城镇剩余污泥深度脱水技术

城镇剩余污泥深度脱水技术

2021-08-03 17:46:49 2

  目前我国每年产生4000多万吨剩余污泥,经常规机械脱水处理后,大部分城镇剩余污泥含水率可降至约80%。污泥处理处置,减量化是前提,主要途径就是降低污泥含水率[1]。目前,污泥深度脱水的技术日趋完善,能够更好地实施污泥脱水,降低污泥含水率。本文主要阐述了城镇剩余污泥深度脱水处理技术及其发展趋势。

  一、污泥深度脱水

  城镇污水处理厂剩余污泥含水率高达95%以上,经常规机械脱水后,污泥含水率可降至约80%左右。无论污泥采用何种最终处置方式,对污泥的含水率要求一般在60%左右(或者更低)。为了妥善处置污泥,污泥深度脱水成了迫在眉睫的任务。污泥中水的分布形态主要有四种:间隙水(或游离水)、毛细水、表面吸附水和内部结合水,常规污泥脱水技术一般只能去除部分间隙水和自由水,很难去除其他形态的水。

  目前,很多学者对污泥深度脱水进行多方面研究,归结起来主要有:一是在机械脱水前对污泥进行调理。二是对污泥脱水机械设备进行优化设计。污泥深度脱水技术应用较为成熟的方法包括:电渗析脱水法和超声波脱水法,本质上都属于助滤的范畴。随着机械脱水技术的不断改进,在结合污泥调理的基础上,形成了以机械脱水为核心的多手段联合脱水技术。

  二、影响污泥脱水的主要因素

  剩余污泥颗粒具有高亲水性,与水结合力很强,如不进行预处理,则污泥脱水效果差。影响污泥脱水的主要因素有:胞外聚合物(EPS)、粒径分布、Zeta电位和黏度。

  2.1 胞外聚合物(EPS)

  胞外聚合物(EPS)在污泥中占有很大比重,EPS具有空间分布的特征,包括紧缚EPS(TB-EPS)、松散EPS(LB-EPS、Slime层和溶解态EPS(S-EPS),其中污泥的Slime层和溶解态EPS(S-EPS)具有高持水性。胡梦竹等研究发现,NaCl的投加降低EPS各层疏水能力,使污泥生物絮凝能力变差,利于污泥脱水,降低污泥的体积。然而众多学者的研究并没有达成一致,如李亚林等研究认为污泥的脱水性能与紧缚EPS和松散EPS中的PN存在显著相关性,与溶解态EPS中PN的无显著相关性。而Yuan等[9]研究得出最优的松散EPS含量仅为15~18mg/L,过高的松散EPS反而会导致污泥脱水困难。

  2.2 粒径分布

  污泥中细小颗粒比例越大,污泥脱水效果越差。高比例的超微小胶体颗粒会使污泥颗粒表面积/体积比提高,故导致污泥颗粒的水合作用增强,降低其脱水性能。污泥粒径增大,能提高污泥颗粒的聚沉效果,从而提高污泥脱水性能。Ning等研究结果表明:同时加入制革污泥焚烧灰和阳离子聚丙烯酰胺可以提高污泥颗粒的聚集沉淀效果,脱水性能明显改善。

  2.3 Zeta电位

  污泥颗粒具有双电层结构,Zeta电位会影响污泥胶体的凝聚和沉降,因此在污泥脱水过程中常通过降低污泥颗粒表面电位,强化污泥胶体颗粒的脱稳和沉降效果。一般情况下,污泥絮体的Zeta电位在-30~10mV之间。Guan等研究发现低温(50~90℃)条件下用CaC12调理污泥,压缩双电层,降低污泥表面Zeta电位,从而提高污泥脱水性能。

  2.4 黏度

  污泥黏度的相关研究数据能为污泥深度脱水技术的优化提供参考。Li等研究结果发现,污泥黏度与污泥脱水性能呈线性正相关,污泥黏度数值变大,则污泥脱水性能恶化。

  三、污泥调理

  城镇污水剩余污泥先进行调理,降低污泥的亲水性,从而提高污泥脱水效果。污泥调理方法主要包括物理调理、化学调理、微生物调理和复合调理。多种调理联合作用可以使污泥脱水效果更佳,故污泥复合调理研究最多,应用广泛。

  3.1 物理调理法

  物理调理法有加热调理、微波调理、超声波调理和电渗透脱水。污泥加热调理可以使污泥中的细胞分解,改变颗粒结构,使有机物水解,从而使细胞膜中的内部结合水游离出来,改善污泥的脱水性能。但高温导致的臭味、腐蚀以及经济成本等问题,限制了加热调理的大规模应用。微波调理是对污泥进行热处理改性,能有效地破坏污泥细胞结构,具有升温快、加热均匀等特点,能改善污泥脱水性能。与微波调理类似,单一超声波调理对污泥脱水性能影响存在最佳的辐射能量限值,以及能耗等问题。电渗透脱水过程耗时较长,但对高含水率且低渗透性污泥脱水效果好,污泥含水率可降低至60%以下。李亚林等研究结果表明,经电渗透技术脱水后,污泥含水率降至49.15%。

