污泥脱水药剂及工艺研究

王嘉颖

摘要：随着国家经济的发展越来越好，人们生活水平也不断的进步，然而人们对污泥脱水也越来越关注。因此所以寻找合适的污泥深度脱水的处理方法十分必要。目前降低污泥含水率的方法主要有化学方法、物理方法和生物方法。

关键词：污泥脱水；药剂；工艺

引言

近年来，随着我国城镇化进程的不断加快，生活垃圾产生量逐年增加，填埋场产生的渗滤液与日俱增。在渗滤液处理过程中，其副产物污泥的产量也与日俱增。剩余污泥处理处置费用较高，占整个污水处理厂总运行费用的30%—50%，这是因为剩余污泥中含有大量水分，脱水是污泥减量化、无害化、资源化最关键的一步，有效的脱水可以显著减少污泥的体积并降低进一步处理处置的成本。因此，解决污泥的脱水问题意义重大。目前提高污泥脱水效果的手段主要是通过化学方法、物理方法、生物方法进行调理，配合采用先进脱水设备脱水。相比于物理法、生物法，化学法调理更简单易行。通过投加化学药剂改善污泥脱水性能，表明无机絮凝剂存在絮凝效果差、投加量大等缺点；有机絮凝剂存在具有一定生物毒性、难以生物降解等缺点；杨斌等利用粉煤灰和生石灰在污泥中能形成坚硬的网络骨架的性质，提高污泥的脱水性能，但这些材料如果单独使用容易出现投加量大、泥饼增容等问题。因此，研究优化絮凝剂与生石灰助凝剂的联合应用，寻找高效的污泥脱水药剂组合，对提高污泥脱水效果，改进污泥脱水工艺具有重要意义。

1深度脱水药剂种类及特点

1.1无机调理剂

无机调理剂主要是利用无机絮凝剂中的金属离子发生水解和聚合反应，之后其水解和聚合产物与水体颗粒进行絮凝作用包括电中和脱稳、压缩双电层、吸附架桥或沉淀网捕等，进而生产较大絮凝体从而分离去除，主要有铝盐和铁盐及其高分子聚合产物。由于传统铝盐水解反应极为迅速，无机高分子混凝剂可在预制过程中形成一定水解稳定性的优势混凝性态产物，且其分子链更长、电荷密度更高从而在单位长度分子链上结合的带负电污泥颗粒更多，与污泥的结合更为紧密，从而受到广泛关注。聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、硅酸类絮凝剂等，是现阶段常用的无机高分子絮凝剂，和传统无机絮凝剂一样其缺点是絮凝效果差，投加量大。

1.2有机调理剂

有机调理剂根据其带电性质分别有阳离子型，阴离子型和非离子型以及两性离子型。其主要脱水机理主要是通过分子链变性，拉长分子链，对污水中凝聚的颗粒起到吸附架桥的效果，使颗粒与水易于分离。具有投加量少，絮凝能力强，絮体粗大且沉降性能好的特点，但相对生物毒性高，能致癌、致畸变，且难以生物降解，应用范围受限。目前常用的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列产品，因为污泥胶体表面带负电荷，因此阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的表现要优于其他离子型，而被广泛使用。

1.3复合调理剂与助凝剂

助凝剂主要是提高或改善混凝剂的效果的化学药剂，在污泥脱水过程中，助凝剂主要作用是作为在污泥中形成坚硬的网络骨架使污泥絮体具有持久坚固的结构。常用的助凝剂有石灰，粉煤灰等。复合调理剂是在单一絮凝剂和助凝剂基础上发展起来的，通过多种有机无机絮凝剂和助凝剂的复合作用弥补单一絮凝剂的不足。在大多数情况下复合型絮凝剂的脱水率优于单一絮凝剂，且由于助凝剂的存在大大的节约了调理剂的投加量。但是，复合型絮凝剂从工艺上来说相对其他试剂复杂，反应条件苛刻，制备成本上可能增加。

