污水處理廠不同工藝的污泥脫水效能分析及其影響因素研究

王 晶

(山西省環(huán)境工程設(shè)計(jì)院，山西 太原 030000)

污泥實(shí)現(xiàn)減量的主要處理手段就是污泥的脫水處理工藝，所以污泥的脫水效果對(duì)污泥實(shí)現(xiàn)的減量程度具有直接影響。污泥的脫水處理效能跟處理工藝相關(guān)，不同的處理工藝所表現(xiàn)出來的處理效能不同，本文對(duì)工藝A2/O-MBR與A2/O脫水的過程加以分析，運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)的分析方法，對(duì)上述兩種處理工藝進(jìn)行效果影響因素的分析，為污水集中處理廠今后污泥的脫水處理優(yōu)化升級(jí)提供參考依據(jù)及寶貴經(jīng)驗(yàn)[1]。

以對(duì)國內(nèi)某污水集中處理廠工藝A2/O-MBR及A2/O污泥的脫水處理過程作為分析對(duì)象，對(duì)不同工藝分別進(jìn)行污泥全年的產(chǎn)量、有機(jī)質(zhì)、脫水絮凝劑使用量、脫水情況等特性分析，并使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)不同污水集中處理污泥的泥質(zhì)和脫水后效果以及影響原因進(jìn)行分析[2]，并以此作為污水集中處理廠今后進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)的基礎(chǔ)依據(jù)。

1 工藝概況

本文中研究的工藝A2/O-MBR及A2/O相關(guān)信息數(shù)據(jù)由某污水集中處理廠提供，該污水集中處理廠的一、二期采用的都是A2/O工藝，一、二期污水沉淀池采用的都是德國生產(chǎn)的濃縮離心式脫水機(jī)，使用的絮凝劑型號(hào)為BASF8165。第三期開始使用A2/O-MBR工藝，使用的是奧地利ANDRITZ離心式脫水機(jī)，絮凝劑使用的是BASF8165。污泥脫水原理見圖1。

在工廠運(yùn)行期間，一、二期處理廠使用的脫水離心機(jī)為4備6用，三期使用的脫水離心機(jī)，2備4用，如此確保離心機(jī)能夠輪流得到維護(hù)，并在維護(hù)時(shí)不會(huì)對(duì)污泥的脫水效果產(chǎn)生影響。

圖1 污泥脫水原理

2 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

2.1 污泥脫水情況分析

該廠一、二、三期污泥的脫水處理效果都表現(xiàn)出隨著季節(jié)變化而發(fā)生變化的特性?？傊?，自6月至9月，以上兩種處理工藝的脫水效果要比其他季節(jié)的脫水效果好。從氣候上分析，這個(gè)時(shí)間段正值夏季，具有降雨量比較大，水溫比較高的特點(diǎn)，這些特性對(duì)夏季污泥的脫水處理具有一定的影響。從數(shù)據(jù)信息上分析，本年度工藝A2/O-MBR與A2/O脫水的污泥水含量平均值基本維持在80%，而在1月至5月期間，一、二、三期脫水的污泥水含量均在80%以上[3]。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比整理看到，以上兩種脫水工藝的污泥含水量變化都隨著季節(jié)的變化而發(fā)生改變，具體表現(xiàn)在污水處理廠在夏季進(jìn)行污泥脫水時(shí)效果更好，并且脫水污泥水含量低于80%，而其他季節(jié)脫水后的污泥水含量則有明顯升高。

2.2 絮凝劑使用量消耗情況分析

根據(jù)污泥的脫水情況分析可知，以上兩種污泥的脫水工藝性能都有著比較明顯的季節(jié)性變化特性，故此，要保證污泥的脫水處理效果，使用的絮凝劑也需要符合其季節(jié)性的變化特征。統(tǒng)計(jì)可知，年度內(nèi)上述兩種污泥的脫水工藝與所消耗絮凝劑具有相同的季節(jié)性規(guī)律變化。

通過分析，上述兩種處理工藝所需絮凝劑使用量在夏季較低，在其他季節(jié)有明顯增加[4]。其中，在使用工藝A2/O的一、二期內(nèi)，污泥的脫水所需絮凝劑全年投配率平均為7.5 kg·t-1，而且污泥的脫水用絮凝劑全年投配率變化不大。但在使用工藝A2/O-MBR的第三期內(nèi)，污泥的脫水全年投配率平均為12.5 kg·t-1，而且污泥的脫水用絮凝劑全年投配率波動(dòng)變化明顯。特別是冬季使用工藝A2/O-MBR的第三期內(nèi)，脫水泥餅的產(chǎn)出量有較大波動(dòng)。在夏季及初秋時(shí)，上述兩種污泥處理工藝所需絮凝劑使用量沒有較大變化。導(dǎo)致這種狀態(tài)的原因是因?yàn)镸BR處理工藝比傳統(tǒng)性污泥處理的阻力大很多，而且阻力增加至2倍～3倍。

2.3 能耗的相關(guān)分析

工藝A2/O-MBR及A2/O污泥的脫水處理主要是依靠消耗電力等能源完成，從圖2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，上述兩種集中工藝處理中沒有看到明顯季節(jié)性的電力消耗變化，但就總體而言，使用工藝A2/O-MBR三期的耗電量在年度內(nèi)各月份消耗情況均高于工藝A2/O的一、二期。結(jié)果顯示，使用工藝A2/O-MBR需要負(fù)擔(dān)的電力費(fèi)用更大[5]。分析原因可知，這種差異是因?yàn)檫x擇使用了兩種不同工藝離心機(jī)的不同運(yùn)行方式造成的。

