新型“U”型板溶氣氣浮裝置濃縮生化污泥的應(yīng)用

李宇龍

(上海巴安水務(wù)股份有限公司，上海 201799)

污水處理廠的二級(jí)處理工藝一般為生化池+二沉池。其中，生化池污泥混合液經(jīng)過二沉池澄清后流入下一級(jí)處理工藝，沉淀下來的生化污泥一部分回流至生化池，其余排入污泥重力濃縮池進(jìn)行污泥濃縮。重力濃縮池占地面積大、濃縮后污泥含水率高、濃縮效果不穩(wěn)定，且過長的停留時(shí)間容易造成污泥的厭氧發(fā)酵，釋放出H2S等氣體，引起污泥上浮[1]。已知?dú)飧〖夹g(shù)可用于濃縮生化污泥，澄清水質(zhì)，兼具二沉池和重力濃縮池的功能[2]。氣浮濃縮還能有效阻止含磷污泥重新釋放磷，同時(shí)，氣浮工藝具有占地少、處理速度快、濃縮后污泥含固率高、能夠去除油脂等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。本文采用新型“U”型板溶氣氣浮進(jìn)行濃縮生化污泥的中試試驗(yàn)，主要分析研究新型“U”型板溶氣氣浮對(duì)生化污泥的濃縮效果。

1 試驗(yàn)裝置和方法

1.1 試驗(yàn)裝置

新型“U”型板溶氣氣浮裝置如圖1所示。

圖1 “U”型板溶氣氣浮裝置Fig.1 Dissolved Air Flotation Device with “U” Plate

中試試驗(yàn)裝置包括以下4個(gè)系統(tǒng)。(1)進(jìn)水系統(tǒng)：進(jìn)水區(qū)；(2)混凝系統(tǒng)：加藥裝置；(3)溶氣系統(tǒng)：增壓泵、空壓機(jī)、溶氣反應(yīng)器；(4)固液分離系統(tǒng)：“U”型板、浮選區(qū)、刮泥機(jī)。

“U”型板溶氣氣浮裝置的尺寸為2 500 mm × 2 000 mm × 4 000 mm，最大設(shè)計(jì)流量為8 m3/h。“U”型板溶氣氣浮裝置采用KWI公司“U”型板專利技術(shù)，如圖2所示。污水混合著溶氣水從“U”型板底部進(jìn)入，水流沿著“U”型板外側(cè)向上爬升，并且順著“U”型板內(nèi)側(cè)流入清水出口處。在上下流

動(dòng)的過程中，增加了微氣泡與懸浮顆粒的接觸反應(yīng)時(shí)間，強(qiáng)化了顆粒物的混凝效果。溶氣水中的微氣泡可以快速附著在懸浮顆粒表面，然后將其拖至氣浮區(qū)表面。因此，“U”型板溶氣氣浮裝置具有較高的水力負(fù)荷，極大減小了氣浮池的占地面積。

圖2 “U”型板示意圖Fig.2 Schematic Diagram of “U” Plate

溶氣反應(yīng)器(ADR)是KWI公司的專利技術(shù)，它是溶氣系統(tǒng)的核心設(shè)備。ADR內(nèi)部具有特殊的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，經(jīng)過加壓的回流水從ADR上端切向進(jìn)水，在反應(yīng)器里面進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，壓縮空氣也沿著ADR上端側(cè)面進(jìn)氣，與進(jìn)水充分接觸混合。進(jìn)水在導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的作用下進(jìn)行劇烈的湍流，能夠極大程度地溶解氣體。KWI溶氣系統(tǒng)和傳統(tǒng)溶氣系統(tǒng)的參數(shù)比較如表1所示[6-7]。

表1 KWI溶氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)溶氣系統(tǒng)的參數(shù)比較Tab.1 Parameters Comparison between KWI and Traditional Dissolved Air System

1.2 試驗(yàn)方法

污水來自山東齊魯石化公司供排水廠乙烯凈化車間的污水處理廠的好氧池生化污泥，生化污泥含固率為0.6%左右。該污水處理廠設(shè)計(jì)有隔油池預(yù)處理工藝，好氧池生化污泥表觀沒有浮油，呈黃褐色，氣味為土腥味，與普通城鎮(zhèn)污水廠的污泥類似。“U”型板溶氣氣浮中試裝置放在二沉池的西邊，緊鄰二沉池構(gòu)筑物，污水經(jīng)過“U”型板溶氣氣浮達(dá)到污泥濃縮以及出水澄清的目的。在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)制備1‰的陽離子聚丙烯酰胺(PAM)溶液以及10%的聚合氯化鋁(PAC)溶液。

