造紙污泥深度脫水干化研究進(jìn)展
行業(yè)動態(tài)
造紙廢水處理的污泥量大，一般是同等規(guī)模市政污水處理廠的5～10倍。據(jù)調(diào)查，每年我國制漿造紙企業(yè)產(chǎn)生的污泥量500余萬t。目前，造紙污泥處理處置技術(shù)以填埋、堆肥、焚燒發(fā)電為主，還包括制造造紙?zhí)盍稀⒅圃旎钚蕴?、生產(chǎn)乙酸乙醇等其他利用技術(shù)。污泥脫水可以有效降低需要處理、處置的污泥體積，是污泥減量化中較經(jīng)濟(jì)的一種方法，也是污泥處置（焚燒、堆肥、填埋）必不可少的環(huán)節(jié)。但對于常規(guī)污泥脫水方式，污泥的含水率依然高達(dá)78%～82%，難以達(dá)到填埋場土力學(xué)要求，也無法滿足污泥焚燒的熱值要求。因此，對造紙污泥進(jìn)行深度脫水干化，降低污泥含水率，減小污泥體積和質(zhì)量，提高污泥熱值，顯得尤為重要。本文綜述了造紙污泥深度脫水干化的方法及研究進(jìn)展情況。
1 造紙污泥的性質(zhì)
造紙廢水處理系統(tǒng)的污泥可分為初級污泥、二級污泥、三級污泥和混合污泥共4種。初級污泥由篩渣和大量無機(jī)填料組成，可形成比較硬的泥餅，易脫水，脫水后干度較高；二級污泥常稱為活性污泥，一般為采用生物化學(xué)的方法去除呈膠體狀態(tài)和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物，主要由蛋白質(zhì)組成，較難脫水；三級污泥主要為廢水深度處理過程中絮凝沉淀產(chǎn)生的污泥，很難脫水；以上污泥混合之后的污泥稱為混合污泥。
造紙污泥中的水分主要有間隙水、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水4種，其中，間隙水和表面吸附水可以通過污泥濃縮處理去除；毛細(xì)水約占污泥中總含水量的15%～25%，必須借助機(jī)械作用力才能去除；內(nèi)部結(jié)合水是指包含在造紙污泥中微生物細(xì)胞體內(nèi)的水分，它的含量與污泥中微生物細(xì)胞體所占的比例有關(guān)。必須通過破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞液滲出才能去除，常規(guī)的機(jī)械脫水方法無法將其去除。
2 造紙污泥調(diào)理
污泥調(diào)理是污泥濃縮或機(jī)械脫水前的預(yù)處理，其目的是改善污泥濃縮和脫水的性能，減小脫水時的阻力，以提高脫水設(shè)備的處理能力和處理效率。造紙污泥常采用化學(xué)調(diào)理，冷凍調(diào)理和熱調(diào)理也是當(dāng)前污泥調(diào)理的熱點。
2.1 化學(xué)調(diào)理
造紙污泥的化學(xué)調(diào)理是在污泥中加入適量的絮凝劑、助凝劑等化學(xué)藥劑，使污泥顆粒絮凝，從而提高污泥的脫水性能。常用的有機(jī)高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺（PAM），無機(jī)絮凝劑有聚合氯化鋁（PAC）、聚硅酸鋁（PASi）、聚合氯化鋁鐵（PAFC）等。與無機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑對有機(jī)物和無機(jī)物都有很好的凈化作用，同時具有用量少、成本低、毒性小、pH值適用范圍廣等優(yōu)點。由于化學(xué)調(diào)理操作簡單、效果好而成為比較常用的方法。
2.2 熱調(diào)理
污泥熱調(diào)理可破壞污泥持水結(jié)構(gòu)，將結(jié)合水釋放出來。張林等人以蒸汽熱調(diào)理方式對污泥進(jìn)行處理，經(jīng)機(jī)械脫水后，污泥含水率由80%下降至50%，同時可對污泥實現(xiàn)殺菌和除臭。目前，該工藝在深圳市已得到應(yīng)用。熱調(diào)理可明顯改善污泥脫水性能，不需加藥，可殺死病原菌，但能耗較高。
2.3 冷凍調(diào)理
