北京市第九自來水廠污泥脫水試驗研究
技術支持
自來水廠產(chǎn)生的廢水主要來自沉淀池或澄清池的排泥水和濾池的反沖洗水。生產(chǎn)廢水經(jīng)過濃縮池處理后產(chǎn)生的污泥，如直接進行脫水處理，其脫水效果很差，須進行各種調(diào)理過程。污泥調(diào)理的方法較多，大體可以分為兩大類：化學調(diào)理和物理調(diào)理。加藥調(diào)理主要有石灰處理、酸處理、堿處理、高分子絮凝劑和無機混凝劑處理等；不加藥處理包括熱處理、冷凍處理等技術，而混凝劑調(diào)理為較常用的污泥脫水前處理技術。
北京市第九自來水廠每天產(chǎn)生的含水率為98%～99%的濃縮污泥約1000t。污泥脫水采用離心方式，為了達到較好的泥水分離效果，污泥調(diào)理過程中投加了大量的PAM，但是脫水效率依然較低，泥餅含水率約為80%。由于脫濾液的水質(zhì)較差，而且受到高濃度PAM的污染，所以無法回用，只能直接排放，不僅浪費大量的水資源，并且嚴重污染了周圍河道。因此，本研究擬采用隔膜壓濾技術，并篩選出與其相適宜的污泥調(diào)理技術： ，實現(xiàn)污泥深度脫水，在污泥脫水過程中削減污泥量；第二，清液回用。隔膜壓濾機過濾壓力高，可以選用致密的濾布，通過濾布截留和濾餅層過濾，獲得清澈的濾液。因此，在保證污泥高效脫水的基礎上，達到回用污泥脫水清液的目的，從而實現(xiàn)水廠排泥水零排放。
1 試驗部分
1.1 水廠污泥基本情況介紹
第九自來水廠每天產(chǎn)生的含水率為98%～99%的濃縮污泥約1000t。污泥中主要成分為氫氧化鋁、氫氧化鐵、PAM和少量有機質(zhì)。污泥密度為1g/cm3。小試污泥除PAC與石灰復配試驗含水率為97.77%外，其他各組試驗污泥原始含水率均為98.4%。
1.2 污泥調(diào)理藥劑
3種無機混凝劑（氯化鐵、PAC和石灰）、1種有機混凝劑（PAM）。其中，氯化鐵和PAC均為液體藥劑，其質(zhì)量濃度和氧化鋁含量分別為38%和10%。
1.3 污泥調(diào)理和脫水試驗
1.3.1 小試
（1）污泥調(diào)理過程。
取500mL污泥置于1000mL塑料燒杯中。開啟攪拌裝置（ZR4-6混凝試驗攪拌機），在快攪速度為200r/min的條件下加入不同比例的氯化鐵、PAC和石灰等藥劑，30s后降速至100r/min攪拌2min，然后進行SRF測定實驗。對于復配實驗，按按照試驗配比投加氯化鐵和PAC，然后加入石灰，繼續(xù)攪拌，直至大部分氫氧化鈣溶解。
（2）SRF的測定。
SRF試驗的操作如下：取待測污泥樣品100mL于量筒中，在恒定氣壓P=0.9MPa的條件下過濾（Jk-0.3型），每隔10s記錄一次濾液體積，直到漏斗中濾餅層出現(xiàn)裂縫為止，停止抽濾，利用差量法測定濾餅含水率，然后進行污泥比阻測定。
1.3.2 中試
（1）中試裝置。
選用小型隔膜壓濾機及其配套設備，主要有空壓機（可提供壓力為8kg）、高壓清洗機、調(diào)理罐（配有可調(diào)速攪拌機）和氣動隔膜泵。壓濾面積約為4.5㎡，濾室總容量約為0.12m3，濾布孔徑為5μm。濾板材質(zhì)為增強聚丙烯，規(guī)格為0.8m×0.8m×0.03m。
（2）污泥的調(diào)理。
每次向污泥調(diào)理罐中裝入1t濃縮污泥。然后在攪拌條件下，按照一定量加入氯化鐵、PAC、石灰或者復配藥劑，持續(xù)攪拌5min開始進料。
（3）壓濾操作過程。
開啟液壓裝置，將濾板壓緊，壓力為22～27kg保壓。整個壓濾過程包括注滿、低壓（0～8kg）壓濾和高壓（15～16kg）壓榨三步，每次進料量為0.5～0.6t。其中注滿時間約為5min，低壓壓濾持續(xù)80min，高壓壓榨維持20min。退去液壓，打開濾板。
2 結果和討論
2.1 小試結果
2.1.1 單一藥劑投加對Zeta電位的影響
原始Zeta電位為-22.27mV。隨著氯化鐵投加量的增加，Zeta電位逐漸上升。當氯化鐵和PAC投加量分別為0.24,0.15g/L時，Zeta電位出現(xiàn)0點。可以看出，PAC的電中和能力略高于氯化鐵。
2.1.2 單一藥劑投加對Zeta電位和污泥比阻的影響
根據(jù)實驗室小試結果顯示，PAM投加后形成絮體較大，但是由于其絮體強度不高，而且黏性較強，在高壓條件下容易變形堵塞濾孔，從而并沒有有效改善污泥的高壓壓濾脫水性能。這說明單獨使用PAM作為隔膜壓榨的調(diào)理藥劑是不可行的。
