造紙污泥深度脫水干化研究進(jìn)展

王小聰 郭曉偉

(中國(guó)輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢，430060)

造紙廢水處理的污泥量大，一般是同等規(guī)模市政污水處理廠的5～10倍。據(jù)調(diào)查，每年我國(guó)制漿造紙企業(yè)產(chǎn)生的污泥量500余萬t。目前，造紙污泥處理處置技術(shù)以填埋、堆肥、焚燒發(fā)電為主，還包括制造造紙?zhí)盍稀⒅圃旎钚蕴?、生產(chǎn)乙酸乙醇等其他利用技術(shù)［1］。污泥脫水可以有效降低需要處理、處置的污泥體積，是污泥減量化中最經(jīng)濟(jì)的一種方法，也是污泥最終處置 (焚燒、堆肥、填埋)必不可少的環(huán)節(jié)［2］。但對(duì)于常規(guī)污泥脫水方式，污泥的含水率依然高達(dá)78%～82%，難以達(dá)到填埋場(chǎng)土力學(xué)要求，也無法滿足污泥焚燒的熱值要求。因此，對(duì)造紙污泥進(jìn)行深度脫水干化，降低污泥含水率，減小污泥體積和質(zhì)量，提高污泥熱值，顯得尤為重要。本文綜述了造紙污泥深度脫水干化的方法及研究進(jìn)展情況。

1 造紙污泥的性質(zhì)

造紙廢水處理系統(tǒng)的污泥可分為初級(jí)污泥、二級(jí)污泥、三級(jí)污泥和混合污泥共4種。初級(jí)污泥由篩渣和大量無機(jī)填料組成，可形成比較硬的泥餅，易脫水，脫水后干度較高;二級(jí)污泥常稱為活性污泥，一般為采用生物化學(xué)的方法去除呈膠體狀態(tài)和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物，主要由蛋白質(zhì)組成，較難脫水;三級(jí)污泥主要為廢水深度處理過程中絮凝沉淀產(chǎn)生的污泥，很難脫水［3］;以上污泥混合之后的污泥稱為混合污泥。

造紙污泥中的水分主要有間隙水、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水4種，其中，間隙水和表面吸附水可以通過污泥濃縮處理去除;毛細(xì)水約占污泥中總含水量的15%～25%，必須借助機(jī)械作用力才能去除;內(nèi)部結(jié)合水是指包含在造紙污泥中微生物細(xì)胞體內(nèi)的水分，它的含量與污泥中微生物細(xì)胞體所占的比例有關(guān)。必須通過破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞液滲出才能去除，常規(guī)的機(jī)械脫水方法無法將其去除［4］。

2 造紙污泥調(diào)理

污泥調(diào)理是污泥濃縮或機(jī)械脫水前的預(yù)處理，其目的是改善污泥濃縮和脫水的性能，減小脫水時(shí)的阻力，以提高脫水設(shè)備的處理能力和處理效率。造紙污泥常采用化學(xué)調(diào)理，冷凍調(diào)理和熱調(diào)理也是當(dāng)前污泥調(diào)理的熱點(diǎn)。

2.1 化學(xué)調(diào)理

造紙污泥的化學(xué)調(diào)理是在污泥中加入適量的絮凝劑、助凝劑等化學(xué)藥劑，使污泥顆粒絮凝，從而提高污泥的脫水性能。常用的有機(jī)高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺 (PAM)，無機(jī)絮凝劑有聚合氯化鋁(PAC)、聚硅酸鋁 (PASi)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)等［5］。與無機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)有機(jī)物和無機(jī)物都有很好的凈化作用，同時(shí)具有用量少、成本低、毒性小、pH值適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。由于化學(xué)調(diào)理操作簡(jiǎn)單、效果好而成為比較常用的方法。

2.2 熱調(diào)理

污泥熱調(diào)理可破壞污泥持水結(jié)構(gòu)，將結(jié)合水釋放出來。張林等人［6］以蒸汽熱調(diào)理方式對(duì)污泥進(jìn)行處理，經(jīng)機(jī)械脫水后，污泥含水率由80%下降至50%，同時(shí)可對(duì)污泥實(shí)現(xiàn)殺菌和除臭。目前，該工藝在深圳市已得到應(yīng)用。熱調(diào)理可明顯改善污泥脫水性能，不需加藥，可殺死病原菌，但能耗較高。

