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城市污水处理厂污泥脱水絮凝剂的选择

2023-08-28 97 上传者：管理员

摘要：生活污水厂在处理污水的过程中，会产生大量的污泥，需要对污泥进行妥善的处理处置，首先的第一步就是对污泥进行调理，改善污泥的脱水性状，在调质过程中絮凝剂的选型又是重中之重。本文阐述了城市污水处理厂污泥调质用絮凝剂的选择方法与步骤，并综合分析了义乌市稠江污水处理厂污泥调质絮凝剂选择的案例。

关键词：
剩余污泥
含水率
污水处理厂
污泥调质
絮凝剂
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随着我国城镇化和经济生活水平的提升，城镇污水的排放量也在逐年递增。据住建部统计数据[1],2020年，我国城市污水年处理总量达5.6×106万t。城市污水处理厂的污泥是用活性污泥法处理污水后的副产物，含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物等。研究[2]表明，污水厂每处理1万t污水产生5～10 t含水率为80%的污泥。2019年我国剩余污泥产量已超过6000万吨(以含水率80%计)，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨[3]。与此同时，我国对于污水处理厂的管理长期以来都是“重水轻泥”，污水处理技术和污水处理标准一直在逐步提升，但污泥处理处置却没有与污水处理同步解决，污泥处理处置问题还未得到有效措施，形势十分严峻。国家“水十条”、十四五规划等相关政策都明确指出污水处理厂的剩余污泥应当进行稳定化、无害化和资源化的处理处置，并且处理过程和处置环节都不会对环境造成二次污染。

正常生活污水处理厂的剩余污泥的处理过程为由生化池(含水率99%以上)排到污泥浓缩池(96%～99%)，经过设备脱水处理到含水率80%上下成为固态后再进行外运处置。污泥的脱水处理是污水处理厂的一个重要环节，直接影响到污水处理工艺的正常运行。由于城市污泥中含有污染物质(重金属、难降解有机物、持久性有机物、微塑料等)和营养物质(蛋白质和碳水化合物等)，这些物质大多是带有负电荷的亲水性胶体，其沉淀性能和脱水性能都很差[4]，因此需要对污泥进行预处理以改变其污泥性状，再进行脱水处理。

目前对污泥进行预处理的方法有：化学调节、热处理、冷冻法等，其中应用最广泛的是化学调节法。化学调节法主要是通过添加絮凝剂对污泥进行化学调质，改变其颗粒表面的物化性质，破坏胶体结构，改善脱水性能，再进行机械脱水。

常用的污泥絮凝剂按成分可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、生物絮凝剂和复合絮凝剂四种。目前在污泥脱水中使用最多的人工合成有机高分子絮凝剂，也称为聚丙烯酰胺类絮凝剂，即丙烯酰胺的均聚物或与其他单体的共聚物。它可通过交联或接枝等改性方法得到链状或网状结构的共聚物，也可将含有特殊化学基团的单体与丙烯酰胺单体反应得到特定性能的聚合物[5]。按聚丙烯酰胺类絮凝剂所带电荷属性又可将其分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型四种类别。在实际应用中，由于污泥中胶体和悬浮颗粒多带负电荷，常使用阳离子中和颗粒所带电荷，所以污泥处理中阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的絮凝效果较好。阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂又因自身离子度、分子量等影响，分为很多种类，污水处理厂在污泥脱水絮凝剂选择过程中，除了要考虑絮凝剂种类以外，还需要考虑污泥性质、投加量、脱水设备、絮凝剂成本等的影响，所以污水处理厂在实际生产运行中应经常对絮凝剂进行选型以满足变化的需要。

