污泥化学调质及深度脱水

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1、污泥化学调质及深度脱水研究进展胡芝娟，董涛，钱秋兰，沈序辉，赵利卿（天津水泥工业设计研究院有限公司，天津，300400）摘 要水泥窑协同处置剩余污泥避免了其她方式处置不彻底，存在二次污染等问题，是一种抱负的污泥处置手段。污泥入窑前的干化脱水过程需要消耗大量的热量和电能，导致成本偏高。采用化学调质+机械压滤的深度脱水方式先将污泥含水率降到55%如下，避开污泥的粘滞区，再采用废烟气余热进行干化，则可以明显减少污泥脱水的成本。本文概述了国内外污泥化学调质的研究进展，分析了污泥深度脱水和一般脱水的区别，以期为污泥化学调质和深度脱水措施的选择提供参照。核心词：污泥；化学调质；深度脱水1.前言活性污泥法解

2、决污水过程中，会产生大量的剩余污泥，其体积约占解决水量的0.5%1.0%（以含水率97%计）1。随着污水解决率的提高和解决限度的深化，在污水解决过程产生的污泥量将大量增长。污泥中具有大量病原菌、重金属含量高、且易腐败产生恶臭，如处置不当，将引起严重的二次污染2。与填埋、堆肥和焚烧等目前常用的处置方式相比，用水泥窑来协同处置剩余污泥是一种非常抱负处置手段。水泥窑的高温避免了二噁英等有害物质的产生，污泥中的大量重金属被固定在水泥熟料中，从而避免了其她方式处置不彻底，存在二次污染等问题。一般污水解决厂出厂污泥的含水率在80%85%，具有大量水分。目前，用水泥窑处置污泥的方式有两种，湿污泥直接入窑和湿

3、污泥干化后入窑，这些协同处置方式均有工程实例。重庆拉法基南山工厂将污水厂来的污泥直接泵入分解炉中，由于污泥含水量大，为了避免破坏窑的热工制度，污泥的解决量较小，约为150t/d。湿泥干化后入窑可采用烟气间接干燥或直接干燥。我院参与设计的北京水泥厂污泥焚烧项目采用水泥厂高温烟气先对污泥进行间接干燥，然后投入回转窑中焚烧。我院设计的广州越堡水泥公司水泥窑处置污泥项目则采用烟气对污泥进行直接干燥，然后再入窑焚烧。湿泥干燥后，含水率减少到30%如下，减少了水分对窑况的影响，污泥解决量明显提高，以越堡为例，处置能力达730t/d3。清除污泥中水分的过程是能量净消耗的过程，高能耗导致的高解决成本，成为污泥

4、深度脱水的瓶颈。特别是，含水率在55%65%之间的污泥，处在粘滞区域4。此时，污泥粘性大，输送和干燥的能耗电耗很高，也导致整个污泥干化过程能耗电耗居高不下。如果能先将污泥脱水至含水率55%如下，则可以大大减少污泥干化的能耗，同步还可以采用水泥厂余热发电出来的废热（180）作为干化热源，不仅减少了污泥处置的成本，同步也减少了水泥生产的成本。污泥深度脱水是指对污泥进行调理，破除细胞壁，释放结合水、吸附水和细胞内水，改善污泥的脱水性能，使解决后的污泥含水率达到60%如下的脱水方式。目前来说，比较现实可行的污泥深度脱水方式是“化学调质+机械脱水”。污泥先经化学调质，使污泥中的间隙水和部分结合水释放出来

5、，然后通过机械压榨将水分离出来。采用的压榨设备最佳是隔阂压滤机或板框压滤机，离心式和带式压滤机无法满足低含水率规定。本文从污泥化学调质的角度，对目前污泥深度脱水的调质措施加以总结和论述。2.污泥中的水分污泥是由菌胶团和悬浮固体形成的胶体构造。由于污泥颗粒表面特性和污泥团的构造所决定，污泥颗粒表面吸附有多种荷电离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物等。这些荷电离子和胞外聚合物具有很强的持水性。污泥颗粒互相汇集构成污泥团，形成许多的毛细孔道。图1 污泥中水分的分类图2 污泥胶体的双电层构造污泥中的水分按其状态共分为四种（图1）：（1）间隙水或游离水，间隙水是存在于污泥颗粒间隙中的

6、游离水分，一般占污泥总含水量的70%左右；（2）毛细水，毛细水是污泥颗粒之间或颗粒裂隙中由于毛细作用与污泥颗粒结合在一起的水分，占总水量的20%左右；（3）吸附水，吸附水是由于表面张力的作用吸附在污泥颗粒表面的水分，由于污泥颗粒小，具有极强的表面吸附力；（4）结合水或细胞水，结合水是涉及在污泥中微生物细胞内的水分，或无机污泥中金属化合物所带的结晶水等，只有变化污泥颗粒的内部构造才干将结合水分离，结合水和吸附水共占污泥中总含水量的10%左右5。但这种划分目前没有定量测定的措施，因此在大多数对水分的定量测定中简朴的将污泥中的水分划分为自由水和束缚水6,7。四种水分的结合强度依次为间隙水毛细水吸附水