1.4Fenton试剂系列

Fenton试剂作为强氧化剂越来越多地被用于氧化有机物，其机理主要是其强氧化性破坏了EPS，使细胞内部的结合水析出变成表面吸附水，从而改善污泥脱水性能，但单独使用时面临投加量大、成本过高、泥饼压缩性强等问题。因此从改善污泥脱水性，改善污泥脱水工艺，提高城市污泥的脱水效果，降低污泥的含水率角度来说，研究污泥深度脱水药剂优化，以及高效的脱水剂组合有着重要的意义。

2污泥脱水的常用方法与适用场合

2.1干化

（1）自然干化。在专门的污泥干化场地中，将污泥均有地铺在场地上，通过自然的空气流动和空气蒸发作用逐渐减少污泥中水分的过程。存在的问题：干化效率低，受污泥有机质含量、温度、湿度和通风影响较大，占用场地面积大，有恶臭。适用范围：干燥、少雨地区，占地面积大的污水厂。（2）加热干化。通过对污泥进行加热处理，使污泥颗粒的结构发生变化，使污泥颗粒中有机质发生水解，从而达到提高污泥脱水性能的效果。加热干化的方法可以使泥饼含水率降至40%左右。存在的问题:污泥颗粒的结果遭到破坏之后，有机物成分大量溶解到水中，致使回流的污泥处理液特征性污染物浓度增加，造成前段污水处理系统的负担，另外，加热干化的运行费用高，伴有恶臭，设备容易被腐蚀等。适用范围：加热干化设备的选型受投资费用、能耗、以及设备处理量等因素的影响，污水厂在选择设备的时候需结合自身情况综合考虑。

2.2机械脱水

（1）真空过滤机：将污泥放于多孔性过滤介质上，在介质的另一侧造成真空，把污泥中的水分强行抽走，从而实现泥水分离，达到提高污泥脱水性能的效果。存在的问题：出泥含水率较高、噪声大、占地面积大。适用范围：早期建设的污水处理厂，但由于本身存在的问题，以及其构造及性能已无较大的改进，二十世纪80年代以来，已很少采用。（2）带式压滤机：主要由驱动装置、传动滚筒、输送带、槽型上托辊、下托辊、机架、清扫器、拉紧装置、改向滚筒、导料槽、重锤张紧装置及电器控制装置等组成。污泥在滤带上进行重力浓缩-楔形预压脱水-压榨脱水三步脱水，使滤饼水分逐渐减少，最后滤饼含水率为68－80%。存在的问题：需要频繁清洗滤布，反冲水消耗大、在反冲过程中二次生成的污水加大，且脱水效果并不理想。适用范围：虽然带式压滤机存在一定的问题，但是由于该种压滤机的运行能耗低，工况稳定，操作简单，出泥含水率比较低，不容易受到污泥负荷波动的影响等特点，同时在国内，该种压滤机生产技术相对成熟。所以目前，国内新建的污水处理厂大多采用带式压滤脱水机。（3）离心分离机：通过水分与污泥颗粒的离心力之差使之相互分离，从而实现脱水。脱水污泥含水率为80%左右。存在的问题：耗能大、噪音大，维修难度高，中轴产生平衡偏差后，对设备的损坏极大。适用范围：小型离心机我国可以自行生产，但是大型离心脱水机只能从国外引进。同时，由于离心脱水机自身存在的问题，以及离心脱水机受污泥负荷的波动影响较大，操作不简便等问题，国内很少有污水厂会采用。（4）板框式压滤机：由过滤板、隔膜板和滤布组成，污泥均匀铺于过滤板上，过滤压力来自施加于所有滤板上的液压系统、进料泵压力以及注入到隔膜板腔中的高压水。压滤完成的泥饼经高压空气吹脱，最后由皮带运出。被输送至高压压滤厢体中进行压滤。泥饼含水率可低于65%。存在的问题：间断作业，效率低，操作麻烦，维修量大，占地面积大，效率低。适用范围：板框压滤脱水机泥饼含水率最低，因而一直在采用。而且在要求出泥含水率很低的情况下是最佳选择。板框式压滤机经过不断的改良和研发，不断朝着自动化控制、远程操作的方向发展。（5）其他新型脱水设备。滚压式污泥脱水机：加拿大法尼压公司生产，具有浓缩、脱水一体化功能，耗能少、产出率高、性能稳定、易损件少、维修量小、自动化程度高；但它同时也存在一些问题：一是滤水板上的滤水孔的数量受技术结构的影响，使有效滤水面积减少；二是设备的脱水效率直接受污泥进口压力的影响；三是脱水机结构中的滤板固定在一个转鼓上，转鼓在转动过程中常常偏离水平，造成滤板倾斜，使滤板与相邻部件产生碰撞和摩擦，这使滤板和相邻部件产生损伤，增加了设备的维修量，减少了设备的使用寿命，同时增加了能耗。活塞式污泥脱水机：近几年开发的新型、高效污泥脱水设备，它不但具有污泥浓缩、脱水一体化功能，使污泥减量、稳定、无害化和综合利用，而且性能具有耗能少、产出率高、性能稳定、易损件少、维修量小、自动化程度高，效果性能指标均优于传统机械类污泥脱水设备。螺旋离心式脱水机：该种离心机基本实现了污泥“零污染”处理。因为整个污泥脱水过程是全封闭的，无恶臭，无污水、污泥外漏。

