臥螺離心機污泥脫水絮凝劑的選擇
行業(yè)動態(tài)
城市污水處理廠在生化處理過程中會產(chǎn)生大量的剩余污泥，這些污泥是含水豐富帶負電荷，并能形成較穩(wěn)定的膠體混合液。通過多年來的研究和實踐證明，應(yīng)用有機高分子絮凝劑對污泥進行脫水調(diào)質(zhì)處理能夠有效的減少污泥數(shù)量，改進污泥脫水性質(zhì)，便于污泥運輸和進一步的處置。有機高分子絮凝劑的作用原理為膠體顆粒和懸浮物顆粒與高分子化合物的極性基團或帶電荷基團作用，顆粒與高分子化合物結(jié)合，形成體積龐大的絮狀沉淀物。因為高分子化合物的極性或帶電荷的基團很多，能夠在短時間內(nèi)同許多個顆粒結(jié)合，使體積增大的速度快，因此，形成絮凝體的速度快，絮凝作用明顯?？梢哉J為凝聚作用是顆粒有小到大的量變過程，而絮凝作用是量變過程達到一定程度時的質(zhì)變過程。有機高分子絮凝劑相對分子質(zhì)量大，架橋吸附能力強，網(wǎng)捕性能較好且具有用量少、效率高，受pH、共存鹽類及溫度影響較小的優(yōu)點。一般在污水處理廠多選用陽離子聚丙烯酰胺（PAM）作為絮凝劑脫水。但是陽離子聚丙烯酰胺有很多型號，這就需要根據(jù)污水處理廠的具體情況選擇合適的型號。（達力）銀川第四污水處理廠設(shè)計為氧化溝工藝技術(shù)，日處理污水能力為10萬噸，但隨著城市的擴增，目前日處理能力達到12萬噸以上。污泥脫水處理是污水廠正常運行的關(guān)鍵步驟，每天有500多噸含水率為98.81%的濕泥需要處理為含水率低于80%的泥外排。這些濕泥有機質(zhì)含量高達82%左右，處理前沒有重力濃縮池，為污泥脫水增加了難度。該廠采用的是臥螺離心機處理污泥，由于泥的特殊性，在絮凝劑藥物的選擇上需要考慮的因素就要多一些。為了更好的與實際生產(chǎn)相結(jié)合，且能降低生產(chǎn)成本。公司會對絮凝劑進行招標。招標前就需要經(jīng)過大量的實驗室小試選擇出絮凝效果良好的藥劑型號，然后再上機實驗。對實驗結(jié)果綜合評價。為招標提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。
1 實驗裝置
1.1 實驗藥品
選用陽離子聚丙烯酰胺（PAM）。分別由國內(nèi)和國外的不同廠家提供適合離心機使用的不同型號的樣品。
1.2 實驗儀器
85-2型恒溫磁力攪拌器、HACH2100濁度儀、Sartorius含水率測定天平、Sartorius天平。NOXON臥螺離心機兩臺、NOXON Dry絮凝劑紙杯系統(tǒng)一套，Seepex污泥泵兩臺。
1.3 實驗用泥
采集新鮮的未經(jīng)重力濃縮池的污泥備用。第四污水處理廠日常接納的污水以生活污水為主，COD約為419mg/L，懸浮物約為287mg/L，總氮約為48.25mg/L。氧化溝中污泥濃度約為5.2g/L，有機質(zhì)含量約為62%。
2 實驗步驟
2.1 實驗室小試
所有樣品有專人編號，實驗室盲試。統(tǒng)一在實驗室進行小試，初篩藥品。一共有18個小樣，選擇燒杯對倒實驗方法統(tǒng)一測試。
2.1.1 配置藥劑
量取400L自來水放到磁力攪拌器上，調(diào)整攪拌器的轉(zhuǎn)速為100r/min左右。稱取0.4g藥劑加入水中，攪拌約45min。此溶液濃度為2.0‰，以相同的方法分別再配制1.5‰、2.5‰不同濃度的溶液。在配制過程中觀察絮凝劑溶解狀態(tài)。
2.1.12 燒杯實驗
采四廠新鮮進泥250mL，加入10L配制好的藥品溶液，將兩個燒杯進行對倒。觀察絮凝劑絮凝速度、絮凝抱團情況并測定濾液體積和濁度（上層清液的透明度）等項目做綜合評分。發(fā)現(xiàn)2.0‰的濃度較合適。
2.2 上機中試
取小試前8名進行實驗。所有藥品重新編號。實驗者還是盲試。稱取一定量的絮凝劑配制，藥物在配藥管中攪拌45min，調(diào)整離心機轉(zhuǎn)速和速差，在實驗期間保持平穩(wěn)。通過SP3000模擬屏控制泥流量、藥流量等參數(shù)，以達到良好的出泥效果。中試時以出滿一車泥為標準，計算單耗。
2.3 綜合判定選型
根據(jù)前面兩個實驗結(jié)果結(jié)合藥劑生產(chǎn)廠家的報價綜合評價。選擇出性價比高的藥劑用于生產(chǎn)。
3 結(jié)果和討論
3.1 PAM燒杯實驗結(jié)果分析
去掉5個不絮凝的樣品，剩余的樣品按照下面的評分標準進行綜合評定。
評分標準：上清液≥190mL得0分，180mL～189mL得1分，170mL～179mL得2分，160mL～169mL得3分，＜160mL得4分。
濁度：＜10NTU得0分，10NTU～15.0NTU得1分，15.1NTU～20.0NTU得2分，20.1NTU～25.0NTU得3分，＞25.1NTU得4分。
