污泥连续深度脱水与无害化处理实验

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(1.河南能源化工集团开封龙宇化工有限公司，河南 开封 475231；2.河南省聚甲醛基新材料公共技术研发设计中心，河南 开封 475200)

随着公众环保意识的觉醒，国家对环境保护越来越重视，环保政策也越来越严格，污泥处置也逐渐成为化工企业需要迫切考虑的问题，污泥处置的前提首先是要对污泥进行脱水处理。国内对污泥脱水及处置的研究工作开展较多[1—4]，国内外污泥脱水的方法主要有干化法和机械脱水法，其中机械脱水法应用最为广泛。污泥处置方式主要是填埋、资源化利用和焚烧，其中，填埋方式占主要地位，仍然有13%以上的污泥堆放于环境中而未经任何处理。

当前，国内存在“重水轻泥”的现象，污泥处理能力、技术和投入严重滞后于污水处理产业。我国的污泥处理虽然进行了初步减量化处理，含水率依然很高，尚未完全实现污泥的稳定化和资源化处理，污泥对环境污染的风险仍然很大。

1 概述

开封龙宇污水处理站设计污水处理规模为2 040m3/d，污水来源中主要成分为甲醛1 000mg/L、甲缩醛400mg/L、COD 5 000mg/L等，采用的处理工艺为“甲醛预处理+AHCR+OHCR+二沉池+高效气浮+多介质+臭氧生物活性炭”。其中，产生污泥的工段主要为好氧工艺段与高效气浮工艺段， 污泥脱水系统采用一套1.5m宽一级带式脱水机，出泥含水率约为90%～92%，产量为5t/d，污泥脱水后堆放在预留场地集中放置，由于含水量较高，无法处置利用，对环境造成影响，制约了企业的可持续发展。

2 实验部分

2.1 实验原料

实验原料如下：含水率90%的污泥，开封龙宇；固化剂石灰，300目通过率90%以上、活性颗粒有效率≥90%，同济中耀；污泥改性剂。

2.2 设备仪器

连续污泥深度脱水机1台，TJSD-3.5，1.0～2.0t/h，同济中耀；污泥改性混合器1台，TJDM-800/I，1.0～2.0t/h，同济中耀；一级皮带输送机1台，B=500mm，L=9m，同济中耀；改性剂投加装置1台，含5m3储罐1台、搅拌机1台、计量泵2台(Q=200L/h，H=20m)，同济中耀；冲洗水泵2台，立式离心泵，Q=12m3/h，H=60m，川源环保；电气控制箱1台，含PLC 西门子S7-200，同济中耀；循环流化床锅炉1台，TG-45/1.27-M，太原锅炉集团。

2.3 实验原理

2.3.1 改性调理

通过添加污泥改性剂和固化剂对污泥进行调理。王拓[5]研究表明，对污泥进行化学调理，有利于污泥水分的释放和深度脱水后污泥含水率的降低。改性剂与固化剂的主要作用原理是破坏细胞壁、使胶体脱稳，从而起到降低污泥持水性的作用，使结合水转化为“脱稳水”，使污泥“颗粒化”、“孔隙化”，有利于后续深度脱水阶段的分布和脱水。尤其是针对全部都是生物污泥的一次脱水污泥，破壁与脱稳至关重要。

2.3.2 深度脱水

污泥深度脱水是开展污泥进一步处置的关键和难点。姚杰[6]对污泥深度脱水的关键技术进行了研究并指出，污泥深度脱水就是对污泥进行调理预处理，以破除细胞壁、释放毛细水、附着水和细胞内水，在改善污泥的脱水性能后，进一步借助有效措施对污泥进行脱水，使污泥含水率达到60%以下。调理后的污泥在连续深度脱水压榨机高压、密集的作用力下实现脱水。反复、多次高压压榨改性污泥，使压榨污泥形成5～10mm 多孔隙薄片状，确保脱稳后的水分被充分挤出。深度脱水后，不仅可以减少污泥体积，方便运输，而且降低了污泥处理的成本。

2.3.3 污泥放置

深度脱水后的污泥的持水性大幅度降低，且泥饼孔隙率大，通过放置固化，水分进一步蒸发散失，污泥含水率持续降低。唐秀华等[7]在TJSD连续污泥深度脱水技术在印染污泥处理中的应用研究中指出，连续深度脱水后放置24h，污泥含水率可进一步降低6%。