3深度脱水药剂在改善城市污泥脱水性能中的应用

3.1有机混凝剂在改善污泥脱水性能中的应用

对比研究了5种有机絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)在污泥脱水过程中污泥比阻(SＲF)与毛细吸水时间(CST)之间具关系，发现其数值明显线性相关，因此提出了可使用CST代替SＲF确定最佳投药量的观点，同时SＲF、CST也分别与泥饼含水率之间有明显的线性关系，因此可为污水处理厂筛选调理剂和调理方案提供技术支持。研究表明PAM和石灰作为单一调理剂的情况下也具有良好的效果，表明了有机混凝剂在改善污泥脱水性能中也具有良好的表现，同时在污泥深度脱水过程中，药剂的投加顺序的改变对泥饼含水率影响不大

3.2无机混凝剂在改善污泥脱水性能中的应用

研究了单一调理剂聚合氯化铝(PAC)和氯化铁(FC)对污泥脱水的效果，这两种常用的无机混凝剂皆可大幅改善污泥脱水性能，且前者效果好于后者。进行了包括PAC和铁盐对污泥深度脱水性能改善的对比研究，发现聚合氯化铁(PFC)和FC处理污泥效果略优于PAC和聚合硫酸铁(PFS)，也从侧面表现无机混凝剂在污泥深度脱水中的良好表现。

3.3复合混凝剂和助凝剂在改善污泥脱水性能中的应用

研究了有机絮凝剂(PAM)、无机絮凝剂(PAC、BAC、FeCl3)、助凝剂(生石灰、粉煤灰)单独使用及联用对污泥脱水性能的影响，结果表明单独使用一种调理剂，阳离子聚丙烯酰胺(PAM)脱水效果最好;掺杂粉煤灰和石灰的复合型调理剂后，可显著提高污泥脱水性能，并能大幅降低絮凝剂投加量。分别研究了石灰，粉煤灰，工业石灰，硅藻土，十二烷基磺酸钠和飞灰单独使用的污泥脱水效果，结果表明单独投加脱水效果最好的是石灰，复合投加时脱水效果最好的是石灰+粉煤灰。

3.4Fenton试剂系列在改善污泥脱水性能中的应用

研究了Fenton复合调理剂对污泥脱水性能的影响，发现Fenton法能有效破解污泥中的EPS，且其与表面活性剂、生石灰联用比单独使用脱水性能好，其中Fenton－生石灰联用对污泥比阻降低效果显著。以上研究中均表明污泥的含水率随着深度脱水药剂投加量的增加而降低，但是随着投加量的增加，单位质量药剂对含水率的贡献也会逐渐降低，甚至有可能使污泥脱水性能恶化。

结语

目前已经有不少研究表明，脱水药剂的复合联用可以有效地提高污泥脱水率，然而污泥的来源广泛而且情况复杂，对于化学调理之后的污泥是否具有环境风险，以及在后续填埋、焚烧等最终处理过程中是否仍然具有良好的性能还需进一步研究。

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