污泥處理移動裝置工藝研究
技術支持
污泥處理與處置是污水處理過程中的新問題。首先污泥中含有大量的有毒有害物質，如寄生蟲卵、病原微生物、細菌、合成有機物，還含有汞、鉻、鎘、鉛、銅、鋅等重金屬離子等，它會周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響；其次污泥量大，其數(shù)量占總處理污水的0.3～0.5%（體積），如果進行深度處理，污泥量還可能增加0.5～1.0倍。這些污泥必須及時處理與處置，才能防止二次污染。
目前由于傳統(tǒng)的污泥處理技術速度慢，占用空間大，需要固定的土建設施、工程投資及運行成本都較大，無法在現(xiàn)場移動作業(yè)。因此不能滿足在城市下水道污泥、隧道污泥、排水管道污泥或河流、湖泊污泥疏浚時，需要現(xiàn)場快速脫水處理的特殊要求。而車（船）載式污泥處理移動裝置，能滿足要求高速處理、污泥脫水率高、占地面積小、能現(xiàn)場實施、可方便移動等特殊的污泥處理要求，適用于城市下水道、住宅區(qū)、小型污水處理廠、工業(yè)污水處理廠、隧道污泥、河道湖泊淤泥、排水管道污泥等脫水處理。它是集離心脫水、石灰消毒、口袋密封包裝為一體的污泥處理移動裝置，避免了對外界的二次污染，同時，該裝置配備 的自動控制系統(tǒng)，操作簡單，維護方便。
1 污泥調理
污泥水與污泥固體顆粒的結合力很強，如果沒有預先的污泥調理，即通過化學、物理、熱工方法進行預處理，則絕大多數(shù)污泥脫水非常困難。影響污泥的濃縮和脫水性能的因素主要是顆粒的大小、表面電荷、水合的強度以及顆粒間的相互作用等，其中顆粒大小是影響污泥脫水性能的重要因素。因為污泥顆粒越小，比表面積越大（呈指數(shù)規(guī)律增大），表明其更高的水合強度和對脫水過濾更大阻力，改變脫水性能需更多的化學藥劑。另外污泥含有越多的膠體顆粒（即有機質含量越高），污泥越難脫水。
污泥中顆粒大多相互排斥，因水合作用，有一層水附于顆粒表面而障礙了顆粒相互結合，而且污泥顆粒一般帶負電荷，相互排斥，形成了穩(wěn)定的分散狀態(tài)。要克服水合作用和電性排斥作用，增大污泥顆粒的大小，中和電性，讓吸附水釋放出來，以改善污泥的濃縮和脫水性能。方法有：
（1）脫穩(wěn)、凝聚。脫穩(wěn)依靠在污泥中加入有機絮凝劑、無機鹽等混凝劑，使污泥形成顆粒大、孔隙多和結構強的濾餅。無機調理劑有三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸鋁、聚合鋁、石灰等；有機調理劑有聚丙烯酰胺等。無機調理劑價廉易得，但用量大，pH的影響大；而有機調理劑則與之相反。綜合應用2～3種無機調理劑和有機絮凝劑，混合投配或依次投配，能提高效能。
（2）改善顆粒間的結構，減少過濾阻力，使不堵塞過濾介質（濾布）。無機沉淀物或填充料便為此物。
2 污泥的化學穩(wěn)定
化學穩(wěn)定是向污泥中投加化學藥劑，以抑制和殺死微生物，消除污泥可能對環(huán)境造成的危害（產(chǎn)生惡臭及傳染疾病），一般采用的方法有：
（1）石灰穩(wěn)定法用石灰使污泥的pH提高到11～11.5，利用強堿性和石灰放出的大量熱能殺滅病原體、降低惡臭和鈍化重金屬。采用石灰乳產(chǎn)生的渣量大，但其脫水性好。
（2）氯穩(wěn)定法能殺死病菌，有較長期的穩(wěn)定性。但pH低，過濾性差，而且氯化過程中常發(fā)生有毒的氯胺，給后續(xù)處置帶來一定困難。故選擇石灰穩(wěn)定法。
3 絮凝劑的選擇及用量
