城市污水處理廠污泥調(diào)質(zhì)絮凝劑的優(yōu)選

羅 剛，唐 霞，肖先念，雷 芳，宋 爽

（廣州市污水治理有限責任公司，廣東廣州 510163）

絮凝不僅是國內(nèi)外眾多水處理工藝中應(yīng)用最廣泛、最普遍的操作單元之一，也是城市污水處理廠污泥脫水處理必不可少的一個環(huán)節(jié)。經(jīng)濃縮后的污泥，由于親水性較強，通常需要絮凝調(diào)質(zhì)，這將直接決定污泥脫水的難易和污泥減量化程度，污泥調(diào)質(zhì)優(yōu)化不僅可以為后續(xù)處置節(jié)省費用，并且可以極大地降低二次污染[1]。有機高分子絮凝劑是目前城市污水處理廠使用最廣的一類污泥調(diào)質(zhì)劑。由于污泥帶負電荷，應(yīng)選用高分子量且?guī)д姾傻恼{(diào)質(zhì)絮凝劑[2]。陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）是一類高分子聚合物，其大分子鏈上帶有大量正電荷，能很好地吸附污泥顆粒發(fā)生中和絮凝，并且水溶性好、用量少、無毒低污染，因此成為城市污水處理廠污泥脫水劑的主要選擇。

陽離子聚丙烯酰胺根據(jù)離子度和分子量的大小可分為不同的種類，主要包括中等分子量中高陽離子度、高分子量中低陽離子度、中等分子量中低陽離子度、高分子量中高陽離子度等幾大類。在選擇陽離子聚丙烯酰胺時還需要根據(jù)污泥脫水設(shè)備來確定，對于廣州某污水處理廠，由于脫水設(shè)備為高速離心機，根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)使用高分子量中高陽離子度的聚合絮凝劑[2]。因此，對多種陽離子聚丙烯酰胺篩選并實現(xiàn)污泥脫水調(diào)質(zhì)優(yōu)化。

1 試驗背景

廣州市某污水處理廠作為中心城區(qū)一座大型污水處理廠，設(shè)計總處理能力達到55萬t/d，污水處理采用A/A/O工藝，出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準。污水處理產(chǎn)生大量剩余污泥，經(jīng)濃縮后含水率為96%～97%，然后加絮凝劑調(diào)質(zhì)后進離心脫水機處理。剩余污泥處理流程如圖1所示。

圖1 剩余污泥處理流程Fig.1 Treatment Process of Surplus Sludge

2 試驗材料與方法

2.1 試驗藥品

陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）由不同的生產(chǎn)廠家提供，分別為：CPAM（CX1）、C512H（CX2）、C4916（CX3）、C525H（CX4）、C525L（CX5）、C535L（CX6）、PAM（CX7）、PAM（CX8）、PAM（CX9）、PAM（CX10）、PAM（CX11）、PAM60（CX12）、PAM（CX13）、PAM60B（CX14）。外觀均為白色粉末，分子量為800～1500萬左右，離子度在50%～70%之間，適用于高速離心脫水。

2.2 試驗方法

2.2.1 小試試驗

將絮凝劑樣品配制成濃度為2.5‰溶液；然后按照5.5%投加比例加入1 L濃縮池污泥液中，用六聯(lián)攪拌儀攪拌5～10 min后靜置。觀察其表觀效果，并通過濾布離心測含水率。

表觀效果判斷標準為：1）好：形成緊密的大絮體，水泥分離完全，上清液清徹；2）中：能形成絮體，但絮體較小或易散不緊密，水泥分離不完全，上清液較渾濁；3）差：基本不形成絮體或只成小顆粒絮體，水泥不分離，上清液渾濁。

2.2.2 上機中試

1）利用廠區(qū)現(xiàn)有溶液配置設(shè)備，將CPAM干粉配置為2‰～3‰溶液（視脫水效果可適當加大濃度）；2）利用廠區(qū)投藥設(shè)備進行投加，投加比例為5.5%～8%（絮凝劑溶液與脫水前污泥體積比）；3）第一天試驗時間為1～2 h，消耗藥劑50 kg，第二天試驗時間為 6～8 h，消耗藥劑 100 kg；4）試驗過程中，根據(jù)污泥表觀及上清液清澈度對藥量和污泥處理量進行調(diào)整；5）定時取樣測定污泥含水率，確定污泥含水率是否低于80%；6）適當調(diào)整藥劑投加比例及污泥處理量，獲取最低成本投藥量。7）含水率測定：將絮凝調(diào)質(zhì)污泥經(jīng)實驗室離心機或污水廠離心脫水機處理后，取1.5 g左右處理污泥至紅外水分測量儀，測定其含水率。

中試效果評判標準：所選絮凝劑必須滿足污泥脫水工況要求，即離心機扭矩控制在40%～45%，處理量 25～30 m3/h，脫水后污泥含水率＜80%。

3 試驗結(jié)果

3.1 小試試驗

3.1.1 初篩

污泥顆粒帶負電，彼此之間相互排斥，加之部分污泥與表面附著水結(jié)合成凝膠體，僅靠自身重力沉降不能破壞污泥在水中的穩(wěn)定分布，難以產(chǎn)生澄清水，因此要想泥水分離必須依靠外界作用力[4]。隨著絮凝劑的加入，不僅可以使帶負電的污泥顆粒脫穩(wěn)，而且可以將其表面附著水轉(zhuǎn)化成游離水。通過表觀觀察可以初步判斷絮凝劑的性能狀況[5]，然后挑選表征效果好的樣品，進一步測定其含水率。本實驗考察了14種CPAM的絮凝效果，初篩試驗結(jié)果見表1。

