污泥處理移動(dòng)裝置工藝研究
技術(shù)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(zhì)，如寄生蟲卵、病原微生物、細(xì)菌、合成有機(jī)物，還含有汞、鉻、鎘、鉛、銅、鋅等重金屬離子等，它會(huì)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(jìn)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(shí)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(shù)速度慢，占用空間大，需要固定的土建設(shè)施、工程投資及運(yùn)行成本都較大，無法在現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)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(shí)，需要現(xiàn)場(chǎng)快速脫水處理的特殊要求。而車（船）載式污泥處理移動(dòng)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(chǎng)實(shí)施、可方便移動(dòng)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(dòng)裝置，避免了對(duì)外界的二次污染，同時(shí)，該裝置配備 的自動(dòng)控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
1 污泥調(diào)理
污泥水與污泥固體顆粒的結(jié)合力很強(qiáng)，如果沒有預(yù)先的污泥調(diào)理，即通過化學(xué)、物理、熱工方法進(jìn)行預(yù)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(qiáng)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?yàn)槲勰囝w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(qiáng)度和對(duì)脫水過濾更大阻力，改變脫水性能需更多的化學(xué)藥劑。另外污泥含有越多的膠體顆粒（即有機(jī)質(zhì)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(jié)合，而且污泥顆粒一般帶負(fù)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(jī)絮凝劑、無機(jī)鹽等混凝劑，使污泥形成顆粒大、孔隙多和結(jié)構(gòu)強(qiáng)的濾餅。無機(jī)調(diào)理劑有三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸鋁、聚合鋁、石灰等；有機(jī)調(diào)理劑有聚丙烯酰胺等。無機(jī)調(diào)理劑價(jià)廉易得，但用量大，pH的影響大；而有機(jī)調(diào)理劑則與之相反。綜合應(yīng)用2～3種無機(jī)調(diào)理劑和有機(jī)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(jié)構(gòu)，減少過濾阻力，使不堵塞過濾介質(zhì)（濾布）。無機(jī)沉淀物或填充料便為此物。
2 污泥的化學(xué)穩(wěn)定
化學(xué)穩(wěn)定是向污泥中投加化學(xué)藥劑，以抑制和殺死微生物，消除污泥可能對(duì)環(huán)境造成的危害（產(chǎn)生惡臭及傳染疾?。话悴捎玫姆椒ㄓ校?/span>
（1）石灰穩(wěn)定法用石灰使污泥的pH提高到11～11.5，利用強(qiáng)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(zhǎng)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(yīng)根據(jù)污泥的種類和性質(zhì)選擇有機(jī)高分子絮凝劑。污泥中VSS/SS（SS中有機(jī)物比例）較高時(shí)，應(yīng)盡量選擇陽(yáng)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(shí)，應(yīng)選用高分子量的絮凝劑；SS濃度低時(shí)，應(yīng)選用分子量較低的絮凝劑；污泥pH值高時(shí)（如消化污泥），應(yīng)選用官能團(tuán)為季銨鹽結(jié)構(gòu)的絮凝劑；pH值低時(shí)，叔銨鹽和季銨鹽結(jié)構(gòu)的絮凝劑均可使用。
污泥脫水主要使用帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)兩種類型，對(duì)絮凝劑的要求是有區(qū)別的。帶式機(jī)要求使用中等分子量、中高陽(yáng)離子度的絮凝劑；離心機(jī)要求使用高分子量、中低陽(yáng)離子度和適度交聯(lián)的絮凝劑。
絮凝劑的用量應(yīng)根據(jù)污泥的性質(zhì)、濃度等由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)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(jī)械濃縮機(jī)有轉(zhuǎn)鼓式脫水機(jī)、螺旋式脫水機(jī)、板框式壓濾機(jī)、離心式脫水機(jī)、真空過濾機(jī)等，其中帶式脫水機(jī)、板框式壓濾機(jī)、離心式脫水機(jī)較常用。
（1）帶式脫水機(jī)：自動(dòng)化程度不高，進(jìn)入壓濾機(jī)的污泥要求絮凝體大、密實(shí)、強(qiáng)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(chǎng)工作環(huán)境差，濾布容易堵塞，需常清洗，管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。大量使用清洗水和絮凝劑運(yùn)行成本高。