冷凍調(diào)理可改變污泥的性狀，冷凍后污泥顆粒間內(nèi)部結(jié)合水和間隙水被排出。吳春篤等人研究了冷凍調(diào)理對造化廠Fenton氧化單元產(chǎn)生的化學(xué)污泥沉降及脫水性能的影響，發(fā)現(xiàn)冷凍調(diào)理時間為9h時，造紙污泥在35min內(nèi)的沉降率達(dá)到80%以上，在45～50kPa真空度下抽濾10min后，泥餅的含水率約為61%，比沒有經(jīng)過冷凍調(diào)理的污泥泥餅含水率低17%。冷凍調(diào)理能耗較熱調(diào)理低，同時處理過程中有機(jī)物不會分解，無需對分離液進(jìn)行二次處理，但是冷凍調(diào)理時間較長，過程緩慢。
3 造紙污泥脫水
3.1 帶式壓濾脫水
帶式壓濾機(jī)可用于各種污泥脫水，其連續(xù)生產(chǎn)性好、自動化程度高、生產(chǎn)能力大、占地面積小，在污泥脫水中應(yīng)用較為廣泛。但是在造紙污泥脫水中存在一些問題，主要表現(xiàn)在：
（1）壓濾機(jī)出來的泥餅含水率波動大，達(dá)不到設(shè)計要求。
（2）壓濾機(jī)兩側(cè)跑泥嚴(yán)重。
（3）濾液濁度大。
（4）泥餅含水率高，增加了后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。因此，目前帶式壓濾機(jī)在造紙污泥脫水中應(yīng)用呈減少趨勢。
3.2 板框壓濾脫水
板框式壓濾機(jī)是通過板框的擠壓，使污泥中的水通過濾布排出，達(dá)到脫水目的。一般板框式壓濾機(jī)與其他類型脫水機(jī)相比，泥餅含固率高?？蛇_(dá)35%以上。通常板框式壓濾機(jī)為間歇式運(yùn)行。而現(xiàn)在可通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)全自動方式，其壓濾、濾板的移動、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布的沖洗、進(jìn)料等操作均可通過PLC遠(yuǎn)端控制來完成，不僅可實現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，同時可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度。江西晨鳴紙業(yè)采用4臺板框式壓濾機(jī)對造紙污泥進(jìn)行深度脫水處理，目前已投入運(yùn)行，運(yùn)行效果良好。
3.3 螺旋壓濾機(jī)脫水
螺旋壓濾機(jī)是利用物料在螺旋旋轉(zhuǎn)葉片推動下沿軸向前進(jìn)，前進(jìn)過程中物料受變化的螺距和調(diào)節(jié)擋板的作用，形成巨大的擠壓力，使物料在外力作用下進(jìn)行機(jī)械脫水。螺旋壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，處理量大，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)簡單，產(chǎn)生的泥餅干度約為50%～55%，從工業(yè)發(fā)達(dá)國家制漿造紙廢水處理廠選用的脫水設(shè)備上看，螺旋壓濾機(jī)有逐步取代帶式壓濾機(jī)的趨勢。
3.4 新型脫水設(shè)備
電滲透脫水技術(shù)是一種可以對污泥進(jìn)行深度脫水的新興技術(shù)，通過對污泥施加電壓，在電場的驅(qū)動下實現(xiàn)泥水分離，達(dá)到減少污泥體積、利于隨后的處理和處置的目的。在整個過程中，物料不升溫，調(diào)節(jié)物塊形狀可以提高脫水的速率和效率，升高所施加電場的電壓，可有效地提高電滲透脫水速率。董立文等人研究了造紙污泥的電滲透脫水效率，結(jié)果表明，電滲透脫水技術(shù)可以顯著降低造紙污泥的含水率，當(dāng)污泥含水率降至60%時，所需要的能耗為0.14～0.28kWh/kg去除水。電滲透脫水存在陽極電極消耗、污泥在電化學(xué)作用下可能發(fā)生分解的現(xiàn)象。
3.5 污泥脫水設(shè)備比較
各種污泥脫水機(jī)比較情況如下：
設(shè)備種類 | 脫水原理 | 特點 | 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) |
