粉煤灰及生物質(zhì)對(duì)污泥脫水性能的影響試驗(yàn)研究*

仇 元　李乾軍　張長(zhǎng)飛　楊世龍　戴 榮　華冬梅

（皖能銅陵發(fā)電有限公司）?。暇┕こ虒W(xué)院環(huán)境工程學(xué)院)

粉煤灰及生物質(zhì)對(duì)污泥脫水性能的影響試驗(yàn)研究*

仇 元**李乾軍張長(zhǎng)飛楊世龍戴 榮華冬梅

（皖能銅陵發(fā)電有限公司）（南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院)

摘要在自制的壓濾裝置上，通過(guò)添加改性粉煤灰、木屑和不同粒徑秸稈，研究不同輔料及其添加量對(duì)污泥深度脫水的影響。研究結(jié)果表明，改性粉煤灰對(duì)污泥脫水效果最好，在添加量為4%時(shí)，污泥含水率降為53.6%；木屑效果次之，在添加量為10%時(shí)，污泥含水率為58.09%；粒徑相對(duì)較大的麥稈對(duì)污泥脫水促進(jìn)效果不明顯。

關(guān)鍵詞污泥脫水粉煤灰脫水性能秸稈過(guò)濾壓濾裝置

城市污泥中有機(jī)物約占70%～80% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)），低位干基熱值約14.9～18.2 MJ/kg[1]。將污泥制成燃料燃燒，不僅可以利用其有機(jī)成分、去除污泥中有機(jī)污染物及致病菌，還可以將部分重金屬離子沉積在灰渣中，減輕環(huán)境污染。城市污泥燃料化的優(yōu)勢(shì)在于，可以在解決污泥處理難問(wèn)題的同時(shí)，減緩燃料價(jià)格飚升所帶來(lái)的巨大壓力。日本的東京作為業(yè)界先驅(qū)，第一個(gè)采用了污泥炭化及其炭化物發(fā)電技術(shù)，利用這種污泥資源化技術(shù)可使該地區(qū)城市污泥的再利用和資源化率得到進(jìn)一步提升[2]。美國(guó)某研究機(jī)構(gòu)為解決污泥處置問(wèn)題及發(fā)揮污泥的最大熱能，開(kāi)發(fā)出了一種污泥合成燃料，用50%左右的干化污泥摻加一定量的石灰及水溶性有機(jī)粘結(jié)劑 (糖漿)制成成型燃料，可以在固定床或移動(dòng)床爐中燃燒。清華大學(xué)的蔣建國(guó)[3-4]對(duì)污泥衍生燃料進(jìn)行了一系列研究，將污泥和煤粉、鋸末、粉煤灰等制成固體成型燃料。天津城市建設(shè)學(xué)院文科軍、楊麗等[5-6]將城市生活垃圾、市政污泥和適量的輔料制成可燃固廢復(fù)合燃料。東南大學(xué)張長(zhǎng)飛等也針對(duì)污泥燃料化技術(shù)進(jìn)行了一系列研究[7-8]。

在當(dāng)前各種污泥燃料化技術(shù)方案中，首先將污泥干化或半干化，較高的干化成本制約了該技術(shù)的發(fā)展。本文擬通過(guò)加入輔料如改性粉煤灰和生物質(zhì)，改善污泥的深度脫水性能，將污泥深度脫水技術(shù)與燃料化技術(shù)相結(jié)合。

1　試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)材料

自制的壓濾試驗(yàn)裝置如圖1所示，該裝置由氮?dú)馄?、不銹鋼筒體、活塞、支架、電磁閥、濾布、多孔鐵餅等組成。

圖1　壓濾裝置

試驗(yàn)材料為南京某生活污水廠脫水污泥 （含水率78%）、火電廠粉煤灰、木材加工廠木屑、小麥稈。試驗(yàn)使用的藥劑為無(wú)水三氯化鐵、PAM及NaOH。

