陽離子絮凝劑在生化污泥脫水中的應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
填埋場高濃度氨氮滲濾液利用活性污泥脫氮處理，產(chǎn)生大量活性污泥，含水率高達(dá)97%～98%，由于污泥顆粒細(xì)小、不均勻、帶負(fù)電荷、顆粒之間相互排斥，給污泥脫水帶來極大困難?，F(xiàn)較成熟污泥脫水方法是采用絮凝劑沉降法，絮凝劑分為無機(jī)絮凝劑和合成高分子絮凝劑，其中陽離子聚丙烯酰胺（簡稱CPAM）在污泥脫水方面應(yīng)用更加廣泛，且小試級理論類研究較多，但在車間級應(yīng)用類研究較少。本實驗針對長沙市固體廢棄物處理場滲濾液分廠生化污泥離心脫水系統(tǒng)活性污泥離心后污泥含水率高于90%和絮凝劑單耗高達(dá)4.94kg/t污泥等問題進(jìn)行研究，尋找該廠的適宜工藝條件，目的是為了降低離心后的污泥含水率和降低絮凝劑單耗，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，實現(xiàn)輔料的精細(xì)化使用，同時也為污水處理過程中污泥脫水穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。
1 實驗
1.1 主要試劑及儀器
CPAM（分子量有400萬、600萬、800萬和1200萬，工業(yè)級）；電子天平；電熱鼓風(fēng)機(jī)干燥箱；COD消解儀。
1.2 離心脫水系統(tǒng)主要設(shè)備
| 離心脫水機(jī) | 參數(shù) | 干粉制備裝置 | 參數(shù) |
生產(chǎn)廠商 | 安德里茨 | 生產(chǎn)廠商 | 普羅名特 |
型號 | D4LL | 型號 | Uitromatr-C4000 |
流量 | 25m3/h | 流量 | 3m3/h |
材質(zhì) | 不銹鋼 | 制備濃度 | 0.1%～0.3% |
電機(jī)功率 | 37+7.5kW | 電機(jī)功率 | 5kW |
1.3 生化污泥性狀
實驗用生化污泥為長沙市固體廢棄物處理場滲濾液分廠MBR工藝產(chǎn)生的剩余污泥，剩余污泥的基本性質(zhì)和性能指標(biāo)如下：
| 基本性質(zhì)和性能指標(biāo) | 參數(shù) |
氣味 | 泥土味 |
顏色 | 褐色、（土）黃色、鐵紅色 |
密度 | 1.002～1.006 |
粒徑 | 0.02～0.2mm |
比表面 | 20～100c㎡/mL |
pH | 6～8 |
電負(fù)性 | 帶負(fù)電荷 |
懸浮固體濃度MLSS | 20～24g/L |
污泥沉降比SV30 | 90% |
污泥體積指數(shù)SVI | 37.5～45mL/g |
1.4 分析方法
1.4.1 污泥含水率（Wp）的測定
將干凈的坩堝移入烘箱中于103～105℃烘干后，放干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱其重量。反復(fù)烘干、冷卻、稱量，直至兩次稱量的重量差≤0.2mg，記錄M1。取充分混合均勻的泥樣約5～20g的污泥，放入原恒重的坩堝中，記錄M2。將坩堝移入烘箱中，在103～105℃烘干2h左右，移入干燥器內(nèi)使其冷卻至室溫，稱量。反復(fù)烘干、冷卻、稱量直至恒重，記下坩堝和泥的數(shù)據(jù)為M3。污泥含水率Wp的計算公式如下：Wp=（M2-M3）/（M2-M1）×100%
1.4.2 SS含量的測定
定性濾紙在103～105℃烘干，干燥期內(nèi)冷卻，稱重，反復(fù)直至獲得恒重或稱重?fù)p失小于前次稱重的4%，重量為M0。取樣品100mL用濾紙過濾，放入103～105℃的烘箱中烘干取出在干燥器中冷卻至平衡溫度稱重，反復(fù)干燥直至恒重或失重小于前次稱重的5%或0.5mg（取較小值），重量為M1。固體懸浮物（SS）的計算公式如下：SS=（M1-M0）×106/100
2 結(jié)果與討論
2.1 CPAM的分子量（M）的影響
CPAM的絮凝作用與分子結(jié)構(gòu)和分子量分布以及分子量大小有關(guān)，其中常見的分子量為300～1500萬?，F(xiàn)選取CPAM分子量為400萬、600萬、800萬和1200萬依次試驗。將試驗用的CPAM加入絮凝劑制備裝置，設(shè)置濃度為0.26%，開啟離心機(jī)，控制污泥進(jìn)樣量為10m3/h，CPAM進(jìn)樣量為2m3/h，離心機(jī)開機(jī)穩(wěn)定30min后分別取污泥檢測含水量和上清液檢測COD、SS的含量。