污泥预处理完成后，需要对污泥选用合适的污泥脱水设备进行机械脱水，当前生活污水处理厂常见的污泥脱水设备有带式压滤、离心、板框压滤脱水机三种。带式压滤脱水机一般由滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统组成，由上、下两条张紧的滤带夹着污泥从一连串按规律排列的辊压筒中呈S型弯曲经过，靠滤带本身的张力形成对污泥的压榨力和剪切力，把污泥中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现脱水，脱水出泥含水率通常控制在80%以下[6]。带式压滤脱水机广泛运用在生活污水处理厂中，前期投资和维护费用较低。但对滤布和污泥调理性状要求较高，需要定期冲洗滤布，导致机器无法封闭，使得污泥车间的工作环境较恶劣，且对污泥操作工要求比较高。离心脱水机主要由转鼓和带空心转轴的螺旋输送器构成。调理好的污泥由空心转轴送入转筒后，在离心力作用下，立即被甩至鼓腔内。在高速旋转的状态下的离心力将密度不同的固液分离，脱水后的污泥含水率通常在80%左右。离心脱水机有良好的密闭性，污泥，臭味不会污染环境，工作效率高，进料、泥水分离、排出滤液和泥饼的工作过程能一直连续，不间断运行。并且自动化较高，每次关机都能自动对转鼓进行冲洗。但离心脱水机设备成本高昂，后期维修费用也比一般脱水机高。板框压滤脱水机主要由机架部分、过滤部分、液压部分、吹脱系统、卸料装置和电器控制部分组成。调理后的污泥通过螺杆泵进入板框压滤机中，通过在高压状态下的隔膜对污泥进行强制挤压、从而实现泥水分离。板框压滤机广泛应用在生活污水厂、工业企业的污泥脱水当中，分离效果好，能够将污泥含水率降低到60%以下。但是也存在一些弊端，对污泥调理性状要求高，滤饼容易黏附在滤布上，不易去除。不能连续运行，一板污泥的处理需要4～5个小时，且机身容量较小，不适用对大型污水厂的污泥脱水。需要定期更换及清洗滤布，生产环境恶劣。

1、试验背景

浙江省义乌市稠江污水厂位于义乌市五洲大道下金村以东，总占地面积为204.3亩，总投资28604万元，设计日处理规模15万吨。服务范围包括主城区大部分、经济开发区地块、城西街道工业小区、北苑部分地块、江东部分地块等，服务面积75.2平方公里，服务人口54余万(图1稠江污水厂工艺流程图)。

工程于2004年3月完成立项，2004年4月完成可行性研究报告报批，2004年10月完成环评报批工作，2004年11月项目完成初步设计报批。2009年底完成主体建安工程并通过验收。2010年6月正式通水试运行。2013年7月通过环保“三同时”竣工验收。

稠江污水厂于2013年12月开始提标改造，2015年6月完成通水调试，总投资约9030万元。提标改造前采用倒置A/A/O二级生物处理工艺(分点进水倒置式)，尾水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。提标改造后增加了高效沉淀池、纤维转盘滤池、消毒池等构筑物和设备，尾水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。并在2019年12月完成清洁排放改造工程，目前按照浙江省地方标准后执行出水指标(表1设计进水标准及执行标准)。

表1设计进水标准及执行标准

图1稠江污水厂工艺流程图

稠江污水厂生化段采用四座独立的A2/O池，停留时间为13.6 h，二沉池停留时间为4.3 h，污泥龄15 d。每天产生剩余污泥约1800 m3，含水率为99%左右。剩余污泥排入储泥池后，污泥通过管道进入脱水机房进行加药调理，然后由离心脱水机进行机械脱水。离心脱水至含水率80%左右，由车辆外运至焚烧厂与生活垃圾联合焚烧发电处置。

污泥脱水机房作为污水厂的一个重要环节，直接影响到污水处理工艺的正常运行和污水厂的直接处理成本。而在污泥调质中，絮凝剂的使用是脱水机房能否正常运行的关键因素。本次试验目的是根据该厂的污泥情况，选择出合适的絮凝剂用于离心机污泥脱水，从而达到脱水污泥含水率低，费用节省的效果。

2、材料与方法

2.1试验材料

试验采用的絮凝剂均采用阳离子聚丙烯酰胺(PAM)，由各个厂家提供。本试验参考了浙江省多家污水处理厂，最终邀请以下6个厂家来进行试验，其药剂型号如下表2。药剂外观均为白色粉末，含固量≥90%，分子量>500万，离子度为中强度。