通過進(jìn)水泵抽吸好氧池中的混合液至氣浮池中，依次加入PAC、PAM藥劑，在機(jī)械攪拌下進(jìn)行混凝絮凝反應(yīng)生成絮狀物。絮體和溶氣水在氣浮浮選區(qū)發(fā)生反應(yīng)，微氣泡吸附在污泥絮體表面，一起上浮到氣浮區(qū)表面被刮泥機(jī)刮掉，清水從“U”型板內(nèi)側(cè)流入清水出口處。分別取原水水樣、氣浮出泥泥樣、氣浮出水水樣送至化驗(yàn)室分析化驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)采用新型“U”型板溶氣氣浮濃縮生化污泥，溶氣壓力為0.6 MPa。氣浮中試設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，每天運(yùn)作10 h，每隔2 h采集一次氣浮出泥以及氣浮出水樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，并記錄試驗(yàn)情況。在試驗(yàn)過程中，主要分析在不同的污泥負(fù)荷、溶氣回流比、PAC以及PAM加藥量的條件下，新型“U”型板溶氣氣浮濃縮生化污泥的效果。

2.1 污泥負(fù)荷影響分析

在不同的污泥負(fù)荷下進(jìn)行氣浮試驗(yàn)，探究污泥負(fù)荷對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響。試驗(yàn)的進(jìn)水污泥含固率為0.6%左右，設(shè)定氣浮的回流比為30%、PAC的加藥量為20 mg/L、PAM的加藥量為5 mg/L。在此條件下進(jìn)行中試試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。當(dāng)污泥負(fù)荷小于57 kg/(m2·h)時(shí)，氣浮出泥的污泥含固率很高且一直保持穩(wěn)定，氣浮的出水濁度很低且出水濁度保持穩(wěn)定，氣浮濃縮生化污泥的效果很好。當(dāng)污泥負(fù)荷超過57 kg/(m2·h)時(shí)，氣浮出泥的污泥含固率急速下降，氣浮的出水濁度急速增加，污泥濃縮的氣浮效果變差。這表明當(dāng)污泥負(fù)荷高達(dá)57 kg/(m2·h)時(shí)，“U”型板溶氣氣浮的污泥濃縮效果仍然良好。

圖3 污泥負(fù)荷對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.3 Flotation Effect of Sludge Load on Sludge Thickening

2.2 溶氣回流比影響分析

分別在不同的氣浮回流比條件下，研究溶氣回流比對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響。試驗(yàn)的進(jìn)水污泥含固率為0.6%左右，在污泥負(fù)荷為57 kg/(m2·h)、PAC加藥量為20 mg/L、PAM加藥量為5 mg/L的條件下進(jìn)行中試試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。在氣浮回流比為15%～35%時(shí)，氣浮出泥的污泥含固率急劇增加；當(dāng)氣浮回流比為35%～50%時(shí)，氣浮出泥的污泥含固率保持穩(wěn)定。當(dāng)氣浮回流比在15%～30%時(shí)，氣浮出水濁度較大，但隨著氣浮回流比的增大，出水濁度逐漸降低。綜合考慮，最佳的氣浮回流比為35%。

圖4 溶氣回流比對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.4 Flotation Effect of Dissolved Air Reflux Ratio on Sludge Thickening

2.3 PAC加藥量影響分析

在不同的PAC加藥量的條件下，研究PAC加藥量對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響。試驗(yàn)的進(jìn)水污泥含固率為0.6%左右，在污泥負(fù)荷為57 kg/(m2·h)、溶氣回流比為35%、PAM加藥量為5 mg/L的條件下進(jìn)行中試試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。當(dāng)PAC加藥量增加到30 mg/L時(shí)，氣浮出泥的污泥含固率快速增大，并在PAC加藥量為30～40 mg/L時(shí)保持穩(wěn)定。氣浮出水濁度隨著PAC加藥量的增加急劇下降，并在PAC加藥量為15～40 mg/L時(shí)維持穩(wěn)定。因此，PAC最佳加藥量為30 mg/L。