表1 初篩結(jié)果Tab.1 Result of Preliminary Screening

由表1可知，表征效果好的聚丙烯酰胺有CX1、CX4、CX6、CX12 和 CX14 五種，其他九種效果次之。選取這五種絮凝劑繼續(xù)試驗，測定離心后含水率分別為 80.7%、78.8%、79.1%、80.2%、81.8%。因而，CX1、CX4、CX6、CX12 效果較好，CX4、CX6 雖然效果更優(yōu)，但為進口產(chǎn)品，價格昂貴，綜合考慮選擇CX1、CX12進一步試驗。3.1.2復篩

為了保證初篩試驗效果穩(wěn)定性，開展了重復實驗。以不添加任何絮凝劑的原污泥為空白對照樣，分別考察CX1與CX12兩種絮凝劑連續(xù)10天處理效果，并以三者的10 d處理平均值進行對比分析，試驗結(jié)果見表2。

表2 復篩結(jié)果Tab.2 Result of Repeated Screening

由表2可知，原污泥、CX1和CX2處理污泥含水率變化范圍86.4%～90.0%、81.5%～84.8%、80.0%～81.7%，平均值為88.4%、83.1%、81%，CX12效果最佳并且穩(wěn)定性好。因此，將CX12確定為上機中試藥劑。

3.2 上機中試

CX12的中試試驗分兩天完成。第一天為適應(yīng)階段，調(diào)低進泥量（約為正常進泥量的80%），上機時間2 h，主要是初步檢驗該藥劑的機試效果，同時排查可能出現(xiàn)的故障和其他意外情況。第二天為正式中試階段，調(diào)節(jié)進泥量為正常值附近（26～30 m3/h），連續(xù)機試 6～8 h，可調(diào)指標為進泥量、加藥量和扭矩，在調(diào)節(jié)過程中，每改變一次指標，待機器運行幾分鐘即取上清液觀測。若清澈，繼續(xù)保持機器穩(wěn)定運行20～30 min后取干化污泥測含水率；若渾濁，則必須立刻調(diào)節(jié)相應(yīng)指標使上清液變清，中試結(jié)果見表3。

由表3可以看出，在第一天適應(yīng)機試中，當加藥量和扭矩均保持常規(guī)水平（加藥量2 000 L/h、扭矩 40%～45%）、進泥量減少 8～9 m3/h 時，上清液保持澄清且含水率在80%以下，基本符合要求。在第二天正式機試中，恢復進泥量至30 m3/h，首先調(diào)低扭矩至38%（主要為了檢驗高差速下的離心脫水效果），然后逐漸減少加藥量，發(fā)現(xiàn)當加藥量降至1 900 L/h時，上清液保持澄清且含水率達到80.16%，雖然藥泥比達標，但是含水率及扭矩均未達到試驗預期效果；調(diào)整加藥量至2 000 L/h，調(diào)節(jié)扭矩至43%，在正常范圍內(nèi)逐漸調(diào)低進泥量，發(fā)現(xiàn)當進泥量降至27 m3/h時，上清液澄清且含水率為78.96%，能夠達標；但是當進泥量降至26.5 m3/h時，含水率反而升至79.35%，分析原因可能是生產(chǎn)廠家本批次CX12穩(wěn)定性略差，或者是進泥性狀稍微發(fā)生變化，應(yīng)提高該絮凝劑穩(wěn)定性并多次上機確定其效果。另外，在長期運行中發(fā)現(xiàn)，污水廠進水水質(zhì)隨季節(jié)、溫度呈一定程度的變化，污泥泥質(zhì)也隨之改變，導致單一絮凝劑脫水效果的不穩(wěn)定性?？筛鶕?jù)污泥的變化規(guī)律儲備多種絮凝劑，在相應(yīng)時段采用最適宜藥劑來保證脫水效果。

表3 上機中試結(jié)果Tab.3 Result of Machine Test

4 結(jié)論與建議

（1）城市污水處理廠污泥調(diào)質(zhì)絮凝劑的選擇，由于機試藥耗量非常大，應(yīng)先選擇多種絮凝劑進行實驗室小試，得到初篩藥劑后再上機中試，根據(jù)出泥含水率、藥泥比（進藥量/進泥量）及設(shè)備參數(shù)等來判斷該絮凝劑是否合適。

（2）在進行絮凝劑優(yōu)選試驗時，除了絮凝效果，還應(yīng)綜合考慮市場價格等經(jīng)濟因素。

（3）中試效果容易受產(chǎn)品穩(wěn)定性、污泥實時性狀、參數(shù)設(shè)置等多種因素的影響，比小試結(jié)果不確定因素更多，應(yīng)對產(chǎn)品穩(wěn)定性能、設(shè)備參數(shù)及進泥進藥量等進行綜合調(diào)整。

（4）城市污泥泥質(zhì)隨季節(jié)、溫度變化而改變，建議污水廠可儲備多種絮凝劑，在相應(yīng)時段采用最適宜藥劑來保證脫水效果。

［1］李欣,蔡偉民.污泥調(diào)理劑與有機高分子絮凝劑聯(lián)合作用對污泥脫水性能影響的研究[J].凈水技術(shù),2009,28(3):40-44.

［2］張勤,張幸濤,陳濱,等.城市污水處理廠污泥調(diào)質(zhì)用絮凝劑的選擇[J].重慶建筑大學學報,2006,28(1):80-83．

［3］王洪運,秦緒平.陽離子聚丙烯酰胺微膠乳與污泥脫水[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.

［4］趙慶祥.污泥資源化技術(shù)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002.

［5］姚毅.活性污泥表面特性與其沉降脫水性能的關(guān)系[J].中國給水排水,1996,12(1):22-25.