  3.2 化学调理法

  污泥化学调理法中常用的药剂有无机絮凝剂、有机絮凝剂、复合絮凝剂和助凝剂等。

  3.2.1 无机絮凝剂

  无机絮凝剂用得比较多的有聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸铝等。王馨悦等研究了分别用聚合氯化铝(PAC)和三氯化铁(FeCl3)对污泥调理脱水的试验。研究表明,两者对污泥脱水性能改善效果都比较明显。但从经济成本考虑,PAC比FeCl3更为经济合适。黄绍松等研究Fenton氧化联合氧化钙对污泥脱水的影响,结果表明,污泥含水率明显降低。两者联合作用改变污泥絮体的大小,且能去除部分胞外聚合物,进而改善了污泥脱水效果。

  3.2.2 有机絮凝剂

  有机絮凝剂调理能力好,受污泥pH值影响小,但存在毒性强、难溶解和费用高等缺点。张梅杰等对比研究了五种有机絮凝剂对污泥脱水性能的影响,研究发现在有机絮凝剂调理下,污泥比阻与毛细吸水时间比值呈明显线性相关,相关研究能为污泥调理提供相关的研究数据。Yan等探讨了三种絮凝剂分别投加时对污泥脱水效果的影响,研究对比得出,阳离子PAM对污泥脱水效果比其他两种絮凝剂更好。

  3.2.3 复合絮凝剂

  ZhaiLF等[研究表明,复合絮凝剂对污泥脱水的效果比单一药剂显著要好,且药剂用量能节省一半,但问题是复合絮凝剂制备较复杂,成本高,反应条件限制多。

  3.2.4 助凝剂

  助凝剂改善污泥脱水性能的机理是助凝剂与污泥混合后,使污泥内部结构变硬,形成更多的空隙结构,以利于脱水过程中自由水的渗出。助凝剂实际应用较多的有石灰和粉煤灰。姜惠民等分别研究了六种助凝剂对污泥脱水性能的影响,研究表明,单一助凝剂使用时,石灰对污泥脱水效果最好。复合投加时,粉煤灰加石灰两者联合作用对污泥脱水效果最好。刘强等研究了粉煤灰与生石灰联合投加对污泥调理,试验表明,污泥含水率可降低至60%以下。

  3.3 微生物调理法

  微生物絮凝剂无二次污染和对污泥自身条件具有良好的适应性,但制备成本高,故目前还是和传统絮凝剂联合使用调理污泥。微生物调理法以生物沥浸为代表,目前在实际工程中推广应用最多。何足道等研究结果表明,生物沥浸法既能明显提高污泥脱水性能,处理后水质相对较好等优点,又具有泥饼有机质和氮磷养分高,重金属含量低的优点。刘杰伟等分别研究了微生物絮凝剂与无机絮凝剂对污泥脱水效果的影响。结果表明,污泥脱水效果较好的是微生物絮凝剂。

  3.4 复合调理法

  目前污泥复合调理法是国内外研究的热点,多种调理法联用可以克服单一调理法各自的缺点,起到较好的协同效果,改善污泥脱水性能。李亚林等采用电渗透与过硫酸盐耦合对剩余污泥进行二次脱水。结果表明,相比单一电渗透脱水技术,两者耦合工艺在能耗方面增加,但污泥脱水时间减少了44%。同时电渗透与过硫酸盐耦合脱水对于细胞结构的破坏程度优于传统电渗透,得到的脱水污泥具有更好的干燥特性。罗璐等探讨了聚丙烯酰胺和溶菌酶复合投加对城镇剩余污泥的脱水影响,研究结果表明,聚丙烯酰胺和溶菌酶2种药剂共同作用时,能明显提高污泥脱水性能和脱水速度,且污泥脱水率比单一药剂处理时提升很多。高雯等研究了臭氧、超声波和微生物絮凝剂三种方式对污泥脱水效果的影响。研究表明:臭氧、超声波和微生物絮凝剂组合联用,对破坏污泥菌体结构有较好的效果,对提高污泥脱水性能有显著效果。

  四、优化污泥脱水机械工艺

  污泥先调理,同时优化污泥脱水机械工艺,形成高效低成本的污泥深度脱水技术是现在很多污泥研究学者的研究方向。广东省机械研究所研发的新型高压压滤脱水设备保留传统压滤脱水机的优点,并做了大量改进优化和设计创新。经过试验,新型高压压滤脱水设备可将调理改性后的市政污泥实现深度脱水,污泥含水率可降低到40%。马维超等研究表明,相比其他污泥脱水设备,使用经过优化的新型高压板框式污泥脱水机,污泥的脱水率可提高5%以上。

  五、结语

  城镇剩余污泥脱水性能的提升有利于污泥后续的减量化、无害化处理,而污泥调理配合污泥机械脱水核心工艺成为了污泥深度脱水目前应用最为广泛的技术方案之一。本文对此进行了深入全面的分析总结,并着重指出:根据污泥的性质选择合适的污泥调理方法以及合适的脱水设备,研究开发新型的绿色高效的污泥调理絮凝剂,仍旧是今后污泥脱水研究的主要方向。(来源:广东工业大学华立学院)

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