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1最佳壓濾時(shí)間

在一定的壓力下，壓濾時(shí)間越長(zhǎng)，泥餅的含水率就越低。隨著壓濾時(shí)間的增加，污泥的處理成本也不斷增加，所以確定合適的壓濾時(shí)間既影響著污泥含水率，也決定著污泥處理成本。為確定最佳的壓濾時(shí)間，分別取30 g污泥于5個(gè)250 mL燒杯中，標(biāo)號(hào)為1～5。為了便于絮凝劑的混合，在污泥中加入一定量的水，將其配成含水率90%的泥漿。根據(jù)課題組前期關(guān)于復(fù)合絮凝劑研究成果，按標(biāo)號(hào)分別加入 2% （按干污泥質(zhì)量計(jì)）復(fù)合絮凝劑（FeCl3∶PAM=4∶1），混合均勻后在壓濾裝置上脫水，污泥含水率隨壓濾時(shí)間的變化如圖2所示。從圖2可以看出，隨著壓濾時(shí)間的增加，泥餅的含水率不斷降低，壓濾1.5 h時(shí)泥餅含水率降到56.46%，壓濾2 h后泥餅含水率僅降到56.36%，僅下降了0.1個(gè)百分點(diǎn)。這表明污泥脫水存在一個(gè)極限值，越接近這個(gè)極限值脫水越困難。繼續(xù)增加壓濾時(shí)間對(duì)污泥含水率影響不大，反而會(huì)增加污泥處理成本。所以，最佳壓濾時(shí)間選用1.5 h。

圖2　壓濾時(shí)間與含水率的關(guān)系

2.2改性粉煤灰添加量對(duì)污泥含水率的影響

由圖3可見(jiàn)，改性粉煤灰添加量從1%增至3%，泥餅含水率從56.69%降到55.1%，降低幅度不明顯。當(dāng)添加量增加到4%時(shí)，泥餅含水率突降到53.6%，變化幅度較大。繼續(xù)增加改性粉煤灰的量，泥餅含水率反而上升。其原因可能是粉煤灰經(jīng)堿改性后能夠很好地破壞玻璃體結(jié)構(gòu)，使得玻璃體及光滑的球形顆粒形成多孔結(jié)構(gòu)，表面更加粗糙，吸附能力更加強(qiáng)大[9]。在破壞玻璃體的同時(shí)釋放出更多的可溶性Al、Fe化合物，使其活性更高，電中和作用更強(qiáng)。因此改性粉煤灰通過(guò)其強(qiáng)大的吸附能力，電中和及吸附架橋作用，使得污泥中膠體顆粒迅速脫穩(wěn)，并將其凝聚成更大的顆粒。同時(shí)，粉煤灰多孔結(jié)構(gòu)起到一定的骨架作用，增加了濾層間的空隙，減小了水通過(guò)濾層的阻力。另一方面，改性粉煤灰顆粒粒徑小于污泥顆粒，部分粉煤灰顆粒進(jìn)入到污泥顆粒間的間隙內(nèi)，使得部分間隙水釋放出來(lái)，從而大大改善了污泥脫水性能。但當(dāng)粉煤灰添加過(guò)多時(shí)，粉煤灰顆粒會(huì)堵塞濾層間的空隙，并使得污泥顆粒帶上同性電荷，因同性相斥作用使得凝聚起來(lái)的大顆粒又重新分散，脫水性能下降，泥餅含水率升高。因此改性粉煤灰最佳投加量為4%。

圖3　改性粉煤灰添加量與泥餅含水率的關(guān)系

2.3木屑添加量對(duì)泥餅含水率的影響

從圖4可以看出，木屑添加量從4%增加到10%時(shí)，泥餅含水率從61.54%降到58.09。繼續(xù)增加木屑的量，泥餅含水率反而上升。當(dāng)木屑添加量為10%時(shí)泥餅含水率最低，為58.09%。

圖4　木屑添加量與泥餅含水率的關(guān)系

加入木屑粉末后，由于木屑粉末表面粗糙，比表面積較大，能夠?qū)⑿纬傻妮^大顆粒污泥吸附在其表面，使得顆粒間的間隙再次增大，改善泥餅的脫水速度。因此初期加入木屑對(duì)脫水起積極作用。但干燥的木屑加進(jìn)去后會(huì)吸收一部分水分，在壓濾過(guò)程中這部分水很難被脫除，這就導(dǎo)致木屑能夠加快污泥脫水速度，但泥餅含水率仍然很高。當(dāng)木屑含量過(guò)多時(shí)，隨著濾層被壓縮，木屑顆粒會(huì)堵塞顆粒及濾層間的間隙，使得污泥脫水變得困難，且過(guò)多的木屑會(huì)吸收更多的水分，導(dǎo)致泥餅含水率不斷升高。