圖2 污泥脫水絮凝劑、電耗成本

3 影響污泥相關(guān)脫水性因素的分析

污泥相關(guān)脫水性同其本身所具備泥質(zhì)的特性有著緊密的關(guān)系，污泥的泥質(zhì)變化同進(jìn)水的水質(zhì)和污水集中處理的過程息息相關(guān)。利用冗余(RDA)分析有助于了解進(jìn)水的水質(zhì)和水量、污泥的泥齡和負(fù)荷以及工藝的運(yùn)行和水質(zhì)的相關(guān)參數(shù)等對(duì)污泥處理泥質(zhì)及其脫水性的影響[6]。

RDA冗余分析相關(guān)進(jìn)水的水質(zhì)和工藝的運(yùn)行等條件變量對(duì)污泥脫水性及其泥質(zhì)重要性和顯著性結(jié)果。檢驗(yàn)顯著性的結(jié)果表明各變量能否與污泥的泥質(zhì)及脫水性有著緊密關(guān)聯(lián)，檢驗(yàn)重要性表現(xiàn)在變量對(duì)泥質(zhì)及脫水性效果大小的影響。RDA冗余分析的結(jié)果顯示，污泥SVE和水溫、膜池MLSS和COD進(jìn)水及SS進(jìn)水在污水集中處理的不同工藝中置信度均為99%，與污泥的脫水性及泥質(zhì)緊密相關(guān)；只在污泥齡為A2/O的工藝中表現(xiàn)得較為顯著，而與處理污泥水量在A2/O-MBR工藝當(dāng)中效果明顯;在所有處理工藝中污泥的負(fù)荷表現(xiàn)均不明顯。從重要性方面看，在工藝A2/O當(dāng)中水溫、污泥負(fù)荷及處理水量重要性不高，在工藝A2/O-MBR當(dāng)中污泥齡及負(fù)荷的重要性不高。

綜合來看，剔除污泥的負(fù)荷性變量后再進(jìn)行RDA的檢驗(yàn)分析，結(jié)果見圖3。排序圖RDA中用實(shí)箭頭表示物種(變量響應(yīng))，空箭頭表示環(huán)境生態(tài)變量(變量解釋)，物種變量間、物種變量與環(huán)境變量間夾角余弦值代表了各變量之間的相關(guān)性。故此，物種的變量之間相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系顯示，工藝A2/O與A2/O-MBR脫水的污泥中富含水、有機(jī)物及其絮凝劑三者間的投配比率為正相的關(guān)系。其一表示污泥所含的有機(jī)物是影響其脫水性的一個(gè)重要因素，其二表示雖然增加絮凝劑的投加量，污泥的脫水仍然比較難。所以，當(dāng)污泥的泥質(zhì)發(fā)生變化、脫水的性能開始變差時(shí)，使用增加投放絮凝劑的措施是不是能夠節(jié)能減耗[7]，需要進(jìn)一步的研究探討。

圖3 參數(shù)工藝、水質(zhì)與脫水污泥要素RDA結(jié)果分析

在進(jìn)行污水集中處理時(shí)，能夠?qū)ξ勰嗟拿撍援a(chǎn)生影響的因素需要以進(jìn)水的水質(zhì)、污泥齡及負(fù)荷、工藝的運(yùn)行以及水質(zhì)的參數(shù)等條件加以分析。詳情見表1。

其中，檢驗(yàn)顯著性特征是要解釋不同變量對(duì)污泥的脫水性及泥質(zhì)所帶來的影響，檢驗(yàn)RDA結(jié)果主要是證實(shí)水溫、MLSS、SVI污泥、COD進(jìn)水、SS進(jìn)水在各種工藝中所表現(xiàn)出來的對(duì)污泥的泥質(zhì)及其脫水性具有相關(guān)性的顯著特征。污泥齡在工藝A2/O中表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，在工藝A2/O-MBR中關(guān)系較小。處理的水量在工藝A2/O-MBR中相關(guān)性顯著，在工藝A2/O中關(guān)聯(lián)性不明顯。在上述兩種處理工藝中污泥的負(fù)荷沒有相關(guān)性表現(xiàn)?？傊诠に嘇2/O中，處理水溫、水量以及污泥的負(fù)荷等變量因素不會(huì)對(duì)污泥的脫水性產(chǎn)生太大影響，在工藝A2/O-MBR中，污泥齡及負(fù)荷對(duì)污泥的脫水性沒有較大影響[8]。

表1 工藝運(yùn)行及水質(zhì)參數(shù)

4 結(jié)語

綜合來看，該污水集中處理廠使用工藝A2/O一、二期及工藝A2/O-MBR三期集中處理廠污泥的脫水情況都有明顯的季節(jié)性改變，絮凝劑投放消耗量與季節(jié)性關(guān)系不大，采用工藝A2/O的一、二期使用絮凝劑投配率變化波動(dòng)不大，在使用工藝A2/O-MBR三期時(shí)，絮凝劑使用投配率變化波動(dòng)較大。上述兩種處理工藝，工藝A2/O-MBR比A2/O消耗電力的成本要高，這表示在能源消耗上，工藝A2/O-MBR比A2/O要高出許多。通過上述兩種處理工藝相關(guān)污泥的脫水性影響因素分析，其中影響工藝A2/O的主要因素有：MLSS曝氣池、SVI污泥、污泥齡、SS進(jìn)水及COD進(jìn)水等；在工藝A2/O-MBR當(dāng)中，影響的主要因素有：SVI污泥、MLSS曝氣池、SS進(jìn)水及COD進(jìn)水、處理水溫及水量等。此外，工藝A2/O與A2/O-MBR比較，工藝A2/O-MBR污泥的過濾性阻力相對(duì)較大。