混凝氣浮處理污泥壓濾液的工程試驗(yàn)研究

劉新立，李方志

（湖南軍信環(huán)保股份有限公司，長沙 410000）

長沙市某污泥處置項(xiàng)目采用熱水解+高溫厭氧消化+板框脫水工藝處理市政污泥，因高溫厭氧消化運(yùn)行溫度為55℃～58℃，板框壓濾機(jī)長期處理高溫污泥易導(dǎo)致濾布孔隙變大，造成壓濾液固體懸浮物（SS）升高：一般可達(dá)1 000～2 500 mg/L。高SS壓濾液如不進(jìn)行有效處理直接進(jìn)入后續(xù)水處理生化段，將對水處理工藝造成負(fù)面影響。

混凝氣浮工藝是水處理中常用的固液分離技術(shù)，混凝一般包括凝聚和絮凝兩個階段[1]，凝聚是指通過添加絮凝劑改變水體中膠體的表面性質(zhì)，如中和電性等，使膠體失穩(wěn)而聚合，而絮凝則是使微小顆粒絮凝形成肉眼可見的大顆粒，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的目的。氣浮按照氣泡產(chǎn)生的方式分為三類：溶氣氣浮、電解氣浮與散氣氣浮，其中加壓溶氣氣浮應(yīng)用最為廣泛[2]。氣浮的影響因素較多，一般包括回流比、微氣泡直徑、水力停留時間及廢水流態(tài)等[3-6]。

為解決項(xiàng)目壓濾液高SS的問題，本工程采用加壓溶氣氣浮裝置對壓濾液進(jìn)行除雜處理。通過該工程試驗(yàn)，筆者確定了混凝氣浮處理污泥壓濾液的效果、混凝氣浮相關(guān)工藝參數(shù)、絮凝劑的種類及配比，并對運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行測算，以期為類似工程案例提供參考。

長沙污泥處置項(xiàng)目工藝流程如圖1所示。

圖1 長沙污泥項(xiàng)目工藝流程

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)藥劑

工業(yè)級聚合氯化鋁（PAC）；兩種陽離子聚丙烯酰胺（PAM）：型號M603，離子度25%；型號M608，離子度45%；兩種陰離子聚丙烯酰胺（PAM）：型號B103，分子量1 300萬；型號B166，分子量1 800萬。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置包括氣浮池本體、溶氣氣浮裝置、加藥裝置、快混化學(xué)反應(yīng)池（快混池）、慢混化學(xué)反應(yīng)池（慢混池）及回流設(shè)備，其中快混池尺寸為1.5 m×1.3 m×1.5 m，慢混池尺寸為1.5 m×1.3 m×1.5 m，反應(yīng)氣浮池體尺寸為7 m×3.2 m×2.3 m，有效水深2 m，設(shè)計處理量為50 m3/h。

1.3 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)進(jìn)水為長沙市污泥處置項(xiàng)目高溫厭氧消化污泥脫水產(chǎn)生的壓濾液，具體水質(zhì)如表1所示。

表1 壓濾液水質(zhì)指標(biāo)

1.4 試驗(yàn)流程

污泥經(jīng)高溫厭氧消化處理后進(jìn)入脫水系統(tǒng)，經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水后產(chǎn)生壓濾液，壓濾液泵送經(jīng)冷卻塔進(jìn)行降溫，將溫度降至35℃以下；快混池內(nèi)加入PAC，PAC與來水進(jìn)行充分混合反應(yīng)后進(jìn)入慢混池；慢混池投加PAM，PAM與上級來水反應(yīng)后進(jìn)入氣浮裝置。在氣浮池中，空壓機(jī)工作產(chǎn)生的壓縮空氣與回流水泵供應(yīng)的循環(huán)水在溶氣罐內(nèi)形成高壓，確?？諝庖匀芙鈶B(tài)氣體分子和非溶解態(tài)微小氣核的形式分散在過飽和溶氣水中。過飽和溶氣水通過氣浮池底部的釋放器以微氣泡的形式釋放，大量微氣泡附著在壓濾液的懸浮固體物上，將其帶出水面，最后通過刮泥板刮除并排入板框機(jī)前端進(jìn)行進(jìn)一步處理。經(jīng)氣浮處理，SS達(dá)到水處理工藝進(jìn)水要求后，壓濾液進(jìn)入水處理生活系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。試驗(yàn)工藝流程如圖2所示。

圖2 壓濾液混凝氣浮工藝流程

1.5 分析方法

總懸浮物（SS）：重量法；氨氮（NH3-N）：納氏試劑分光光度法；總磷（TP）：鉬銻抗分光光度法；化學(xué)需氧量（COD）：重鉻酸鉀法；pH：玻璃電極法；溫度：溫度計現(xiàn)場測定。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不添加絮凝劑

對氣浮裝置溶氣泵頻率及空壓機(jī)二聯(lián)體壓力進(jìn)行控制，將氣浮裝置回流比控制為40%～50%，溶氣罐進(jìn)氣壓力控制為4.5～5 bar，溶氣罐壓力控制為3～3.5 bar，使氣浮裝置達(dá)到最優(yōu)工況。不添加PAC和PAM直接進(jìn)行氣浮，可分離壓濾液中部分的毛發(fā)、檳榔殼絲等纖維物質(zhì)，但對SS基本無去除。

