污泥連續(xù)深度脫水與無害化處理實驗

，，

(1.河南能源化工集團(tuán)開封龍宇化工有限公司，河南 開封 475231；2.河南省聚甲醛基新材料公共技術(shù)研發(fā)設(shè)計中心，河南 開封 475200)

隨著公眾環(huán)保意識的覺醒，國家對環(huán)境保護(hù)越來越重視，環(huán)保政策也越來越嚴(yán)格，污泥處置也逐漸成為化工企業(yè)需要迫切考慮的問題，污泥處置的前提首先是要對污泥進(jìn)行脫水處理。國內(nèi)對污泥脫水及處置的研究工作開展較多[1—4]，國內(nèi)外污泥脫水的方法主要有干化法和機(jī)械脫水法，其中機(jī)械脫水法應(yīng)用最為廣泛。污泥處置方式主要是填埋、資源化利用和焚燒，其中，填埋方式占主要地位，仍然有13%以上的污泥堆放于環(huán)境中而未經(jīng)任何處理。

當(dāng)前，國內(nèi)存在“重水輕泥”的現(xiàn)象，污泥處理能力、技術(shù)和投入嚴(yán)重滯后于污水處理產(chǎn)業(yè)。我國的污泥處理雖然進(jìn)行了初步減量化處理，含水率依然很高，尚未完全實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化和資源化處理，污泥對環(huán)境污染的風(fēng)險仍然很大。

1 概述

開封龍宇污水處理站設(shè)計污水處理規(guī)模為2 040m3/d，污水來源中主要成分為甲醛1 000mg/L、甲縮醛400mg/L、COD 5 000mg/L等，采用的處理工藝為“甲醛預(yù)處理+AHCR+OHCR+二沉池+高效氣浮+多介質(zhì)+臭氧生物活性炭”。其中，產(chǎn)生污泥的工段主要為好氧工藝段與高效氣浮工藝段， 污泥脫水系統(tǒng)采用一套1.5m寬一級帶式脫水機(jī)，出泥含水率約為90%～92%，產(chǎn)量為5t/d，污泥脫水后堆放在預(yù)留場地集中放置，由于含水量較高，無法處置利用，對環(huán)境造成影響，制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

實驗原料如下：含水率90%的污泥，開封龍宇；固化劑石灰，300目通過率90%以上、活性顆粒有效率≥90%，同濟(jì)中耀；污泥改性劑。

2.2 設(shè)備儀器

連續(xù)污泥深度脫水機(jī)1臺，TJSD-3.5，1.0～2.0t/h，同濟(jì)中耀；污泥改性混合器1臺，TJDM-800/I，1.0～2.0t/h，同濟(jì)中耀；一級皮帶輸送機(jī)1臺，B=500mm，L=9m，同濟(jì)中耀；改性劑投加裝置1臺，含5m3儲罐1臺、攪拌機(jī)1臺、計量泵2臺(Q=200L/h，H=20m)，同濟(jì)中耀；沖洗水泵2臺，立式離心泵，Q=12m3/h，H=60m，川源環(huán)保；電氣控制箱1臺，含PLC 西門子S7-200，同濟(jì)中耀；循環(huán)流化床鍋爐1臺，TG-45/1.27-M，太原鍋爐集團(tuán)。

2.3 實驗原理

2.3.1 改性調(diào)理

通過添加污泥改性劑和固化劑對污泥進(jìn)行調(diào)理。王拓[5]研究表明，對污泥進(jìn)行化學(xué)調(diào)理，有利于污泥水分的釋放和深度脫水后污泥含水率的降低。改性劑與固化劑的主要作用原理是破壞細(xì)胞壁、使膠體脫穩(wěn)，從而起到降低污泥持水性的作用，使結(jié)合水轉(zhuǎn)化為“脫穩(wěn)水”，使污泥“顆?；薄ⅰ翱紫痘?，有利于后續(xù)深度脫水階段的分布和脫水。尤其是針對全部都是生物污泥的一次脫水污泥，破壁與脫穩(wěn)至關(guān)重要。

2.3.2 深度脫水

污泥深度脫水是開展污泥進(jìn)一步處置的關(guān)鍵和難點。姚杰[6]對污泥深度脫水的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究并指出，污泥深度脫水就是對污泥進(jìn)行調(diào)理預(yù)處理，以破除細(xì)胞壁、釋放毛細(xì)水、附著水和細(xì)胞內(nèi)水，在改善污泥的脫水性能后，進(jìn)一步借助有效措施對污泥進(jìn)行脫水，使污泥含水率達(dá)到60%以下。調(diào)理后的污泥在連續(xù)深度脫水壓榨機(jī)高壓、密集的作用力下實現(xiàn)脫水。反復(fù)、多次高壓壓榨改性污泥，使壓榨污泥形成5～10mm 多孔隙薄片狀，確保脫穩(wěn)后的水分被充分?jǐn)D出。深度脫水后，不僅可以減少污泥體積，方便運輸，而且降低了污泥處理的成本。

2.3.3 污泥放置

深度脫水后的污泥的持水性大幅度降低，且泥餅孔隙率大，通過放置固化，水分進(jìn)一步蒸發(fā)散失，污泥含水率持續(xù)降低。唐秀華等[7]在TJSD連續(xù)污泥深度脫水技術(shù)在印染污泥處理中的應(yīng)用研究中指出，連續(xù)深度脫水后放置24h，污泥含水率可進(jìn)一步降低6%。

