造纸污泥深度脱水干化研究进展

王小聪 郭晓伟

(中国轻工业武汉设计工程有限责任公司，湖北武汉，430060)

造纸废水处理的污泥量大，一般是同等规模市政污水处理厂的5～10倍。据调查，每年我国制浆造纸企业产生的污泥量500余万t。目前，造纸污泥处理处置技术以填埋、堆肥、焚烧发电为主，还包括制造造纸填料、制造活性炭、生产乙酸乙醇等其他利用技术［1］。污泥脱水可以有效降低需要处理、处置的污泥体积，是污泥减量化中最经济的一种方法，也是污泥最终处置 (焚烧、堆肥、填埋)必不可少的环节［2］。但对于常规污泥脱水方式，污泥的含水率依然高达78%～82%，难以达到填埋场土力学要求，也无法满足污泥焚烧的热值要求。因此，对造纸污泥进行深度脱水干化，降低污泥含水率，减小污泥体积和质量，提高污泥热值，显得尤为重要。本文综述了造纸污泥深度脱水干化的方法及研究进展情况。

1 造纸污泥的性质

造纸废水处理系统的污泥可分为初级污泥、二级污泥、三级污泥和混合污泥共4种。初级污泥由筛渣和大量无机填料组成，可形成比较硬的泥饼，易脱水，脱水后干度较高;二级污泥常称为活性污泥，一般为采用生物化学的方法去除呈胶体状态和溶解状态的有机污染物，主要由蛋白质组成，较难脱水;三级污泥主要为废水深度处理过程中絮凝沉淀产生的污泥，很难脱水［3］;以上污泥混合之后的污泥称为混合污泥。

造纸污泥中的水分主要有间隙水、毛细水、表面吸附水和内部结合水4种，其中，间隙水和表面吸附水可以通过污泥浓缩处理去除;毛细水约占污泥中总含水量的15%～25%，必须借助机械作用力才能去除;内部结合水是指包含在造纸污泥中微生物细胞体内的水分，它的含量与污泥中微生物细胞体所占的比例有关。必须通过破坏细胞膜，使细胞液渗出才能去除，常规的机械脱水方法无法将其去除［4］。

2 造纸污泥调理

污泥调理是污泥浓缩或机械脱水前的预处理，其目的是改善污泥浓缩和脱水的性能，减小脱水时的阻力，以提高脱水设备的处理能力和处理效率。造纸污泥常采用化学调理，冷冻调理和热调理也是当前污泥调理的热点。

2.1 化学调理

造纸污泥的化学调理是在污泥中加入适量的絮凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，从而提高污泥的脱水性能。常用的有机高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺 (PAM)，无机絮凝剂有聚合氯化铝(PAC)、聚硅酸铝 (PASi)、聚合氯化铝铁(PAFC)等［5］。与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂对有机物和无机物都有很好的净化作用，同时具有用量少、成本低、毒性小、pH值适用范围广等优点。由于化学调理操作简单、效果好而成为比较常用的方法。

2.2 热调理

污泥热调理可破坏污泥持水结构，将结合水释放出来。张林等人［6］以蒸汽热调理方式对污泥进行处理，经机械脱水后，污泥含水率由80%下降至50%，同时可对污泥实现杀菌和除臭。目前，该工艺在深圳市已得到应用。热调理可明显改善污泥脱水性能，不需加药，可杀死病原菌，但能耗较高。

2.3 冷冻调理

冷冻调理可改变污泥的性状，冷冻后污泥颗粒间内部结合水和间隙水被排出。吴春笃等人［7］研究了冷冻调理对造纸厂Fenton氧化单元产生的化学污泥沉降及脱水性能的影响，发现冷冻调理时间为9 h时，造纸污泥在35 min内的沉降率达到80%以上，在45～50 kPa真空度下抽滤10 min后泥饼的含水率约为61%，比没有经过冷冻调理的污泥泥饼含水率低17%。冷冻调理能耗较热调理低，同时处理过程中有机物不会分解，无需对分离液进行二次处理，但是冷冻调理时间较长，过程缓慢。

3 造纸污泥脱水

3.1 带式压滤脱水

带式压滤机可用于各种污泥脱水，其连续生产性好、自动化程度高、生产能力大，占地面积小，在污泥脱水中应用较为广泛。但是在造纸污泥脱水中存在一些问题，主要表现在:①压滤机出来的泥饼含水率波动大，达不到设计要求。②压滤机两侧跑泥严重。③滤液浊度大［8］。④泥饼含水率高，增加了后续处理的负担。因此，目前带式压滤机在造纸污泥脱水中应用呈减少趋势。