抱團次數(shù)：≤4次得0分，5～6次得1分，7～8次得2分，＞8次得3分。
抱團與破碎次數(shù)差：＞6次得0分，0～5次得1分，＜0次得3分。
泥水分離程度：分離好0分，不好1分。
抱團程度：緊密0分，一般1分，松散2分。
溶解性：完全0分，少量不溶或形成小絮團1分，大量不溶2分。
按分數(shù)由低到高排序，實驗結(jié)果如下：
序 號 | 上清量（mL） | 濁度（NTU） | 抱團次數(shù) | 破碎次數(shù) | 泥水分離度 | 抱團緊密度 | 溶解度 | 總分 | 備注（排名） |
1 | 205 | 18.2 | 6 | 2 | 0 | 1 | 1 | 8 | 9 |
2 | 180 | 19.1 | 6 | 3 | 0 | 1 | 0 | 8 | 10 |
3 | 185 | 7.59 | 7 | 3 | 1 | 1 | 2 | 9 | 13 |
4 | 175 | 14.0 | 4 | 5 | 0 | 1 | 2 | 7 | 6 |
5 | 210 | 13.1 | 8 | 4 | 0 | 1 | 1 | 7 | 7 |
6 | 180 | 11.7 | 6 | 17 | 0 | 1 | 2 | 6 | 2 |
7 | 200 | 10.8 | 4 | 4 | 0 | 0 | 0 | 2 | 1 |
8 | 175 | 16.1 | 7 | 19 | 0 | 1 | 2 | 9 | 12 |
9 | 185 | 9.96 | 8 | 4 | 0 | 1 | 1 | 8 | 8 |
10 | 235 | 8.43 | 6 | 3 | 0 | 1 | 1 | 6 | 3 |
11 | 210 | 11.9 | 3 | 2 | 0 | 1 | 1 | 6 | 4 |
12 | 195 | 21.6 | 5 | 5 | 1 | 1 | 1 | 8 | 11 |
13 | 200 | 19.1 | 4 | 3 | 0 | 1 | 0 | 6 | 5 |
3.1.1 藥物濃度的初選
配制不同濃度的藥劑進行實驗，發(fā)現(xiàn)1.5‰濃度下的藥劑要達到理想的絮凝效果需要加入的藥量就會增加很多，可是實際生產(chǎn)中的配藥系統(tǒng)不能配制出所需的藥劑量，在生產(chǎn)上會造成藥劑不能滿足供應(yīng)的情況出現(xiàn)。而2.5‰的濃度藥劑溶解情況欠佳，有大的絮團生成。燒杯對倒實驗時絮凝體表面有藥劑，且藥劑消耗量大。所以選擇2.0‰的濃度。雖然實驗室的實驗條件和實際的生產(chǎn)條件有著很大的差距。但實驗室的實驗結(jié)果對生產(chǎn)還是具有一定的指導(dǎo)作用。尤其在配制濃度的選擇中更具有優(yōu)勢。小試所用時間較短，配制快，也不會造成浪費，更不會影響生產(chǎn)。如果配藥濃度過低，污泥絮凝效果很差，污泥在離心機的剪切力作用下不會成團，以泥漿的形式流出，不能很好的將污泥脫水。配藥濃度過高又會增加藥耗，成本增加；還會堵塞輸藥管道和藥泵，延誤生產(chǎn)。
3.1.2 溶解性的觀察
在污水處理廠，絮凝劑一般是以水溶液的形式與污泥混合，反應(yīng)達到絮凝效果。因此絮凝劑溶解狀態(tài)就是一個重要的環(huán)節(jié)。燒杯實驗觀察，如果無肉眼可見的顆粒物或者凝膠團，基本上就可以判斷溶解性能的優(yōu)劣。不同型號的藥劑溶解性差距較大，實驗結(jié)果顯示2.0‰的濃度用于污泥脫水效果較合適。
3.1.3 絮凝效果的比較
通過實驗發(fā)現(xiàn)，每個藥物與污泥反應(yīng)后形成絮凝體的速度，上清液的體積和濁度、絮凝體的團塊大小都一樣，因此可以依據(jù)這些判斷絮凝效果的好壞。在實驗結(jié)束后，根據(jù)實驗結(jié)果選出排名靠前的8種藥劑進行上機實驗。
3.2 上機實驗的結(jié)果和分析
上機實驗主要考察各種型號的陽離子聚丙烯酰胺對污泥的脫水性能，單噸藥耗等。脫水性能主要包括脫水后泥餅的含水率以及濾液中的懸浮物（SS）等。通過這些參數(shù)確定脫水效果佳且經(jīng)濟合理的藥劑型號。在上機過程中有兩種型號的藥劑出泥效果不佳停止上機實驗。有六種藥劑完成實驗過程，結(jié)果如下：
序 號 | 配制濃度（‰） | 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速（r/min） | 速差 | 絮凝劑用量（kg） | 泥餅總量（t） | 進泥含水率（%） | 出泥含水率（%） | 單耗（kg/t） | 濾液中SS（mg/L） |
1 | 2.0 | 2080 | 2.67 | 17.94 | 21 | 98.94 | 81.86 | 4.71 | 61 |
2 | 2.0 | 2185 | 4.46 | 19.46 | 21.6 | 98.95 | 79.31 | 4.35 | 38 |
