污泥脱水药剂中试试验研究

吴元，黄兴刚，刘翠，朱丽可，郑云锋，张力，吴涛

（维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏 常州 213125）

近年来，随着我国城镇化进程的不断加快，生活垃圾产生量逐年增加，填埋场产生的渗滤液与日俱增。在渗滤液处理过程中，其副产物污泥的产量也与日俱增。剩余污泥处理处置费用较高，占整个污水处理厂总运行费用的30%—50%，这是因为剩余污泥中含有大量水分，脱水是污泥减量化、无害化、资源化最关键的一步，有效的脱水可以显著减少污泥的体积并降低进一步处理处置的成本[1]。因此，解决污泥的脱水问题意义重大。目前提高污泥脱水效果的手段主要是通过化学方法、物理方法、生物方法进行调理，配合采用先进脱水设备脱水。相比于物理法、生物法，化学法调理更简单易行。污泥化学调理已有大量的研究与实践，如鹿雯等[2]、黄志斌等[3]通过投加化学药剂改善污泥脱水性能，表明无机絮凝剂存在絮凝效果差、投加量大等缺点；有机絮凝剂存在具有一定生物毒性、难以生物降解等缺点；杨斌等[4]利用粉煤灰和生石灰在污泥中能形成坚硬的网络骨架的性质，提高污泥的脱水性能，但这些材料如果单独使用容易出现投加量大、泥饼增容等问题。因此，研究优化絮凝剂与生石灰助凝剂的联合应用，寻找高效的污泥脱水药剂组合，对提高污泥脱水效果，改进污泥脱水工艺具有重要意义。

本研究通过调节污泥流量与PAM 的流量比和PAM-CaO 联用的方法改善剩余污泥脱水性能，并通过对污泥含水率、TS、VS、滤液pH 值等指标进行系统分析，解析脱水机理，旨在为污泥减量化处理提供依据。

1 试验部分

1.1 试验设备与试剂

试验设备包括进料泵、搅拌机和W 系列卧式螺旋卸料沉降离心机（见图1—图3），其中离心机最高转速为3500r/min，最高分离因数为3000g，电机功率为30—37kW，外形尺寸为3800mm×1200mm×1500mm。

图1 进料泵

图2 搅拌机

图3 离心机

试验药剂：药剂一为生石灰；药剂二为PAM（阳离子聚丙烯酰胺，浓度为0.3%）。

1.2 试验过程

试验污泥取自江苏某填埋场垃圾渗滤液的剩余污泥，其污泥特性如表1 所示。从表1 可以看出，原污泥偏碱性，含水率高，有机质含量高。首先通过试验分析不同PAM（3‰）使用量（通过改变原始污泥与PAM 的进样流量比来实现）对该种原始污泥的调理效果，然后采用PAM-CaO 对原始污泥进行调理分析，分析离心后的污泥及滤液的性状，综合评价污泥脱水效果。

表1 污泥特性

2 试验结果与分析

2.1 单一PAM 作为污泥调理剂时对污泥脱水效果的影响

按照表2污泥与PAM的流量比进行污泥脱水中试试验，并对离心后的污泥的含水率及污泥中的VS 含量进行分析，考察污泥性状（见图4）。由表2 可知，污泥的含水率为89.02%—90.10%，相差不大；VS 含量也相差不大，均在68%左右。可见，在调节PAM 流量时，过量投加PAM（污泥与PAM 的流量比5 ∶ 1 为正常量，表中4.5 ∶ 1、4 ∶ 1、3.5 ∶ 1 都属于PAM 过量）对污泥的含水率及VS 含量影响并不大。有研究表明，单一使用高分子有机絮凝剂时，若添加量较小，其吸附架桥能力较弱，污泥脱水能力较差；若投加量过大，污泥黏度增大，影响其脱水性能[5]。

表2 单一絮凝剂PAM 加药量及试验效果（污泥）

图4 污泥状态1

根据以上试验进行离心脱水，离心机主机转速2412.8r/min、辅机转速1856.0r/min、扭矩10.7N/m。离心后对滤液进行分析，主要检测pH 值、TS 含量、VS含量、SS 浓度。具体试验结果如表3 所示。

