城市污水处理厂污泥脱水絮凝剂的选择.pdf

2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 145 城市污水处理厂污泥脱水絮凝剂的选择城市污水处理厂污泥脱水絮凝剂的选择 吕晓峰1，杨春荣2，王竹挺3(1金华职业技术学院，浙江 金华 321000；2义乌市水处理有限责任公司，浙江 义乌 322000；3义乌市环境资源分拣利用有限公司，浙江 义乌 322000)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。关键词污水处理厂；剩余污泥；污泥调质；絮凝剂；含水率 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0145-03 Selection of Sludge Dewatering Flocculant for Urban Sewage Treatment Plants Lv Xiaofeng1,Yang Chunrong2,Wang Zhuting3(1.Jinhua Polytechnic,Jinhua 321000；2.Yiwu Water Treatment Co.,Ltd.,Yiwu 322000；3.Yiwu Environmental Resources Sorting and Utilization Co.,Ltd.,Yiwu 322000,China)Abstract:In the process of sewage treatment,a large amount of sludge will be produced in domestic sewage plant,which needs to be properly treated and disposed of.The first step is to condition the sludge and improve the dewatering properties of the sludge.In the process of conditioning,the selection of flocculant is the top priority.This paper describes the selection method and procedure of flocculant for sludge conditioning in municipal sewage treatment plant,and comprehensively analyzes the selection case of sludge conditioning flocculant for Choujiang sewage treatment plant in Yiwu City.Keywords:sewage treatment plant；residual sludge；sludge conditioning；flocculant；moisture content 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 5.6106万 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 510 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，收稿日期 2023-03-24 作者简介 吕晓峰(1993-)，男，浙江金华人，硕士研究生，环境工程专业，主要研究方向为污水处理及运营、污泥深度脱水。广 东 化 工 2023 年 第 16 期 146 第 50 卷 总第 498 期 一板污泥的处理需要 45 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)。表表 1 设计进水标准及执行标准设计进水标准及执行标准 Tab.1 Design water intake standard and implementation standard 标准 COD/(mg/L)BOD5/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TP/(mg/L)pH 设计进水标准 400 150 200 40 30 4 69 国家一级 A 标准 50 10 10 15 5 0.5 69 浙江省地方标准 40 10 10 12(15)2(4)0.3 69 注：括号内为 11 月至次年 3 月控制要求 图图 1 稠江污水厂工艺流程图稠江污水厂工艺流程图 Fig.1 Process flow chart of Choujiang sewage plant 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。表表 2 絮凝剂厂家与型号絮凝剂厂家与型号 Tab.2 Flocculant manufacturers and models 厂家 型号 A 6555H B 8904 C 4490 D XD5300 E C6260 F/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