（2）板框式壓濾機(jī)：出泥含固率高，自動(dòng)化程度不高，機(jī)型龐大，附屬設(shè)備多，占地面積大，工作時(shí)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(dòng)強(qiáng)度大。大量使用清洗水和絮凝劑運(yùn)行成本高。
（3）離心式脫水機(jī)：對(duì)污泥濃度適應(yīng)性強(qiáng)，出泥的含固率高，出泥量大，工藝過程簡(jiǎn)單、控制方便、自動(dòng)化程度高、耗藥量小、操作條件好（密封、無氣味）、設(shè)備小、效率高、分離能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。故選擇離心式脫水工藝。
離心式脫水機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速快、對(duì)污泥有沖擊和剪切作用，而且對(duì)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(jī)。根據(jù)離心機(jī)的形狀有轉(zhuǎn)筒式離心機(jī)和盤式離心機(jī)，其中轉(zhuǎn)筒式離心機(jī)應(yīng)用廣泛。它是靠離心沉降的原理來實(shí)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(jī)必然是具有小差速、雙向擠壓并且?guī)в凶詣?dòng)反饋調(diào)節(jié)裝置、推料功率自動(dòng)補(bǔ)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(jìn)入離心機(jī)后，絮凝成的礬花在離心力場(chǎng)的作用下固液分離，由于離心機(jī)的差速較小，整個(gè)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(dāng)螺旋錐端的葉片全充滿時(shí)，就形成了雙向擠壓的狀態(tài)，此時(shí)污泥被擠得非常干；當(dāng)污泥越積越多達(dá)到半堵塞狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)反饋裝置將差速自動(dòng)加大，推料功率增加，將擠干的污泥排出，從而達(dá)到污泥濃縮脫水的要求。該機(jī)的主要構(gòu)件是轉(zhuǎn)筒和裝于筒內(nèi)的螺旋輸泥機(jī)。污泥通過中空軸連續(xù)進(jìn)入筒內(nèi)，由轉(zhuǎn)筒帶動(dòng)污泥高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，泥水分離形成兩層。螺旋輸泥機(jī)與轉(zhuǎn)筒同向旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速略有差異，即輸泥機(jī)的螺旋刮刀對(duì)轉(zhuǎn)筒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jī)出泥端轉(zhuǎn)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(jìn)一步脫水，因此離心機(jī)的泥餅含固率較高。
離心機(jī)的運(yùn)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(zhì)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(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)料系統(tǒng)主要有帶變頻裝置的螺桿泵和電磁流量計(jì)組成，螺桿泵可根據(jù)需要調(diào)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(jì)組成。混合斗內(nèi)的PAM，與壓力水混合后通過水射器送至攪拌藥池，充分?jǐn)嚢璩蓾舛葹?.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(jī)。脫水系統(tǒng)主要由離心機(jī)組成。加入石灰溶液可以殺死污泥中的病毒和細(xì)菌，減少重金屬的污染。
5.2 工藝流程
進(jìn)料螺桿泵從污泥池抽吸污泥與石灰、FeCl3液混合后計(jì)量送至離心機(jī)，與此同時(shí)，投藥螺桿泵也把調(diào)好的PAM溶液計(jì)量送至離心機(jī)，兩者在離心機(jī)進(jìn)口處混合并進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)中的離心機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下實(shí)現(xiàn)泥、水分離。脫水泥餅從離心機(jī)的固相排口排出裝袋或由螺旋輸送機(jī)輸送至指定地方，再用車或船外運(yùn)處置。
6 運(yùn)行情況
轉(zhuǎn)筒式離心機(jī)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(jī)與離心機(jī)的的經(jīng)濟(jì)比較
經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)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(jī) | 11.7 | 5.33 | 25.2 |
離心機(jī) | 11.6 | 3.9 | 15.0 |
測(cè)定條件：污泥為初沉池污泥，采用聚丙烯酰胺（陽(yáng)離子型絮凝劑）
平均固體回收率：95.13%。
7 結(jié)論
（1）轉(zhuǎn)筒式離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)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(hù)了環(huán)境。
（4）在污泥中加入三氯化鐵、陽(yáng)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。