隨著氯化鐵投加量的增加，SRF先降低后升高，在0.39g/L時，SRF出現(xiàn)極小值為9.3×1011m/kg，而此時污泥的Zeta電位為22.83mV。污泥脫水性的改善：一方面依靠無機混凝劑的電中和作用實現(xiàn)絮凝；另一方面污泥中存在混凝處理過程中投加的PAM和本身含有的黏性膠體顆粒物，使得污泥的黏性較高，投加無機混凝劑不但可以依靠形成的水解產(chǎn)物與PAM和黏性膠體物質(zhì)結合降低污泥的黏度，還可以提高污泥的絮體強度，減小其不可壓縮性來提高污泥脫水性。和氯化鐵的結果一致，隨著PAC的投加量逐漸增加，SRF先減小后增加，在0.32g/L時，SRF出現(xiàn)極小值為7.3×1011m/kg，該值小于投加氯化鐵的極小值。這可能是由于與PAC相比，氯化鐵具有更強的電中和能力，絮凝效果更好，所以效果優(yōu)于氯化鐵。然而，當兩種混凝投加量繼續(xù)增加后，污泥脫水性能惡化，這因為過剩電荷導致污泥絮凝效果變差，小顆粒物質(zhì)增加。
污泥比阻的下降與石灰的投加量的增加呈線性關系，說明氫氧化鈣的投加明顯改善了污泥的過濾性能，加快了污泥過濾速率。這主要是由于石灰投加后可以起到一定絮凝架橋作用，另一方面可以支撐污泥絮體，從而形成多孔結構，減小濾餅層對水流的阻力，使得污泥排水能力提升。
2.1.3 復配投加對污泥脫水性的影響
從氯化鐵和PAC與石灰復配的試驗結果可以看出，在單獨使用氯化鐵之后污泥比阻降低時，繼續(xù)投加石灰可以進一步降低污泥比阻，而且從感官來看，污泥的黏性明顯降低，泥餅和濾布的剝離效果較好。這可能是由于污泥首先通過氯化鐵的電中和作用實現(xiàn)凝聚，同時水解產(chǎn)生的沉淀使得污泥的黏性降低，再加入石灰可以起到骨架支撐作用，進一步減小污泥的不可壓縮性，使得污泥的脫水性進一步得到改善。同時投加0.32g/L的PAC和0.64g/L石灰可明顯提高污泥的過濾性能，其效果優(yōu)于先投加0.39g/L氯化鐵之后再加入等量石灰的效果。因為PAC改善污泥脫水性是不僅通過電中和絮凝作用，而且還通過吸附架橋來增強污泥絮體強度，并減小污泥黏性。
2.1.4 小試總結
按照污泥比阻SRF的大小將污泥分為三類：9.9×1011m/kg以上屬于難脫水污泥，3.9×1011～9.9×1011m/kg屬于中等可脫水污泥，3.9×1011m/kg以下屬于易脫水污泥。原始污泥的SRF為2.8×1012m/kg，屬難脫水污泥。單獨投加氯化鐵和PAC改善污泥的脫水性有限，在較優(yōu)投加量條件下，只可將污泥轉化為中等可脫水污泥，通過與石灰的復配投加后可將污泥轉化為易脫水污泥。
2.2 中試試驗結果
2.2.1 污泥脫水效果
單獨投加氯化鐵、PAC和石灰均可以實現(xiàn)有效脫水（污泥不會堵塞濾布）。單獨投加氯化鐵和PAC后污泥含水率較高，接近70%，二者分別與石灰復配后可有效降低污泥含水率，采用0.39g/L氯化鐵和0.32g/L PAC分別與0.64g/L石灰復配調(diào)理后，污泥含水率可降至60%左右。
2.2.2 水質(zhì)情況
對于所有中試試驗，除起始5min內(nèi)，污泥清液濁度達7NTU以外，5min后壓濾全程清液濁度均＜0.2NTU。從濁度來看，板框壓濾出水完全可以達到回用標準。整個壓濾過程可分為三個階段：充滿階段、濾餅層形成階段和壓緊階段。板框壓濾的充滿階段是依靠濾布來截留污泥固體，必然會導致一些固體顆粒無法截留，使得出水濁度偏高。5min后，污泥充滿濾室，會在濾布表面形成濾餅層，此時過濾方式發(fā)生轉化，由原來的依靠濾布截留轉化為憑借濾餅層過濾，從而濁度下降。
3 經(jīng)濟分析
采用離心機脫水后污泥含水率為80%，九廠每天產(chǎn)生含水80%的離心脫水污泥約90t，則年產(chǎn)生量為16425t。如采用板框壓濾機脫水后污泥含水率降至60%，意味著污泥量削減50%左右。若填埋處置的成本為300元（包含運費），一年節(jié)省污泥處置成本為900多萬。同時，隔膜壓濾清液可以實現(xiàn)回用，從而可節(jié)約大量水資源。
4 結論
本文結合使用高壓脫水技術及其適宜的污泥前調(diào)理過程對實現(xiàn)自來水廠污泥減量化和清液回用的可行性和效率進行研究，結論如下：
（1）氯化鐵、PAC、石灰及其復配調(diào)理均可降低SRF。單獨投加氯化鐵和PAC調(diào)理的效果有限，只能將難脫水的原始污泥轉變?yōu)橹械瓤擅撍勰?，而單獨使用石灰會導致脫水后絕干污泥量過大，故PAC和氯化鐵與石灰復配投加可更加高效地降低污泥比阻。
（2）中試結果顯示原始污泥脫水性較差，直接壓濾會堵塞濾布。氯化鐵、PAC、石灰及其復配進行調(diào)理，均可實現(xiàn)污泥的有效脫水。但單獨投加氯化鐵或PAC后，脫水后的污泥含水率偏高，二者與石灰復配投加調(diào)理可進一步降低污泥含水率。
（3）在所有中試試驗組中，除起始5min內(nèi)，污泥清液濁度達到7NTU以外，5min后壓濾全程清液濁度均＜0.2NTU。因此，隔膜清液可回用至飲用水處理過程中。