表3 单一絮凝剂PAM 加药量及试验效果（滤液）

由表3 可知：

（1）pH 值：调节污泥与PAM 比例后，pH 值无明显变化，在8.05—8.15 内波动。

（2）TS 含量：调节污泥与PAM 比例后，TS 含量变化不大，在2.61%—4.05%内波动，而且随着污泥流量的增大，TS 含量呈增加的趋势。

（3）VS 含量：调节污泥与PAM 比例后，VS 含量变化不大，在25.66%—39.70%内波动，而且随着污泥流量的增大，VS 含量呈增加的趋势。

（4）SS 浓度：随着污泥流量增大，SS 浓度由5775mg/L 增加至15 510mg/L。在试验过程中，也可以通过肉眼看出滤液逐渐浑浊。这是因为随着污泥流量的增大，絮凝效果变差，离心机扭矩减小，导致离心过程中滤液逐渐浑浊。

2.2 PAM-CaO 复合絮凝剂对污泥脱水效果的影响

按照表4 的PAM-CaO 的投加方式进行污泥脱水中试试验，并对离心后的污泥的含水率及污泥中的VS含量进行分析，考察污泥性状（见图5）。由表4 可知，污泥的含水率为75.16%—87.35%，与实际现场运行情况相比，含水率降低了2%—10%；VS 含量无明显的变化规律，大致表现为随着污泥流量的增大，VS 含量呈现增大的趋势。可见，PAM-CaO 复合絮凝剂可增强对污泥的脱水效果。

表4 PAM-CaO 加药量及试验效果（污泥）

图5 污泥状态2

综上可见，PAM-CaO 联合添加可明显改善污泥脱水性能，降低污泥含水率，这是因为生石灰作为助凝剂，通过Ca2+压缩双电层和电中和后，絮体颗粒间排斥力减弱，有助于吸附架桥作用，增强絮体强度，进而改善污泥的脱水性能[6]。

根据以上试验进行离心脱水，离心机主机转速2412.8r/min、辅机转速1856.0r/min、扭矩10.7N/m。离心后对滤液进行分析，主要检测pH 值、TS 含量、VS含量、SS 浓度。具体试验结果如表5 所示。

表5 PAM-CaO 加药量及试验效果（滤液）

由表5 可知：

（1）pH 值：投加CaO 后，pH 值由原始的7.71 增至12.76—13.25，pH 值较大。这是由于投加碱性物质——生石灰引起的。生石灰的投加对于改善污泥的脱水性能起到很大作用。主要原因为：碱性物质的作用使污泥pH 值升高，破坏生物结构；反应放热导致污泥温度升高；反应生成物中结合了游离水，同时放热反应使一部分游离水被蒸发。生石灰可以有效改变污泥的性质，将致密、黏稠的污泥变成疏松、流动性好、便于储存和运输的物料，因此生石灰被广泛应用在污泥脱水中。

（2）TS 含量：投加CaO 后，TS 含量由3.57%降至1.77%—2.07%。这是由于调理剂的絮凝作用将水中的悬浮固体等絮凝后，利用离心机将其甩出，使滤液中的TS 含量大大降低。在试验过程中也可以通过肉眼看到滤液呈清色，这将大大降低滤液的处理难度。

（3）VS 含量：调节污泥与PAM 比例后，VS 含量变化不大，在7.75%—13.94%内波动，无明显的变化规律。

（4）SS 浓度：投加药剂后，SS 浓度降至140—388mg/L。

3 结语

污泥脱水的中试结果表明，与单一絮凝剂PAM 作污泥调理剂相比，污泥通过PAM-CaO 药剂的联合调理，脱水效果得到明显改善，并且絮凝剂的添加量得到降低，污泥含水率可降至75.16%，离心滤液SS 浓度降至140—388mg/L。但生石灰的添加会导致成本增大，因而可进一步优化最佳配方和投加量，以降低污泥深度脱水的经济成本。