近年來,隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快,生活垃圾產(chǎn)生量逐年增加,填埋場產(chǎn)生的滲濾液與日俱增。在滲濾液處理過程中,其副產(chǎn)物污泥的產(chǎn)量也與日俱增。剩余污泥處理處置費用較高,占整個污水處理廠總運行費用的30%~50%,這是因為剩余污泥中含有大量水分,脫水是污泥減量化、無害化、資源化關(guān)鍵的一步,有效的脫水可以顯著減少污泥的體積并降低進(jìn)一步處理處置的成本。因此,解決污泥的脫水問題意義重大。目前提高污泥脫水效果的手段主要是通過化學(xué)方法、物理方法、生物方法進(jìn)行調(diào)理,配合采用 脫水設(shè)備脫水。相比于物理法、生物法,化學(xué)法調(diào)理更簡單易行。污泥化學(xué)調(diào)理已有大量的研究與實踐,如鹿雯等、黃志斌等通過投加化學(xué)藥劑改善污泥脫水性能,表明無機絮凝劑存在絮凝效果差、投加量大等缺點;有機絮凝劑存在具有一定生物毒性、難以生物降解等缺點;楊斌等利用粉煤灰和生石灰在污泥中能形成堅硬的網(wǎng)絡(luò)骨架的性質(zhì),提高污泥的脫水性能,但這些材料如果單獨使用容易出現(xiàn)投加量大、泥餅增容等問題。因此,研究優(yōu)化絮凝劑與生石灰助凝劑的聯(lián)合應(yīng)用,尋找高效的污泥脫水藥劑組合,對提高污泥脫水效果,改進(jìn)污泥脫水工藝具有重要意義。
本研究通過調(diào)節(jié)污泥流量與PAM的流量比和PAM-CaO聯(lián)用的方法改善剩余污泥脫水性能,并通過對污泥含水率、TS、VS、濾液pH值等指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析,解析脫水機理,旨在為污泥減量化處理提供依據(jù)。
1 試驗部分
1.1 試驗設(shè)備與試劑
試驗設(shè)備包括進(jìn)料泵、攪拌機和W系列臥式螺旋卸料沉降離心機,其中離心機轉(zhuǎn)速為3500r/min,分離因數(shù)為3000g,電機功率為30~37kW,外形尺寸為3800mm×1200mm×1500mm。
試驗藥劑:藥劑一為生石灰;藥劑二為PAM(陽離子聚丙烯酰胺,濃度為0.3%)。
1.2 試驗過程
試驗污泥取自江蘇某填埋場垃圾滲濾液的剩余污泥,其污泥特性如下:
含水率:96.43%
VS:51.64%
SS:27228mg/L
pH值:7.71
COD:19900mg/L
原污泥偏堿性,含水率高,有機質(zhì)含量高。首先通過試驗分析不同PAM(3‰)使用量(通過改變原始污泥與PAM的進(jìn)樣流量比來實現(xiàn))對該種原始污泥的調(diào)理效果,然后采用PAM-CaO對原始污泥進(jìn)行調(diào)理分析,分析離心后的污泥及濾液的性狀,綜合評價污泥脫水效果。
2 試驗結(jié)果與分析
2.1 單一PAM作為污泥調(diào)理劑時對污泥脫水效果的影響
按照下表污泥與PAM的流量比進(jìn)行污泥脫水中試試驗,對離心后的污泥的含水率及污泥中的VS含量進(jìn)行分析,考察污泥性狀。
污泥與PAM的流量比 | 含水率/% | VS/% |
3.5:1 | 89.02 | 68.25 |
4:1 | 89.14 | 68.32 |
4.5:1 | 89.35 | 68.19 |
5:1 | 89.90 | 68.62 |
5.5:1 | 90.10 | 67.76 |
由上表可知,污泥的含水率為89.02%~90.10%,相差不大;VS含量也相差不大,均在68%左右??梢姡谡{(diào)節(jié)PAM流量時,過量投加PAM(污泥與PAM的流量比5:1為正常量,表中4.5:1、4:1、3.5:1都屬于PAM過量)對污泥的含水率及VS含量影響并不大。有研究表明,單一使用高分子有機絮凝劑時,若添加量較小,其吸附架橋能力較弱,污泥脫水能力較差;若投加量過大,污泥黏度增大,影響其脫水性能。
根據(jù)以上試驗進(jìn)行離心脫水,離心機主機轉(zhuǎn)速2412.8r/min、輔機轉(zhuǎn)速1856.0r/min、扭矩10.7N/m。離心后對濾液進(jìn)行分析,主要檢測pH值、TS含量、VS含量、SS濃度。具體試驗結(jié)果如下表所示:
污泥與PAM的流量比 | pH值 | TS/% | VS/% | SS/(mg/L) |
3.5:1 | 8.05 | 2.61 | 25.66 | 5775 |
4:1 | 8.08 | 2.97 | 34.39 | 10340 |
4.5:1 | 8.15 | 4.05 | 28.50 | 12210 |
5:1 | 8.09 | 3.09 | 35.36 | 12180 |
5.5:1 | 8.1 | 3.42 | 39.70 | 15510 |
由上表可知:
(1)pH值:調(diào)節(jié)污泥與PAM比例后,pH值無明顯變化,在8.05~8.15內(nèi)波動。
(2)TS含量:調(diào)節(jié)污泥與PAM比例后,TS含量變化不大,在2.61%~4.05%內(nèi)波動,而且隨著污泥流量的增大,TS含量呈增加的趨勢。
(3)VS含量:調(diào)節(jié)污泥與PAM比例后,VS含量變化不大,在25.66%~39.70%內(nèi)波動,而且隨著污泥流量的增大,VS含量呈增加的趨勢。
(4)SS濃度:隨著污泥流量增大,SS濃度由5775mg/L增加至15510mg/L。在試驗過程中,也可以通過肉眼看出濾液逐漸渾濁。這是因為隨著污泥流量的增大,絮凝效果變差,離心機扭矩減小,導(dǎo)致離心過程中濾液逐漸渾濁。
2.2 PAM-CaO復(fù)合絮凝劑對污泥脫水效果的影響
PAM-CaO加藥量及試驗效果(污泥)如下表所示:
污泥與PAM的流量比 | CaO投加量/(kg/t污泥) | 含水率/% | VS/% |
3.5:1 | 30 | 79.88 | 16.97 |
4:1 | 30 | 86.04 | 40.46 |
4.5:1 | 30 | 75.16 | 17.05 |
5:1 | 30 | 87.35 | 45.49 |
5.5:1 | 30 | 85.11 | 34.11 |
6:1 | 30 | 81.75 | 15.64 |
按照上表的PAM-CaO的投加方式進(jìn)行污泥脫水中試試驗,并對離心后的污泥的含水率及污泥中的VS含量進(jìn)行分析,考察污泥性狀。由上表可知,污泥的含水率為75.16%~87.35%,與實際現(xiàn)場運行情況相比,含水率降低了2%~10%;VS含量無明顯的變化規(guī)律,大致表現(xiàn)為隨著污泥流量的增大,VS含量呈現(xiàn)增大的趨勢。可見,PAM-CaO復(fù)合絮凝劑可增強對污泥的脫水效果。
綜上可見,PAM-CaO聯(lián)合添加可明顯改善污泥脫水性能,降低污泥含水率,這是因為生石灰作為助凝劑,通過Ca2+壓縮雙電層和電中和后,絮體顆粒間排斥力減弱,有助于吸附架橋作用,增強絮體強度,進(jìn)而改善污泥的脫水性能。
根據(jù)以上試驗進(jìn)行離心脫水,離心機主機轉(zhuǎn)速2412.8r/min、輔機轉(zhuǎn)速1856.0r/min、扭矩10.7N/m。離心后對濾液進(jìn)行分析,主要檢測pH值、TS含量、VS含量、SS濃度。具體試驗結(jié)果如下表所示:
污泥與PAM的流量比 | CaO投加量/(kg/t污泥) | pH值 | TS/% | VS/% | SS/(mg/L) |
3.5:1 | 30 | 13.25 | 2.07 | 12.81 | 355 |
4:1 | 30 | 13.23 | 2.06 | 13.94 | 155 |
4.5:1 | 30 | 13.2 | 1.96 | 7.75 | 180 |
5:1 | 30 | 12.76 | 1.77 | 8.13 | 380 |
5.5:1 | 30 | 13.01 | 1.96 | 8.06 | 140 |
6:1 | 30 | 12.97 | 1.96 | 9.23 | 215 |
由上表可知:
(1)pH值:投加CaO后,pH值由原始的7.71增至12.76~13.25,pH值較大。這是由于投加堿性物質(zhì)——生石灰引起的。生石灰的投加對于改善污泥的脫水性能起到很大作用。主要原因為:堿性物質(zhì)的作用使污泥pH值升高,破壞生物結(jié)構(gòu);反應(yīng)放熱導(dǎo)致污泥溫度升高;反應(yīng)生成物中結(jié)合了游離水,同時放熱反應(yīng)使一部分游離水被蒸發(fā)。生石灰可以有效改變污泥的性質(zhì),將致密、黏稠的污泥變成疏松、流動性好、便于儲存和運輸?shù)奈锪?,因此生石灰被廣泛應(yīng)用在污泥脫水中。
(2)TS含量:投加CaO后,TS含量由3.57%降至1.77%~2.07%。這是由于調(diào)理劑的絮凝作用將水中的懸浮固體等絮凝后,利用離心機將其甩出,使濾液中的TS含量大大降低。在試驗過程中也可以通過肉眼看到濾液呈清色,這將大大降低濾液的處理難度。
(3)VS含量:調(diào)節(jié)污泥與PAM比例后,VS含量變化不大,在7.75%~13.94%內(nèi)波動,無明顯的變化規(guī)律。
(4)SS濃度:投加藥劑后,SS濃度降至140~388mg/L。
3 結(jié)語
污泥脫水的中試結(jié)果表明,與單一絮凝劑PAM作污泥調(diào)理劑相比,污泥通過PAM-CaO藥劑的聯(lián)合調(diào)理,脫水效果得到明顯改善,并且絮凝劑的添加量得到降低,污泥含水率可降至75.16%,離心濾液SS濃度降至140~388mg/L。但生石灰的添加會導(dǎo)致成本增大,因而可進(jìn)一步優(yōu)化配方和投加量,以降低污泥深度脫水的經(jīng)濟成本。