帶式壓濾脫水機(jī) | 通過壓榨輥與濾帶擠壓脫水 | 優(yōu)點：可連續(xù)運(yùn)行，處理量大 缺點：出泥干度20%～25%，操作環(huán)境較差，需設(shè)排氣罩或考慮降臭設(shè)備 | 設(shè)備國產(chǎn)化程度高，投資運(yùn)行成本較低 |
板框式壓濾脫水機(jī) | 通過板框的擠壓，使污泥中的水通過濾布排出，達(dá)到脫水目的 | 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，濾餅含水率低，對物料適應(yīng)性強(qiáng)，濾材使用壽命長 | 連續(xù)作業(yè)性設(shè)備造價高，但運(yùn)行成本較低 |
螺旋壓濾脫水機(jī) | 利用物料在螺旋旋轉(zhuǎn)葉片推動下沿軸向前進(jìn)，前進(jìn)過程中物料受變化的螺距和調(diào)節(jié)擋板的作用，形成巨大的擠壓力，使物料在外力作用下進(jìn)行機(jī)械脫水 | 優(yōu)點：濾餅含水率低不需要濾餅，不會發(fā)生堵塞 缺點：機(jī)械磨損大，動力消耗較大 | 進(jìn)口設(shè)備，運(yùn)行可靠，但價格昂貴，運(yùn)行成本較高 |
新型脫水設(shè)備 | 利用電化學(xué)或其他新技術(shù)進(jìn)行脫水 | 優(yōu)點：脫水速率和效率高，污泥干度高 缺點：多處于實驗室階段，缺少工程實例 | 設(shè)備造價高，運(yùn)行管理要求高 |
4 造紙污泥干化
4.1 鍋爐煙氣余熱干化
目前，帶式壓濾機(jī)、板框式壓濾機(jī)、螺旋壓濾機(jī)等，其脫水后污泥干度為25%～50%，有的螺旋擠壓濾機(jī)污泥干度高達(dá)60%，通過煙氣干化的造紙污泥干度可達(dá)到70%～75%。滕敬彥等人利用熱電廠煙氣余熱干化污泥，煙氣溫度110～145℃，污泥含水率明顯降低，污泥的體積大幅減小，并形成質(zhì)地堅硬的污泥團(tuán)粒。目前，該技術(shù)已應(yīng)用于山東宏河紙業(yè)利用煙氣余熱污泥焚燒項目、山東銀河紙業(yè)污泥制肥項目，使用效果良好。
4.2 太陽能干化
太陽能是一種清潔、安全、廉價、可再生的綠色能源，利用太陽能對污泥進(jìn)行干化處理具有節(jié)能降耗和減碳的現(xiàn)實意義。其處理過程是將污泥攤置到由級配碎石鋪墊的干化場上，通過蒸發(fā)、滲透和清液溢流等方式，實現(xiàn)脫水干化。解清杰等人以海南省某紙漿企業(yè)的造紙污泥進(jìn)行太陽能干化處理，采用溫室型太陽能干化工藝，污泥含水率為80%，經(jīng)處理后可獲得干度40%～50%的干化污泥。該處理方式投資低、成本低、干化效果好，但占地面積大，容易滋生蚊蠅、散發(fā)臭氣。
4.3 生物干化
污泥生物干化是指在生物活動產(chǎn)生的較高溫度條件下，對脫水污泥中的有機(jī)物進(jìn)行生物降解，同時加快污泥中的水分散失，生成具有較低含水率的干化污泥。陳清林等人研究了造紙污泥生物干化特性及其影響因素，在較優(yōu)工藝條件下，能夠?qū)⒃旒埼勰嗪视?span style="font-family: Arial;">74.4%降低到50%左右，生物干化效果顯著。污泥生物干化投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，但是干化周期長，對溫度、調(diào)理劑、通風(fēng)等條件因素要求嚴(yán)格。
5 結(jié)語
造紙污泥是一種很有利用價值的潛在資源，世界上許多國家都在大力發(fā)展污泥處理處置和利用的各種技術(shù)，而這些技術(shù)都對污泥的含水率提出了嚴(yán)格的要求。在造紙污泥深度脫水干化方案選擇時應(yīng)注意以下兩點：
（1）污泥性質(zhì)、調(diào)理、脫水設(shè)備及干化方式對于造紙污泥深度脫水干化過程是四位一體的，必須統(tǒng)籌考慮。
（2）一種有效的污泥脫水、干化方法，應(yīng)當(dāng)兼顧到環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，盡量走資源化的道路，減少對環(huán)境的影響，避免形成二次污染。