2.2 藥劑篩選

將PAC粉末配置成7.5%溶液，PAM配置成1.5‰溶液進(jìn)行試驗(yàn)。調(diào)節(jié)PAC投加量為750 g/m3、PAM投加量為15 g/m3時，考察不同種類PAM對壓濾液SS的去除效率，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同種類PAM對出水SS的影響

由圖3可知，M603、M608陽離子絮凝劑以及B103、B166陰離子絮凝劑與PAC組合使用，處理壓濾液中的懸浮物均有一定效果。其中，M603陽離子絮凝劑（離子度25%）處理效果最好，SS去除率達(dá)到96.08%，其主要原因是污泥經(jīng)厭氧消化處理后，消化液中SS以負(fù)電荷為主，導(dǎo)致陽離子絮凝劑效果優(yōu)于陰離子絮凝劑。

對進(jìn)出水的COD、氨氮、總磷進(jìn)行檢測，其檢測指標(biāo)如表2所示。

表2 壓濾液各項(xiàng)指標(biāo)去除效果

由表2可知，混凝氣浮對氨氮去除率為10.37%、化學(xué)需氧量為2.43%、總磷為28.91%，去除效率相對較低，主要原因在于混凝氣浮對SS和不溶解性SS去除效率較高，對氨氮、溶解性COD去除效率較低[5]。同時，水體中總磷濃度較低，導(dǎo)致總磷去除率較低。本工程試驗(yàn)主要目的在于去除壓濾液中SS，其余污染物去除在此不做主要考慮。

2.3 進(jìn)水水質(zhì)對SS去除效率的影響

壓濾液SS為1 000～2 500mg/L，當(dāng)板框機(jī)濾板、濾布破損時，壓濾液SS波動較大，根據(jù)長時間運(yùn)行觀測發(fā)現(xiàn)：進(jìn)水SS波動較大時，氣浮去除效率下降，出水水質(zhì)變差，具體情況如圖4所示。

圖4 壓濾液SS含量對出水效果的影響

由圖4分析可知，出現(xiàn)該問題的原因主要有：一是大粒徑污泥顆粒進(jìn)入壓濾液，因其密度大，污泥顆粒在氣浮裝置中難以上浮排出，易混入氣浮出水；二是運(yùn)行人員未及時調(diào)整藥劑投加量配比，造成雜質(zhì)形成絮體較小或是未全部形成絮體，導(dǎo)致SS去除率下降，出水SS升高。因此，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，人們需加強(qiáng)脫水段工藝及設(shè)備管控，確保壓濾液水質(zhì)穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)惡化，尤其出現(xiàn)濾板濾布破損失時，及時停機(jī)更換濾布。同時，氣浮運(yùn)行人員須按照要求定期進(jìn)行混凝小試，確定適合水質(zhì)的絮凝劑配比。

2.4 運(yùn)行成本分析

氣浮系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時藥劑成本如表3所示。

表3 氣浮系統(tǒng)連續(xù)三個月藥劑成本

氣浮系統(tǒng)運(yùn)行成本主要包括藥劑費(fèi)用、電耗及人工成本，根據(jù)連續(xù)三個月的運(yùn)行藥耗、電耗及人工成本分析：PAM平均消耗量為15.08 g/m3，PAC消耗量為749.33 g/m3，與實(shí)驗(yàn)室小試藥劑投加量基本一致，按照現(xiàn)行藥劑價格統(tǒng)計出藥耗成本為1.72元/m3；氣浮裝置每天處理1 000 m3壓濾液計算，電力成本約0.5元/m3，人工費(fèi)用約0.5元/m3（四班三倒運(yùn)行），綜合藥劑成本，噸壓濾液運(yùn)行費(fèi)用約為2.72元。

3 結(jié)語

采用混凝氣浮可有效去除高溫厭氧消化污泥脫水壓濾液中的SS，當(dāng)壓濾液SS含量相對穩(wěn)定時，使用陽離子PAM（離子度25%）和PAC組合處理壓濾液，氣浮出水效果較好，壓濾液SS去除率可達(dá)到90%，出水SS在500 mg/L以內(nèi)。絮凝劑最優(yōu)復(fù)配參數(shù)為：PAC（質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.5%）為750 g/m3，PAM（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5‰）為15 g/m3。當(dāng)板框機(jī)出現(xiàn)破板、破布等工藝異常，造成壓濾液SS驟升時，氣浮裝置去除率下降，需要進(jìn)行工藝控制：將工藝異常產(chǎn)生的壓濾液直接回流至前端再次壓濾，可以有效保證氣浮裝置運(yùn)行穩(wěn)定。采用混凝氣浮處理壓濾液，運(yùn)行成本為2.72元/t壓濾液，藥劑成本占比最大，為1.72元/t壓濾液。

1 鄭 毅，丁日堂，李 峰，等.國內(nèi)外混凝機(jī)理研究及混凝劑的開發(fā)現(xiàn)狀[J].中國給水排水，2007，23（10）：14-17.

2 張自杰.排水工程（下冊）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

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