從檢測結(jié)果可以看出，在CPAM濃度和投加量相同的情況下，當(dāng)M低于600萬，溶液中舒展開的分子鏈不夠長，不利于對膠體顆粒的捕集和橋接，離心后，泥和水很難分離，出泥 含水率高，水層清液SS含量高。隨著分子量增加，CPAM鏈節(jié)數(shù)增多，每個聚合物分子長度變長，和污泥接觸面積變大，與膠體顆粒碰撞幾率增大，有利于膠體顆粒的捕集和橋接。離心后，泥和水易分離，出泥含水率降低，水層清液SS含量降低。當(dāng)M超過800萬時，CPAM鏈節(jié)數(shù)過長，不易和污泥混合均勻，M的影響變的不明顯，而且會導(dǎo)致污泥粘度的增加，同時CPAM中的正電荷和污泥的負(fù)電荷作用面積變長，不利于成網(wǎng)，離心后，泥團(tuán)不穩(wěn)定，高速離心后，CPAM和污泥易脫落，導(dǎo)致清液COD含量和SS增加。
2.2 CPAM的濃度（C）的影響
選取分子量為800萬的CPAM，控制污泥進(jìn)樣量為10m3/h，CPAM進(jìn)樣量為2m3/h，CPAM濃度從0.22%、0.24%、0.26%、0.28%、0.3%依次遞增，開機(jī)穩(wěn)定30min后分別取污泥檢測含水量和上清液檢測COD、SS的含量。
從檢測結(jié)果可以看出，在M相同的情況下，當(dāng)C低于0.24%，CPAM長鏈分子易分解成短鏈小分子，吸附架橋作用減弱，離心后，泥和水很難分離，出泥含水率很高，水層清液SS含量極高。隨著C的上升，CPAM分子總數(shù)變多，正電荷和污泥的負(fù)電荷碰撞機(jī)會增加，有利于對膠體顆粒的捕集和橋接。離心后，泥和水易分離，出泥含水率降低，水層清液SS含量也降低。當(dāng)C超過0.26%時，CPAM分子量達(dá)到極限，長鏈分子沒有充分舒展開，污泥粘度增加，大量CPAM未反應(yīng)完，經(jīng)離心后，未反應(yīng)完的CPAM和清液流出，導(dǎo)致清液COD含量增加。
2.3 污泥進(jìn)樣量與CPAM進(jìn)樣量的比（P）的影響
選取分子量為800萬的CPAM，CPAM濃度為026%，調(diào)節(jié)CPAM和污泥進(jìn)樣量，控制污泥進(jìn)樣量和CPAM進(jìn)樣量配比為4：1、5：1、6：1、7：1依次遞增，開機(jī)穩(wěn)定30min后分別取污泥檢測含水量和上清液檢測COD、SS的含量。
從檢測結(jié)果可以看出，在M和C相同的情況下，當(dāng)P低于5：1時，CPAM長鏈分子相對偏多，長鏈分子沒有充分舒展開，污泥粘度增加，大量CPAM未反應(yīng)完，經(jīng)離心后，未反應(yīng)完的CPAM和清液流出，導(dǎo)致清液COD含量偏高。隨著P的增加，單位污泥接觸的CPAM量變少，正電荷數(shù)變少，絮凝劑中的正電荷和污泥的負(fù)電荷碰撞機(jī)會減少，不利于對膠體顆粒的捕集和橋接，反應(yīng)變慢、反應(yīng)時間延長，離心時，泥和水不易分離，出泥含水率上升，水層清液SS含量增加。當(dāng)P超過5：1時，單位污泥接觸的CPAM量低于極限點，正電荷數(shù)不能中和污泥中的負(fù)電荷數(shù)，吸附架橋作用減弱，污泥不能成團(tuán)，離心時，泥和水極不易分離，上清液是泥和水混合液，導(dǎo)致清液SS含量極速上升。
2.4 穩(wěn)定性試驗
在上述優(yōu)化條件下車間連續(xù)試運(yùn)行30d，控制污泥進(jìn)樣量為10m3/h，CPAM進(jìn)樣量為2m3/h，濃度為0.26%，CPAM分子量為800萬。運(yùn)行期間，WP穩(wěn)定在80%以內(nèi)，SS含量在40mg/L以內(nèi)，COD含量會隨著生化系統(tǒng)的波動而波動，但基本維持在600～700mg/L之間，整體穩(wěn)定性好。
3 結(jié)論
該方法有效地把該廠的污泥含水率控制在80%以內(nèi)，同時將絮凝劑單耗降低了0.61kg/t污泥，實現(xiàn)了該廠的污泥脫水穩(wěn)定運(yùn)行。該研究數(shù)據(jù)來源于車間實際運(yùn)行記錄和化驗檢測，僅用于分析數(shù)據(jù)的變法趨勢，比如COD含量的變法只用來定性地判定離心后清液中絮凝劑含量增多或減少。由于污泥性狀不同、離心機(jī)的型號各異及老化或外界環(huán)境變動，因此，該研究僅針對該廠出現(xiàn)的問題，但該研究方法可以為各大污水廠的生化污泥脫水穩(wěn)定運(yùn)行提供參考和思路。