7、35）又会破坏絮体构造，使絮体变为碎块漂浮。目前大多数铝系、铁系的机絮凝剂偏酸性；而PAM则偏碱性，两者对pH值均有一定的规定。污水的pH值在8.5以上时就会影响有机高分子的水解作用，也影响其絮凝效果。而从铝系、铁系的水解反映可知，每一种水解过程都与H+有关，实验表白污泥混凝脱水最佳pH=6.58.0。混凝过程需要经混合和絮凝两个阶段。在混合阶段并不规定形成大的絮体，当混凝剂投入水中后就需剧烈搅拌以使药剂迅速而均匀地扩散到水中（所谓迅速混合），在絮凝阶段则规定水力紊动强度逐渐削弱，并延长停留时间，以发明足够的使絮体之间产生更多的碰撞机会和良好的吸附条件，使微小的初级絮体继续凝聚成为大絮体而沉降

8、。这就是混凝工艺对水力条件的规定。复合混凝剂是由无机混凝剂、助凝剂和有机高分子絮凝剂的组合，对污泥中的有机物所构成的分散系具有破坏其双电层构造的高效絮凝作用。但当有机高分子絮凝剂过早地与无机混凝剂混合时会使有机高聚物凝固而丧失其絮凝作用，特别是铁盐和PAM的衍生物联合使用时，由于铁会引起PAM降解，更应特别注意。因此两种混凝剂不能同步在同一地点投加，而必须分批加入才干充足发挥无机与有机两种混凝剂各自的作用。4.污泥深度脱水与一般脱水不同目前，污泥深度脱水与一般脱水并没有明显的界定。从污水解决厂经调质压滤后，污泥的含水率在80%左右。只有将污泥的含水率降至60%如下，才属于深度脱水的范畴。可以人

9、为以60%的含水率脱水效果作为界定污泥深度脱水和一般脱水的分界点。由于环保政策的规定，国内对污泥脱水的研究多集中在一般脱水，而对深度脱水关注较少。在一般脱水时的某些研究结论并不能完全合用于深度脱水。例如，在污泥一般脱水时，觉得PAM类高分子有机絮凝剂的效果和脱水成本远低于无机混凝剂，但对于污泥深度脱水，使用有机高分子絮凝剂是不也许达到低含水率规定的。有机高分子絮凝剂能加速污泥的沉降，但对污泥自由水的含量影响不大，因此，无法提高污泥的脱水限度38。深度脱水则必须要使部分毛细水和结合水变成自由水，否则无法满足低含水率的规定。此外，有机高分子絮凝剂重要作用是架桥絮凝作用，使污泥絮体尽量的增大并沉降下

10、来，但增大的污泥絮体也会使更多的水分涉及在絮体中，不易被脱除39。从这个角度讲，有机高分子絮凝剂反而对深度脱水是不利的。因此，在污泥深度脱水时，铁盐和石灰的组合要更优于高分子絮凝剂。目前用于深度脱水的配方也都是以铁盐+生石灰的组合为主。广州普得环保7对已脱水泥饼进行二次深度脱水，调质添加剂含Fe3+盐0.32%和Ca2+盐0.55%。一方面将污泥稀释为含水90%，按湿基比例，先加入铁盐，搅拌若干分钟后，再加入钙盐，搅拌后采用板框机在1.52.5MPa下保压3070分钟，可脱水至含固率3545%。谢小青等40以FeCl3和CaO对污泥，进行调质，然后采用高压隔阂厢式压滤机研究污泥的深度脱水效果，

11、成果表白，污泥经深度脱水后，泥饼含水率60。调质过程提高了泥饼的透气性，自然放置7d后，含水率可进一步降至45左右，且泥饼基本无臭味。20d后泥饼含水率降至14.5%。污泥一般脱水最常用的带式压滤机和离心式脱水机不能深度脱水的规定，深度脱水一般都采用板框压滤机或者隔阂压滤机。综上所述，污泥的深度脱水和一般脱水有诸多的不同，对污泥一般脱水时得到的某些结论或研究成果，用于深度脱水时要谨慎看待。5.结语国内污泥产生量已达到3000，0000吨/年（以含水率80%计），如果污泥通过干化使含水率降至30%，则需要大量的能耗和电耗。采用化学调质+机械压滤的方式先将污泥含水率降到55%如下，避开污泥的粘滞区

12、，再采用废烟气余热进行干化，则可以明显减少污泥脱水的成本。但是，必须结识到采用化学调质对污泥进行深度脱水是一种新的课题，需要大量的实验研究和工程实践，才干实现污泥的成本最优处置。参照文献1 高健磊，闫怡新，吴建平等.都市污水解决厂污泥脱水性能研究.环境科学与技术，31（2）：108111.2 林红艺.都市生活污泥化学混凝脱水的研究.化工技术与开发，39（8）：5963.3 胡芝娟，李海龙，赵亮等.运用水泥窑协同处置废弃物技术研究及工程实例.中国水泥，4（增）：103109.4 赵培涛，牟占杰，张长飞等.旋转导热污泥干燥粘滞区特性实验研究.化工装备技，31（1）：812.5 黄瑛，赵培涛，袁凌飞

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