圖5 PAC加藥量對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.5 Flotation Effect of PAC Dosage on Sludge Thickening

2.4 PAM加藥量影響分析

在污泥負(fù)荷為57 kg/(m2·h)、回流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L的條件下，研究不同的PAM加藥量對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，當(dāng)PAM加藥量在3.5～8 mg/L時(shí)，氣浮出泥的污泥含固率逐漸增加，并在PAM加藥量為8～11 mg/L時(shí)保持穩(wěn)定，污泥含固率維持在5.55%附近。由圖6可知，隨著PAM加藥量的增大，氣浮出水濁度逐漸減小，最終出水濁度維持在5.10 NTU左右，出水水質(zhì)較好。綜合考慮，最佳PAM加藥量選定在8 mg/L。

圖6 PAM加藥量對(duì)污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.6 Flotation Effect of PAM Dosage on Sludge Thickening

2.5 穩(wěn)定性試驗(yàn)

為了考察新型“U”型板溶氣氣浮對(duì)污泥濃縮效果的穩(wěn)定性，在最佳的試驗(yàn)條件下，即污泥負(fù)荷為57 kg/(m2·h)、回流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L、PAM加藥量為8 mg/L，進(jìn)行連續(xù)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，在最佳的試驗(yàn)條件下，氣浮出泥的污泥含固率保持穩(wěn)定，維持在5.55%左右，極大減少了污泥的體積，有利于污泥的后續(xù)處理。同時(shí)，氣浮的出水濁度也保持穩(wěn)定，維持在5.10 NTU附近，出水水質(zhì)很好。

圖7 氣浮穩(wěn)定性試驗(yàn)Fig.7 Flotation Stability Test

2.6 KWI氣浮濃縮與二沉池、重力濃縮的性能比較

從噸水電耗、噸水藥耗、水力負(fù)荷、污泥固體負(fù)荷、占地面積、污泥含固率、維護(hù)管理的方便程度7個(gè)方面分析比較KWI氣浮濃縮、二沉池、重力濃縮的優(yōu)缺點(diǎn)，具體性能參數(shù)比較如表2所示。

表2 KWI氣浮濃縮與二沉池、重力濃縮的參數(shù)比較Tab.2 Parameters Comparison among KWI Air Flotation Thickening, Secondary Sedimentation Tank and Gravity Thickening

由表2可知，KWI氣浮濃縮噸水電耗和噸水藥耗分別為0.08 kW·h/t、0.22元/t，高于二沉池、重力濃縮的噸水電耗和噸水藥耗。對(duì)比KWI氣浮濃縮和二沉池的水力負(fù)荷可知，KWI氣浮濃縮的占地面積大約為二沉池面積的1/10，非常適用于用地緊張的污水處理廠。KWI氣浮濃縮的污泥含固率為5%～6%，比重力濃縮污泥體積削減了60%～67%，對(duì)于后續(xù)污泥脫水非常有利，可以減少污泥脫水系統(tǒng)的費(fèi)用。

3 結(jié)論

分析研究了新型“U”型板溶氣氣浮對(duì)生化污泥濃縮的效果，根據(jù)污泥濃縮氣浮中試試驗(yàn)的結(jié)果，可以得到“U”型板溶氣氣浮濃縮生化污泥時(shí)的最佳運(yùn)行參數(shù)：污泥負(fù)荷為57 kg/(m2·h)、回流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L、PAM加藥量為8 mg/L。

在最佳的試驗(yàn)條件下連續(xù)運(yùn)行7 d，在運(yùn)行期間，氣浮出泥的污泥含固率保持穩(wěn)定，維持在5.55%左右。相比較傳統(tǒng)的污泥重力濃縮池的出泥污泥含固率2%，“U”型板溶氣氣浮出泥體積減少了64%，污泥體積極大減少，非常有利于污泥的后續(xù)處理。同時(shí)，氣浮的出水濁度也很低，維持在5.10 NTU左右，出水水質(zhì)很好。因此，新型“U”型板溶氣氣浮對(duì)生化污泥有一個(gè)很好的濃縮效果，這對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中氣浮工藝取代二沉池以及重力濃縮池提供了現(xiàn)實(shí)可行的指導(dǎo)意義。