3.2 板框压滤脱水

板框式压滤机是通过板框的挤压，使污泥中的水通过滤布排出，达到脱水目的。一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，可达35%以上。通常板框式压滤机为间歇式运行。而现在可通过PLC控制系统实现系统全自动方式，其压滤、滤板的移动、滤布的振荡、压缩空气的提供、滤布的冲洗、进料等操作均可通过PLC远端控制来完成，不仅可实现连续运行，同时可大大减轻工人的劳动强度。江西晨鸣纸业采用4台板框式压滤机对造纸污泥进行深度脱水处理，目前已投入运行，运行效果良好。

3.3 螺旋压滤机脱水

螺旋压滤机是利用物料在螺旋旋转叶片推动下沿轴向前进，前进过程中物料受变化的螺距和调节档板的作用，形成巨大的挤压力，使物料在外力作用下进行机械脱水。螺旋压滤机结构简单，处理量大，占地面积小，运行维护简单，产生的泥饼干度约为50%～55%，从工业发达国家制浆造纸废水处理厂选用的脱水设备上看，螺旋压滤机有逐步取代带式压滤机的趋势［9］。

3.4 新型脱水设备

电渗透脱水技术是一种可以对污泥进行深度脱水的新兴技术，通过对污泥施加电压，在电场的驱动下实现泥水分离，达到减少污泥体积、利于随后的处理和处置的目的。在整个过程中，物料不升温，调节物块形状可以提高脱水的速率和效率，升高所施加电场的电压，可有效地提高电渗透脱水速率［4］。董立文等人［10］研究了造纸污泥的电渗透脱水效果，结果表明，电渗透脱水技术可以显著降低造纸污泥的含水率，当污泥含水率降至60%时，所需要的能耗为0.14～0.28 kWh/kg去除水。电渗透脱水存在阳极电极消耗、污泥在电化学作用下可能发生分解的现象。

太阳纸业采用华章科技有限公司研制的DY2500 PQ型半干化带式压榨机对黄泥进行脱水，处理后污泥干度可达到53%，大幅降低了污泥的体积和含水率［11］。应广东等人［2］采用 DY2500 PQ 型半干化带式压滤机对草浆制浆沉淀污泥和脱墨污泥进行脱水实验，出泥干度均达到50%以上。

3.5 污泥脱水设备比较

各种污泥脱水机比较情况见表1。

表1 造纸污泥脱水设备经济技术比较表

4 造纸污泥干化

4.1 锅炉烟气余热干化

目前，带式压滤机、板框式压滤机、螺旋压滤机等，其脱水后污泥干度为25%～50%，有的螺旋挤压滤机污泥干度最高可达60%，通过烟气干化的造纸污泥最佳干度可达到70% ～75%。滕敬彦等人［12］利用热电厂烟气余热干化污泥，烟气温度110～145℃，污泥含水率明显降低，污泥的体积大幅减小，并形成质地坚硬的污泥团粒。目前，该技术已应用于山东宏河纸业利用烟气余热污泥焚烧项目、山东银河纸业污泥制肥项目，使用效果良好。

4.2 太阳能干化

太阳能是一种清洁、安全、廉价、可再生的绿色能源，利用太阳能对污泥进行干化处理具有节能降耗和减碳的现实意义。其处理过程是将污泥摊置到由级配碎石铺垫的干化场上，通过蒸发、渗透和清液溢流等方式，实现脱水干化。解清杰等人［13］以海南省某纸浆企业的造纸污泥进行太阳能干化处理，采用温室型太阳能干化工艺，污泥含水率为80%，经处理后可获得干度40%～50%的干化污泥。该处理方式投资低、成本低、干化效果好，但占地面积大，容易孳生蚊蝇、散发臭气［14］。

4.3 生物干化

污泥生物干化是指在生物活动产生的较高温度条件下，对脱水污泥中的有机物进行生物降解，同时加快污泥中的水分散失，最终生成具有较低含水率的干化污泥［15］。陈清林等人［16］研究了造纸污泥生物干化特性及其影响因素，在最优工艺条件下，能够将造纸污泥含水率由74.4%降低到50%左右，生物干化效果显著。污泥生物干化投资少，运行费用低，但是干化周期长，对温度、调理剂、通风等条件因素要求严格［17］。

5 结语

造纸污泥是一种很有利用价值的潜在资源，世界上许多国家都在大力发展污泥处理处置和利用的各种技术，而这些技术都对污泥的含水率提出了严格的要求。在造纸污泥深度脱水干化方案选择时应注意以下两点:

(1)污泥性质、调理、脱水设备及干化方式对于造纸污泥深度脱水干化过程是四位一体的，必须统筹考虑。

(2)一种有效的污泥脱水、干化方法，应当兼顾到环境效益、社会效益和经济效益，尽量走资源化的道路，减少对环境的影响，避免形成二次污染。

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