應根據(jù)污泥的種類和性質選擇有機高分子絮凝劑。污泥中VSS/SS（SS中有機物比例）較高時，應盡量選擇陽離子度高的絮凝劑，并增加絮凝劑的投加量；污泥中SS濃度高時，應選用高分子量的絮凝劑；SS濃度低時，應選用分子量較低的絮凝劑；污泥pH值高時（如消化污泥），應選用官能團為季銨鹽結構的絮凝劑；pH值低時，叔銨鹽和季銨鹽結構的絮凝劑均可使用。
污泥脫水主要使用帶式壓濾機和離心機兩種類型，對絮凝劑的要求是有區(qū)別的。帶式機要求使用中等分子量、中高陽離子度的絮凝劑；離心機要求使用高分子量、中低陽離子度和適度交聯(lián)的絮凝劑。
絮凝劑的用量應根據(jù)污泥的性質、濃度等由現(xiàn)場實驗確定，一般用量為0.5%或24kg/TDS。
4 脫水工藝的確定
目前常見的機械濃縮機有轉鼓式脫水機、螺旋式脫水機、板框式壓濾機、離心式脫水機、真空過濾機等，其中帶式脫水機、板框式壓濾機、離心式脫水機較常用。
（1）帶式脫水機：自動化程度不高，進入壓濾機的污泥要求絮凝體大、密實、強度高，而出泥的含固率低，污泥的截流率也較低。濃縮脫水效果差，雖占地面積不大，但敞開工作有臭味，現(xiàn)場工作環(huán)境差，濾布容易堵塞，需常清洗，管理人員勞動強度大。大量使用清洗水和絮凝劑運行成本高。
（2）板框式壓濾機：出泥含固率高，自動化程度不高，機型龐大，附屬設備多，占地面積大，工作時也是敞開式，工作環(huán)境差，濾布容易堵塞，需常清洗，管理人員勞動強度大。大量使用清洗水和絮凝劑運行成本高。
（3）離心式脫水機：對污泥濃度適應性強，出泥的含固率高，出泥量大，工藝過程簡單、控制方便、自動化程度高、耗藥量小、操作條件好（密封、無氣味）、設備小、效率高、分離能力強等優(yōu)點。故選擇離心式脫水工藝。
離心式脫水機有低速（1000～3000）、中速（1500～3000）、高速（3000以上）三類。在污泥脫水處理中，由于高速離心機轉速快、對污泥有沖擊和剪切作用，而且對加入絮凝劑后形成的大塊絮狀物有破壞作用，因此適宜用低速離心機。根據(jù)離心機的形狀有轉筒式離心機和盤式離心機，其中轉筒式離心機應用廣泛。它是靠離心沉降的原理來實現(xiàn)濃縮脫水一體化的。由于污泥濃縮的工藝要求較高，決定了該類離心機必然是具有小差速、雙向擠壓并且?guī)в凶詣臃答佌{節(jié)裝置、推料功率自動補償?shù)墓δ堋?/span>
（4）工藝原理：待處理的污泥與一定劑量的高分子絮凝劑混合進入離心機后，絮凝成的礬花在離心力場的作用下固液分離，由于離心機的差速較小，整個系統(tǒng)推料非常慢，以至于在螺旋葉片之間，污泥越積越多，當螺旋錐端的葉片全充滿時，就形成了雙向擠壓的狀態(tài)，此時污泥被擠得非常干；當污泥越積越多達到半堵塞狀態(tài)時，自動反饋裝置將差速自動加大，推料功率增加，將擠干的污泥排出，從而達到污泥濃縮脫水的要求。該機的主要構件是轉筒和裝于筒內的螺旋輸泥機。污泥通過中空軸連續(xù)進入筒內，由轉筒帶動污泥高速旋轉，在離心力的作用下，泥水分離形成兩層。螺旋輸泥機與轉筒同向旋轉，但轉速略有差異，即輸泥機的螺旋刮刀對轉筒有相對轉動，將泥餅由左端推向右端，從排泥口排出，澄清水則由另一端排水口流出。因離心機出泥端轉鼓呈圓錐形，泥渣被螺旋輸送離開液面后，要經(jīng)過脫水區(qū)域進一步脫水，因此離心機的泥餅含固率較高。
離心機的運行性能如下表所示：
污泥種類 | 污泥初始濃度（％） | 脫水后污泥的含固率（％） | 高分子絮凝劑用量（g/kg干固體） | 固體物質回收率（%） |
初沉池污泥 | 4～5 | 25～30 | 1～1.5 | 95～97 |
生物濾池污泥 | 2～3 | 9～10 20～22 | 0 2～3 | 90～95 95～97 |