表2絮凝剂厂家与型号

在此，污水处理厂絮凝剂的选择应当遵循几个原则：

(1)结合污水处理厂污泥性状、脱水机器、絮凝剂来源广泛等因素，来初步选择絮凝剂厂家，选择时应参考成功案例，邀请多家絮凝剂厂家来进行上机试验。

(2)选定絮凝剂厂家以后，需要进行上机试验，在相同条件下稳定运行一段时间后，通过药剂用量、产泥量和污泥含水率等指标，确定出吨绝干泥药耗等考察指标。

(3)结合絮凝剂市场价格、脱水污泥的含水率和处置费，进行成本分析，最终确定最适合的絮凝剂型号。

(4)在实际运行中，污泥性状、脱水机、人为操作也会导致污泥脱水效果。所以应确保工作人员规范操作。

2.2试验方法

义乌市稠江污水处理厂以处理生活污水为主，其污泥的VSS/SS在30%～40%之间，污泥pH值呈中性。剩余污泥经加药调质、机械脱水后，再外运处理处置。脱水设备为进口DECANTER Z6E/C5E福乐伟离心脱水机。根据该厂污泥的特点以及脱水设备，选用阳离子聚丙烯酰胺(PAM)对污泥进行污泥调质。采用招标的方式选择了六个絮凝剂厂家，每个厂家提供一种规格絮凝剂进行为期一天的上机试验。本试验通过污泥含水率、产泥量、药剂使用量来折算处理成本，最后结合综合药剂成本、污泥处置费等，进行最终絮凝剂的选定。并对最终方案进行连续运行试验，确保其稳定性。

3、结果与讨论

3.1上机试验

上机试验是指将储泥池的剩余污泥，通过污泥泵排入离心脱水机中，流量为80 m3/h。将絮凝剂配成千分之二的浓度，通过投加泵投加入离心脱水机，投加流量为1.3～1.6 m3/h。离心脱水机的运行情况由现场工作人员调节。使用药剂量为开关机前后的体积差，产泥量由车辆在污泥输送机接泥过磅秤称量所得，污泥含水率由脱水污泥送至化验室检测所得。最后根据以上数据计算出吨绝干泥药耗等主要指标，数据见表3。

表3不同絮凝剂厂家上机调试结果

从以上数据可以看出，各种絮凝剂处理污泥的最终污泥含水率均为82%左右，且C厂家的含水率最低，为81.36%。但从吨绝干泥药耗来看，B厂家消耗的絮凝剂量最少，为4.24 kg/t。

3.2成本分析

在选择最适合的絮凝剂时，一方面要考虑实际运行效果，另一方面要结合絮凝剂的市场价格。

处理单位重量污泥的絮凝剂成本=处理单位重量污泥的絮凝剂用量×絮凝剂价格，具体分析如下：

(1)污泥投药量=药剂投加量(mL)×药剂浓度(‰)÷污泥体积(mL)×106 mg/L

(2)绝干污泥吨投药量=药剂投加量(mL)×药剂浓度(‰)÷污泥体积(mL)×污泥含固率(%)×103 kg/t绝干污泥

(3)绝干污泥吨处理成本=绝干污泥投药量(kg/吨绝干污泥)×药剂单位价格(元/kg药剂)元/t绝干污泥

表4各个厂家试验结果

根据以上公式，分别对六个厂的絮凝剂进行了成本分析，由表4可知，C厂家的絮凝剂处理单位绝干污泥的成本最低。因此，综合考虑各种絮凝剂的处理效果、脱水泥饼的含水率等因素，最终确定C厂家的4490型号为生产运行选用的絮凝剂。

3.3连续运行试验

选定最优絮凝剂型号后，稠江污水处理厂已使用该絮凝剂稳定运行一个月，结果表明该絮凝剂在应用过程中显现出较好的适应性。生产数据见表5所示，基本上满足了污水处理厂脱水的需求。