2.3.4 污泥掺烧

利用深度脱水后生化污泥有机物含量高、发热量大的特性，与燃煤混合后，在锅炉内高温下加热、气化、燃烧，实现污泥无害化的目的。掺烧污泥遵循以下原则：①污泥含水率不高于65%；②掺烧污泥占原煤质量的10%以下为宜；③关注原煤湿度在10%以内才能掺烧；④污泥掺烧前要尽量与原煤掺混均匀，避免大量污泥聚集燃烧。

2.4 实验步骤

来自一级皮带脱水机的含水率90%的污泥，通过一级皮带输送机送至污泥改性混合机内，与污泥改性剂、 固化剂在污泥改性混合机内快速、均匀地混合。改性后的污泥输送到连续污泥深度脱水机进行压榨，在高压、密集的作用力下实现脱水，污泥含水率降至60%以下。深度脱水后的污泥通过螺旋输送器输送至运输车辆，再运送到固定场地放置，使其进一步失水，污泥含水率持续降至50%左右。

放置后的污泥通过铲车运送至煤场，按照不高于原煤质量10%的比例进行掺混，掺混均匀后随原煤一起通过输煤栈桥输送至煤仓，进入锅炉高温炉膛内气化、燃烧，实现污泥无害化、资源化处理。

3 结果与讨论

3.1 深度脱水前的污泥特性参数

深度脱水前的污泥特性参数见表1。

表1 深度脱水前的污泥特性参数

由上表可知，深度脱水前污泥含水率超过90%，污泥黏性较大，运输不方便；放置一个月后的污泥表皮有干燥迹象，但10mm以下部分污泥的含水率仍达到89.88%，且污泥中有机质含量较高，不便于运输，二者均不具备燃烧利用的条件。

3.2 深度脱水后的污泥特性参数

深度脱水后的污泥特性参数见表2。

表2 深度脱水后的污泥特性参数

由上表可知，深度脱水后的污泥经取样分析，其含水率已经低于60%，呈粉状、松散。摊薄至5cm左右，经12h阴晾，污泥手感微潮；经24h阴晾，污泥不再有明显潮湿感，经检测，污泥含水率可降至54%。由于污泥挥发分较原煤高很多，掺烧后引起锅炉爆燃的概率大大降低，具备较好的掺烧性能。

3.3 深度脱水后污泥无害化处理

污泥焚烧有单独焚烧和掺烧两种形式，其中，采用现有燃煤锅炉掺烧污泥属于首选，应用较广，在实现污泥减量的同时，能够利用自身尾部烟气装置对共燃产生的烟气进行净化处理，达到环保要求，在经济和技术上更具竞争力。另外，循环流化床掺烧因具有燃料适应性强、传热传质效率高、污染物易于控制、环保效益好等优点，在污泥掺烧工程中得到了广泛应用。

深度脱水后污泥经过24h晾晒并按照5%的比例与原煤进行掺混，掺混后的热值为20 000kJ/kg，与原煤热值相当，具有回收利用价值，可以掺入煤中进入锅炉炉膛燃烧。实验过程中，锅炉负荷在70%以上的情况下，燃烧稳定，污泥掺烧前后锅炉参数对照见表3。

表3 污泥掺烧前后锅炉参数对照

4 结语

污泥连续深度脱水后，含水率从90%以上降至60%以下，运输处理方便；放置24h后，污泥含水率进一步降至54%；按照原煤质量的5%加入深度脱水放置后的污泥，掺混后热值与原煤相当，发热量较高，具有燃烧利用价值；污泥与原煤按照比例掺混后，实现了污泥在锅炉内焚烧，对锅炉运行没有产生不利影响，由于污泥掺烧比例较低，对锅炉烟气影响不明显。污泥得到无害化处理和进一步利用，消除了污泥对环境的影响。

通过开展污泥连续深度脱水与无害化处理实验工作，既解决了污泥堆放产生的环境污染问题，又充分利用了污泥含有的热量，实现了污泥的资源化利用，社会环保效益明显。

污泥填埋不符合绿色发展理念，污泥土地利用存在的问题较多且不容易实现，污泥无害化处理将是未来最重要的发展方向之一。我国各污泥产生企业结合污泥自身特点和企业生产特点，选取适合企业实际的深度脱水技术与处置方式，优化各种资源配置，持续降低污泥处置的生产成本，实现污泥妥善处置，兼顾环境和经济，达到利益最大化，将是一项长期而艰巨的任务。