剩余活性污泥 | 0.5～1.5 | 8～10 22～25 | 0 2～3 | 85～90 92～95 |
70%初沉池污泥+30%生物濾池污泥 | 2～3 | 3 | 0 3～5 | 95～97 94～97 |
50%初沉池污泥+50%剩余活性污泥 | 2～3 | 20～23 | 2～4 | 93～95 |
60%初沉池污泥+40%生物轉盤污泥 | 2～3 | 20～24 22～25 | 0 3～4 | 85～90 ＞98 |
厭氧消化污泥 | 1～3 | 8～11 18～22 | 0 3～4 | 80～85 94～97 |
從上表可知：污泥加入絮凝劑后，脫水含固率明顯提高。
5 污泥處理工藝流程
5.1 工藝組成
由進料系統(tǒng)、投藥系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、污泥收集系統(tǒng)等組成。進料系統(tǒng)主要有帶變頻裝置的螺桿泵和電磁流量計組成，螺桿泵可根據(jù)需要調速改變流量大小。投藥系統(tǒng)主要由混合斗、攪拌藥池、帶變頻裝置的螺桿泵以及流量計組成。混合斗內的PAM，與壓力水混合后通過水射器送至攪拌藥池，充分攪拌成濃度為0.5%的溶液。螺桿泵根據(jù)投加量大小從藥池抽吸PAM溶液送至離心脫水機。脫水系統(tǒng)主要由離心機組成。加入石灰溶液可以殺死污泥中的病毒和細菌，減少重金屬的污染。
5.2 工藝流程
進料螺桿泵從污泥池抽吸污泥與石灰、FeCl3液混合后計量送至離心機，與此同時，投藥螺桿泵也把調好的PAM溶液計量送至離心機，兩者在離心機進口處混合并進入高速旋轉中的離心機內，在離心力的作用下實現(xiàn)泥、水分離。脫水泥餅從離心機的固相排口排出裝袋或由螺旋輸送機輸送至指定地方，再用車或船外運處置。
6 運行情況
轉筒式離心機在某污水處理廠處理污泥情況見下表：
日期 | 污泥處理量（m3/h） | 絮凝劑用量（kg/TDS) | 污泥固相濃度（%） | 污泥含水率（%） | 泥餅含水率（%） | 分離液固體含量（%） |
2003.7 | 12.41 | 4.2 | 4.35 | 95.65 | 70.34 | 0.3 |
2003.8 | 12.25 | 4.0 | 4.79 | 95.21 | 64.68 | 0.25 |
2003.9 | 11.82 | 4.1 | 4.30 | 95.70 | 72.00 | 0.23 |
2003.10 | 12.23 | 3.6 | 4.67 | 95.33 | 71.68 | 0.25 |
2003.11 | 13.15 | 3.8 | 4.93 | 95.07 | 73.40 | 0.23 |
2003.12 | 12.53 | 3.9 | 4.37 | 95.63 | 70.39 | 0.25 |
平均值 | 12.53 | 3.9 | 4.37 | 95.63 | 70.39 | 0.25 |
帶式壓濾機與離心機的的經(jīng)濟比較
經(jīng)濟比較項目 | 電耗（kWh/t干污泥） | 藥耗（kg/t干污泥） | 沖洗水（t/t干污泥） |
帶式壓濾機 | 11.7 | 5.33 | 25.2 |
離心機 | 11.6 | 3.9 | 15.0 |
測定條件：污泥為初沉池污泥，采用聚丙烯酰胺（陽離子型絮凝劑）
平均固體回收率：95.13%。
7 結論
（1）轉筒式離心機運轉費用較低，自動化程度高，操作簡便。
（2）加入絮凝劑后，脫水含固率明顯提高，效果好于不加絮凝劑。
（3）在污泥中加入石灰可殺滅病原體、降低惡臭和鈍化重金屬，保護了環(huán)境。
（4）在污泥中加入三氯化鐵、陽離子型聚丙烯酰胺等幾種絮凝劑，混合投配或依次投配，能提高污泥的脫水性能。