2.3 冷凍調(diào)理

冷凍調(diào)理可改變污泥的性狀，冷凍后污泥顆粒間內(nèi)部結(jié)合水和間隙水被排出。吳春篤等人［7］研究了冷凍調(diào)理對(duì)造紙廠Fenton氧化單元產(chǎn)生的化學(xué)污泥沉降及脫水性能的影響，發(fā)現(xiàn)冷凍調(diào)理時(shí)間為9 h時(shí)，造紙污泥在35 min內(nèi)的沉降率達(dá)到80%以上，在45～50 kPa真空度下抽濾10 min后泥餅的含水率約為61%，比沒有經(jīng)過冷凍調(diào)理的污泥泥餅含水率低17%。冷凍調(diào)理能耗較熱調(diào)理低，同時(shí)處理過程中有機(jī)物不會(huì)分解，無需對(duì)分離液進(jìn)行二次處理，但是冷凍調(diào)理時(shí)間較長(zhǎng)，過程緩慢。

3 造紙污泥脫水

3.1 帶式壓濾脫水

帶式壓濾機(jī)可用于各種污泥脫水，其連續(xù)生產(chǎn)性好、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)能力大，占地面積小，在污泥脫水中應(yīng)用較為廣泛。但是在造紙污泥脫水中存在一些問題，主要表現(xiàn)在:①壓濾機(jī)出來的泥餅含水率波動(dòng)大，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。②壓濾機(jī)兩側(cè)跑泥嚴(yán)重。③濾液濁度大［8］。④泥餅含水率高，增加了后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。因此，目前帶式壓濾機(jī)在造紙污泥脫水中應(yīng)用呈減少趨勢(shì)。

3.2 板框壓濾脫水

板框式壓濾機(jī)是通過板框的擠壓，使污泥中的水通過濾布排出，達(dá)到脫水目的。一般板框式壓濾機(jī)與其他類型脫水機(jī)相比，泥餅含固率最高，可達(dá)35%以上。通常板框式壓濾機(jī)為間歇式運(yùn)行。而現(xiàn)在可通過PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動(dòng)方式，其壓濾、濾板的移動(dòng)、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布的沖洗、進(jìn)料等操作均可通過PLC遠(yuǎn)端控制來完成，不僅可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。江西晨鳴紙業(yè)采用4臺(tái)板框式壓濾機(jī)對(duì)造紙污泥進(jìn)行深度脫水處理，目前已投入運(yùn)行，運(yùn)行效果良好。

3.3 螺旋壓濾機(jī)脫水

螺旋壓濾機(jī)是利用物料在螺旋旋轉(zhuǎn)葉片推動(dòng)下沿軸向前進(jìn)，前進(jìn)過程中物料受變化的螺距和調(diào)節(jié)檔板的作用，形成巨大的擠壓力，使物料在外力作用下進(jìn)行機(jī)械脫水。螺旋壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理量大，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的泥餅干度約為50%～55%，從工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家制漿造紙廢水處理廠選用的脫水設(shè)備上看，螺旋壓濾機(jī)有逐步取代帶式壓濾機(jī)的趨勢(shì)［9］。

3.4 新型脫水設(shè)備

電滲透脫水技術(shù)是一種可以對(duì)污泥進(jìn)行深度脫水的新興技術(shù)，通過對(duì)污泥施加電壓，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)泥水分離，達(dá)到減少污泥體積、利于隨后的處理和處置的目的。在整個(gè)過程中，物料不升溫，調(diào)節(jié)物塊形狀可以提高脫水的速率和效率，升高所施加電場(chǎng)的電壓，可有效地提高電滲透脫水速率［4］。董立文等人［10］研究了造紙污泥的電滲透脫水效果，結(jié)果表明，電滲透脫水技術(shù)可以顯著降低造紙污泥的含水率，當(dāng)污泥含水率降至60%時(shí)，所需要的能耗為0.14～0.28 kWh/kg去除水。電滲透脫水存在陽極電極消耗、污泥在電化學(xué)作用下可能發(fā)生分解的現(xiàn)象。