2.3.4 污泥摻燒

利用深度脫水后生化污泥有機(jī)物含量高、發(fā)熱量大的特性，與燃煤混合后，在鍋爐內(nèi)高溫下加熱、氣化、燃燒，實現(xiàn)污泥無害化的目的。摻燒污泥遵循以下原則：①污泥含水率不高于65%；②摻燒污泥占原煤質(zhì)量的10%以下為宜；③關(guān)注原煤濕度在10%以內(nèi)才能摻燒；④污泥摻燒前要盡量與原煤摻混均勻，避免大量污泥聚集燃燒。

2.4 實驗步驟

來自一級皮帶脫水機(jī)的含水率90%的污泥，通過一級皮帶輸送機(jī)送至污泥改性混合機(jī)內(nèi)，與污泥改性劑、 固化劑在污泥改性混合機(jī)內(nèi)快速、均勻地混合。改性后的污泥輸送到連續(xù)污泥深度脫水機(jī)進(jìn)行壓榨，在高壓、密集的作用力下實現(xiàn)脫水，污泥含水率降至60%以下。深度脫水后的污泥通過螺旋輸送器輸送至運輸車輛，再運送到固定場地放置，使其進(jìn)一步失水，污泥含水率持續(xù)降至50%左右。

放置后的污泥通過鏟車運送至煤場，按照不高于原煤質(zhì)量10%的比例進(jìn)行摻混，摻混均勻后隨原煤一起通過輸煤棧橋輸送至煤倉，進(jìn)入鍋爐高溫爐膛內(nèi)氣化、燃燒，實現(xiàn)污泥無害化、資源化處理。

3 結(jié)果與討論

3.1 深度脫水前的污泥特性參數(shù)

深度脫水前的污泥特性參數(shù)見表1。

表1 深度脫水前的污泥特性參數(shù)

由上表可知，深度脫水前污泥含水率超過90%，污泥黏性較大，運輸不方便；放置一個月后的污泥表皮有干燥跡象，但10mm以下部分污泥的含水率仍達(dá)到89.88%，且污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高，不便于運輸，二者均不具備燃燒利用的條件。

3.2 深度脫水后的污泥特性參數(shù)

深度脫水后的污泥特性參數(shù)見表2。

表2 深度脫水后的污泥特性參數(shù)

由上表可知，深度脫水后的污泥經(jīng)取樣分析，其含水率已經(jīng)低于60%，呈粉狀、松散。攤薄至5cm左右，經(jīng)12h陰晾，污泥手感微潮；經(jīng)24h陰晾，污泥不再有明顯潮濕感，經(jīng)檢測，污泥含水率可降至54%。由于污泥揮發(fā)分較原煤高很多，摻燒后引起鍋爐爆燃的概率大大降低，具備較好的摻燒性能。

3.3 深度脫水后污泥無害化處理

污泥焚燒有單獨焚燒和摻燒兩種形式，其中，采用現(xiàn)有燃煤鍋爐摻燒污泥屬于首選，應(yīng)用較廣，在實現(xiàn)污泥減量的同時，能夠利用自身尾部煙氣裝置對共燃產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行凈化處理，達(dá)到環(huán)保要求，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上更具競爭力。另外，循環(huán)流化床摻燒因具有燃料適應(yīng)性強(qiáng)、傳熱傳質(zhì)效率高、污染物易于控制、環(huán)保效益好等優(yōu)點，在污泥摻燒工程中得到了廣泛應(yīng)用。

深度脫水后污泥經(jīng)過24h晾曬并按照5%的比例與原煤進(jìn)行摻混，摻混后的熱值為20 000kJ/kg，與原煤熱值相當(dāng)，具有回收利用價值，可以摻入煤中進(jìn)入鍋爐爐膛燃燒。實驗過程中，鍋爐負(fù)荷在70%以上的情況下，燃燒穩(wěn)定，污泥摻燒前后鍋爐參數(shù)對照見表3。

表3 污泥摻燒前后鍋爐參數(shù)對照

4 結(jié)語

污泥連續(xù)深度脫水后，含水率從90%以上降至60%以下，運輸處理方便；放置24h后，污泥含水率進(jìn)一步降至54%；按照原煤質(zhì)量的5%加入深度脫水放置后的污泥，摻混后熱值與原煤相當(dāng)，發(fā)熱量較高，具有燃燒利用價值；污泥與原煤按照比例摻混后，實現(xiàn)了污泥在鍋爐內(nèi)焚燒，對鍋爐運行沒有產(chǎn)生不利影響，由于污泥摻燒比例較低，對鍋爐煙氣影響不明顯。污泥得到無害化處理和進(jìn)一步利用，消除了污泥對環(huán)境的影響。

通過開展污泥連續(xù)深度脫水與無害化處理實驗工作，既解決了污泥堆放產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，又充分利用了污泥含有的熱量，實現(xiàn)了污泥的資源化利用，社會環(huán)保效益明顯。

污泥填埋不符合綠色發(fā)展理念，污泥土地利用存在的問題較多且不容易實現(xiàn)，污泥無害化處理將是未來最重要的發(fā)展方向之一。我國各污泥產(chǎn)生企業(yè)結(jié)合污泥自身特點和企業(yè)生產(chǎn)特點，選取適合企業(yè)實際的深度脫水技術(shù)與處置方式，優(yōu)化各種資源配置，持續(xù)降低污泥處置的生產(chǎn)成本，實現(xiàn)污泥妥善處置，兼顧環(huán)境和經(jīng)濟(jì)，達(dá)到利益最大化，將是一項長期而艱巨的任務(wù)。