3 | 2.0 | 2177 | 3.09 | 17.00 | 29 | 98.90 | 79.72 | 2.89 | 30 |
4 | 2.0 | 2200 | 3.35 | 16.52 | 23.5 | 98.98 | 80.05 | 3.52 | 35 |
5 | 2.0 | 2166 | 3.01 | 19.03 | 29 | 98.98 | 78.91 | 3.11 | 29 |
6 | 2.0 | 2165 | 3.10 | 13.89 | 21.5 | 98.76 | 78.69 | 3.03 | 33 |
由上述結(jié)果可知，在同一濃度下不同的藥劑脫水性能迥異。
3.2.1 離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和速差
離心機在脫水過程中當進泥濃度變化時，轉(zhuǎn)鼓和螺旋的轉(zhuǎn)差和扭矩會自動跟蹤調(diào)整，所以不設(shè)專人操作。離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速加快，作用在污泥上的離心力也會相應(yīng)增加，提高離心沉降速度，污泥含水率也會相應(yīng)降低。但是轉(zhuǎn)速也不是無限制增大，實驗發(fā)現(xiàn)，離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速在2080r/min～2200r/min運行效果較佳。
速差是指離心機的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和螺旋轉(zhuǎn)速之差。速差決定著污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時間，直接影響污泥的含水率。實驗中發(fā)現(xiàn)該離心機速差維持在2.67～4.46，污泥含水率很好。
3.2.2 聚丙烯酰胺的陽離子度和相對分子質(zhì)量的影響
陽離子度是指陽離子聚丙烯酰胺的陽離子電荷密度，離子度決定了絮團的緊密度，含水率。實驗中還發(fā)現(xiàn)離心機對藥劑的相對分子質(zhì)量有一定要求，小相對分子質(zhì)量的絮凝劑在離心機剪切力的作用下會破碎。實驗結(jié)束后根據(jù)廠家提供的藥劑檢驗報告，發(fā)現(xiàn)離心機適合相對分離質(zhì)量較大的，1000萬～1200萬的藥劑效果佳，陽離子度不需要很高的藥劑，45%～50%的均可。通過模擬離心機實驗狀態(tài)，控制攪拌速度達到所需要的線速度，模擬出高剪切力環(huán)境進行相關(guān)實驗，實驗發(fā)現(xiàn)相對分子質(zhì)量為1200萬的陽離子藥劑比相對分子質(zhì)量為800萬的耐剪切，而且用量少。
3.2.3 其他因素
考慮到實驗時四廠氧化溝的污泥濃度比較高，每個運行員工對離心機的掌控度不一致，在不影響生產(chǎn)的前提下，在實驗過程中對離心機本身的參數(shù)調(diào)節(jié)不多。但選用一定半徑的出水堰板對絮凝劑耗用量和污泥處理量至關(guān)重要。出水堰板直徑越小，則干污泥的絮凝劑耗用量越少，絮凝劑的污泥處理量越多。
運行員工的工作態(tài)度也是一個重要的影響因素。四廠的配藥系統(tǒng)從配藥過程到出泥有很多環(huán)節(jié)需要操作人員細致觀察，不同藥劑的密度不一，一定時間內(nèi)出粉量不同，配藥濃度和藥劑消耗存在差異。進泥流量對結(jié)果也有影響，進泥含水率高流量就大，出泥中還要據(jù)此調(diào)整進泥的流量。
4 實驗結(jié)論
臥螺離心機應(yīng)用于污泥脫水中需要多因素的匹配，絮凝劑的型號、配藥濃度、離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和速差、進泥含水率、進泥流量等多種參數(shù)優(yōu)化組合才能達到理想的效果。通過小試確定出較佳配藥濃度為2.0‰，上機實驗中發(fā)現(xiàn)相對分子質(zhì)量1000萬～1200萬，且陽離子度45%～50%的藥劑出泥效果較好。以這些實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，可以選擇藥耗低和出泥效果好，含水率低且價格適宜的藥劑用于生產(chǎn)。既節(jié)約成本又提高生產(chǎn)效益。當然，在實際生產(chǎn)過程中還要調(diào)整好工藝參數(shù)，因污泥厭氧的情況下絮凝效果很差而且和藥劑無明顯關(guān)系。提高員工的素質(zhì)也是一個重要的環(huán)節(jié)。北方地區(qū)一年四季溫度變化明顯，還要實時根據(jù)氣候狀況合理調(diào)節(jié)。使脫水狀況達到較佳。