太陽紙業(yè)采用華章科技有限公司研制的DY2500 PQ型半干化帶式壓榨機(jī)對(duì)黃泥進(jìn)行脫水，處理后污泥干度可達(dá)到53%，大幅降低了污泥的體積和含水率［11］。應(yīng)廣東等人［2］采用 DY2500 PQ 型半干化帶式壓濾機(jī)對(duì)草漿制漿沉淀污泥和脫墨污泥進(jìn)行脫水實(shí)驗(yàn)，出泥干度均達(dá)到50%以上。

3.5 污泥脫水設(shè)備比較

各種污泥脫水機(jī)比較情況見表1。

表1 造紙污泥脫水設(shè)備經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較表

4 造紙污泥干化

4.1 鍋爐煙氣余熱干化

目前，帶式壓濾機(jī)、板框式壓濾機(jī)、螺旋壓濾機(jī)等，其脫水后污泥干度為25%～50%，有的螺旋擠壓濾機(jī)污泥干度最高可達(dá)60%，通過煙氣干化的造紙污泥最佳干度可達(dá)到70% ～75%。滕敬彥等人［12］利用熱電廠煙氣余熱干化污泥，煙氣溫度110～145℃，污泥含水率明顯降低，污泥的體積大幅減小，并形成質(zhì)地堅(jiān)硬的污泥團(tuán)粒。目前，該技術(shù)已應(yīng)用于山東宏河紙業(yè)利用煙氣余熱污泥焚燒項(xiàng)目、山東銀河紙業(yè)污泥制肥項(xiàng)目，使用效果良好。

4.2 太陽能干化

太陽能是一種清潔、安全、廉價(jià)、可再生的綠色能源，利用太陽能對(duì)污泥進(jìn)行干化處理具有節(jié)能降耗和減碳的現(xiàn)實(shí)意義。其處理過程是將污泥攤置到由級(jí)配碎石鋪墊的干化場(chǎng)上，通過蒸發(fā)、滲透和清液溢流等方式，實(shí)現(xiàn)脫水干化。解清杰等人［13］以海南省某紙漿企業(yè)的造紙污泥進(jìn)行太陽能干化處理，采用溫室型太陽能干化工藝，污泥含水率為80%，經(jīng)處理后可獲得干度40%～50%的干化污泥。該處理方式投資低、成本低、干化效果好，但占地面積大，容易孳生蚊蠅、散發(fā)臭氣［14］。

4.3 生物干化

污泥生物干化是指在生物活動(dòng)產(chǎn)生的較高溫度條件下，對(duì)脫水污泥中的有機(jī)物進(jìn)行生物降解，同時(shí)加快污泥中的水分散失，最終生成具有較低含水率的干化污泥［15］。陳清林等人［16］研究了造紙污泥生物干化特性及其影響因素，在最優(yōu)工藝條件下，能夠?qū)⒃旒埼勰嗪视?4.4%降低到50%左右，生物干化效果顯著。污泥生物干化投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，但是干化周期長(zhǎng)，對(duì)溫度、調(diào)理劑、通風(fēng)等條件因素要求嚴(yán)格［17］。

5 結(jié)語

造紙污泥是一種很有利用價(jià)值的潛在資源，世界上許多國(guó)家都在大力發(fā)展污泥處理處置和利用的各種技術(shù)，而這些技術(shù)都對(duì)污泥的含水率提出了嚴(yán)格的要求。在造紙污泥深度脫水干化方案選擇時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):

(1)污泥性質(zhì)、調(diào)理、脫水設(shè)備及干化方式對(duì)于造紙污泥深度脫水干化過程是四位一體的，必須統(tǒng)籌考慮。

(2)一種有效的污泥脫水、干化方法，應(yīng)當(dāng)兼顧到環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，盡量走資源化的道路，減少對(duì)環(huán)境的影響，避免形成二次污染。

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