2.4不同粒徑秸稈對(duì)污泥脫水率的影響

如果教學(xué)內(nèi)容要面向?qū)嶋H解決了“不是所有的知識(shí)都要進(jìn)課堂”的問(wèn)題，那么教學(xué)方法及評(píng)價(jià)方式以學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)為旨?xì)w則是著力解決“不是所有進(jìn)課堂的知識(shí)都要教師講”的問(wèn)題。通過(guò)改革試點(diǎn)，教師們更加深切地感到：無(wú)論選擇何種教法或評(píng)價(jià)辦法，不在于教與評(píng)的方法或形式有多么完美，而在于教與評(píng)的方法真正引起了學(xué)生思維的活躍與磨練，在于使學(xué)生始終處于學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備狀態(tài)，在于讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，真正的好方法或好形式就是把學(xué)習(xí)還給學(xué)生，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。

從圖5可以看出，3 mm秸稈、10 mm秸稈都能讓泥餅含水率在一定程度上下降，但兩者的含水率都在較高的含水率范圍內(nèi)變化，總體上來(lái)說(shuō)添加3 mm秸稈的泥餅含水率優(yōu)于添加10 mm秸稈；添加3 mm秸稈其最低含水率添加量為12%，添加10 mm秸稈其最低含水率添加量為4%。

不論是添加3 mm秸稈還是10 mm秸稈，泥餅含水率高的原因，可能是干燥的秸稈添加到濕污泥中會(huì)吸收一部分水分，這部分水在密封壓濾裝置中難以被脫除。由于秸稈相對(duì)于木屑來(lái)說(shuō)粒徑較大，比表面積較小，對(duì)污泥絮體起不到吸附及充當(dāng)骨架的作用，因此秸稈對(duì)污泥脫水的促進(jìn)作用有限，且秸桿添加過(guò)多還會(huì)堵塞濾層間的間隙，使得水分難以通過(guò)，導(dǎo)致泥餅含水率上升。

圖5　不同粒徑秸桿添加量與泥餅含水率的關(guān)系

3　結(jié)論

（1）污泥含水率隨壓濾時(shí)間增加而下降，但綜合考慮成本，壓濾時(shí)間選為1.5 h比較合適。

（2）改性粉煤灰對(duì)污泥脫水有較明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)改性粉煤灰添加量為4%時(shí)，污泥含水率降為53.6%。

（3）木屑對(duì)污泥脫水有促進(jìn)作用，當(dāng)添加量為10%時(shí)，污泥含水率為58.09%。但是由于木屑本身吸水及過(guò)多的木屑會(huì)堵塞顆粒間及濾層間的通道，因此木屑過(guò)量反而不利于污泥的脫水。

（4）3 mm和10 mm粒徑麥稈對(duì)污泥脫水的促進(jìn)作用不明顯，污泥總體含水率較高，這可能和秸稈本身較大、比表面積小、不能起吸附和充當(dāng)骨架作用有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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*南京工程學(xué)院創(chuàng)新基金項(xiàng)目 （CKJB201217）；江蘇省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目 （201211276304）。

**仇元，男，1987年生，工程師。銅陵市，244000。

中圖分類(lèi)號(hào)TQ 028

收稿日期：（2013-10-15）

Experimental Study on the Effect of Coal Fly Ash and Biomass on Sludge Dewatering Performance

Qiu yuanLi QianjunZhang ChangfeiYang ShilongDai RongHua Dongmei

Abstract：By adding modified coal fly ash,sawdust and straws of different sizes,the influence of type and content of auxiliary material on the sludge dewatering performance was studied on a self-made pressure filter.The results showed that the modified coal fly ash was the best for sludge dewatering,when the content of it was 4%,the moisture content of sludge reduced to 53.6%.The sawdust also could accelerate the dewatering of sludge,when its content was 10%,the sludge moisture content was 58.09%.Because the size of straw was larger,it had no remarkable effect on sludge dewatering.

Key words：Sludge dewatering;Coal fly ash;Dewatering performance;Straw;Filtration;Pressure filter