续增加改性粉煤灰的量，泥饼含水率反而上升。其原因可能是粉煤灰经碱改性后能够很好地破坏玻璃体结构，使得玻璃体及光滑的球形颗粒形成多孔结构，表面更加粗糙，吸附能力更加强大[9]。在破坏玻璃体的同时释放出更多的可溶性Al、Fe化合物，使其活性更高，电中和作用更强。因此改性粉煤灰通过其强大的吸附能力，电中和及吸附架桥作用，使得污泥中胶体颗粒迅速脱稳，并将其凝聚成更大的颗粒。同时，粉煤灰多孔结构起到一定的骨架作用，增加了滤层间的空隙，减小了水通过滤层的阻力。另一方面，改性粉煤灰颗粒粒径小于污泥颗粒，部分粉煤灰颗粒进入到污泥颗粒间的间隙内，使得部分间隙水释放出来，从而大大改善了污泥脱水性能。但当粉煤灰添加过多时，粉煤灰颗粒会堵塞滤层间的空隙，并使得污泥颗粒带上同性电荷，因同性相斥作用使得凝聚起来的大颗粒又重新分散，脱水性能下降，泥饼含水率升高。因此改性粉煤灰最佳投加量为4%。

图3　改性粉煤灰添加量与泥饼含水率的关系

2.3木屑添加量对泥饼含水率的影响

从图4可以看出，木屑添加量从4%增加到10%时，泥饼含水率从61.54%降到58.09。继续增加木屑的量，泥饼含水率反而上升。当木屑添加量为10%时泥饼含水率最低，为58.09%。

图4　木屑添加量与泥饼含水率的关系

加入木屑粉末后，由于木屑粉末表面粗糙，比表面积较大，能够将形成的较大颗粒污泥吸附在其表面，使得颗粒间的间隙再次增大，改善泥饼的脱水速度。因此初期加入木屑对脱水起积极作用。但干燥的木屑加进去后会吸收一部分水分，在压滤过程中这部分水很难被脱除，这就导致木屑能够加快污泥脱水速度，但泥饼含水率仍然很高。当木屑含量过多时，随着滤层被压缩，木屑颗粒会堵塞颗粒及滤层间的间隙，使得污泥脱水变得困难，且过多的木屑会吸收更多的水分，导致泥饼含水率不断升高。

2.4不同粒径秸秆对污泥脱水率的影响

如果教学内容要面向实际解决了“不是所有的知识都要进课堂”的问题，那么教学方法及评价方式以学生学会学习为旨归则是着力解决“不是所有进课堂的知识都要教师讲”的问题。通过改革试点，教师们更加深切地感到：无论选择何种教法或评价办法，不在于教与评的方法或形式有多么完美，而在于教与评的方法真正引起了学生思维的活跃与磨练，在于使学生始终处于学习的准备状态，在于让学生学会学习，真正的好方法或好形式就是把学习还给学生，让学生成为学习的主人。

从图5可以看出，3 mm秸秆、10 mm秸秆都能让泥饼含水率在一定程度上下降，但两者的含水率都在较高的含水率范围内变化，总体上来说添加3 mm秸秆的泥饼含水率优于添加10 mm秸秆；添加3 mm秸秆其最低含水率添加量为12%，添加10 mm秸秆其最低含水率添加量为4%。

不论是添加3 mm秸秆还是10 mm秸秆，泥饼含水率高的原因，可能是干燥的秸秆添加到湿污泥中会吸收一部分水分，这部分水在密封压滤装置中难以被脱除。由于秸秆相对于木屑来说粒径较大，比表面积较小，对污泥絮体起不到吸附及充当骨架的作用，因此秸秆对污泥脱水的促进作用有限，且秸杆添加过多还会堵塞滤层间的间隙，使得水分难以通过，导致泥饼含水率上升。

图5　不同粒径秸杆添加量与泥饼含水率的关系

3　结论

（1）污泥含水率随压滤时间增加而下降，但综合考虑成本，压滤时间选为1.5 h比较合适。

（2）改性粉煤灰对污泥脱水有较明显的促进作用，当改性粉煤灰添加量为4%时，污泥含水率降为53.6%。

（3）木屑对污泥脱水有促进作用，当添加量为10%时，污泥含水率为58.09%。但是由于木屑本身吸水及过多的木屑会堵塞颗粒间及滤层间的通道，因此木屑过量反而不利于污泥的脱水。

（4）3 mm和10 mm粒径麦秆对污泥脱水的促进作用不明显，污泥总体含水率较高，这可能和秸秆本身较大、比表面积小、不能起吸附和充当骨架作用有关。

参考文献

[2]崔玉波.环保信息 [J].环境工程,2006,18(1)：64.

[3]蒋建国，杜雪娟.城市污水厂污泥衍生燃料成型的研究 [J].中国环境科学，2008,28(10)：904-909.

[4]Jiang Jianguo,Du Xuejuan，et al.Study on the granulating characteristics of sewage sludge derived fuel[J].China Environment Science,2008,28(10)：904-909.

[5]杨丽，文科军.城市生活垃圾、污泥和煤粉混合燃料热值的研究 [J].环境工程学报，2008,2(9)：1239-1242.

[6]文科军，吴丽萍，杨丽，等.可燃固废复合燃料的燃烧、性能试验研究 [J].环境科学与技术，2009,32 (11)：62-65.

[7]张长飞，葛仕福，赵培涛，等.污泥合成燃料的研制及燃烧特性研究 [J].环境科学学报，2011,31(1)：150-155.

[8]张长飞，葛仕福，赵培涛，等.污泥燃料化技术研究[J].环境工程，2010,28（增刊）：377-380.

[9]李阳，伍昌年.改性粉煤灰对剩余污泥脱水性能的研究 [J].安徽建筑工业学院学报，2012,20(5)：52-54.

*南京工程学院创新基金项目 （CKJB201217）；江苏省大学生科技创新项目 （201211276304）。

**仇元，男，1987年生，工程师。铜陵市，244000。

中图分类号TQ 028

收稿日期：（2013-10-15）

Experimental Study on the Effect of Coal Fly Ash and Biomass on Sludge Dewatering Performance

Qiu yuanLi QianjunZhang ChangfeiYang ShilongDai RongHua Dongmei

Abstract：By adding modified coal fly ash,sawdust and straws of different sizes,the influence of type and content of auxiliary material on the sludge dewatering performance was studied on a self-made pressure filter.The results showed that the modified coal fly ash was the best for sludge dewatering,when the content of it was 4%,the moisture content of sludge reduced to 53.6%.The sawdust also could accelerate the dewatering of sludge,when its content was 10%,the sludge moisture content was 58.09%.Because the size of straw was larger,it had no remarkable effect on sludge dewatering.

Key words：Sludge dewatering;Coal fly ash;Dewatering performance;Straw;Filtration;Pressure filter