粘膠纖維生產(chǎn)中生化污泥處理工藝的優(yōu)化

馬新俊，謝 峰，謝民楊，龔永江，秦 剛

(新疆中泰紡織集團(tuán)庫爾勒纖維公司，新疆 庫爾勒 841000)

粘膠纖維是以天然高分子纖維素為原料，經(jīng)過一系列物理化學(xué)反應(yīng)過程，形成的一種再生纖維素纖維。目前，我國粘膠纖維產(chǎn)業(yè)正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級階段，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步趨向于規(guī)模化、集團(tuán)化，2019年我國粘膠纖維產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到4 000 kt以上，生產(chǎn)的品種多數(shù)以普通粘膠短纖維為主[1-2]。然而粘膠纖維生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生硫酸鋅、酸堿廢液、廢粘膠、廢絲等，產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜，因此生產(chǎn)中后續(xù)的廢水及污泥處理對粘膠纖維產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，發(fā)達(dá)國家粘膠短纖維企業(yè)通過產(chǎn)能轉(zhuǎn)移、高成本治理、綠色紡絲工藝技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用等已基本解決行業(yè)污染問題，而國內(nèi)企業(yè)還處于用后治理階段，距離“三廢”徹底治理還有相當(dāng)長的路要走[3]。

新疆中泰紡織集團(tuán)庫爾勒纖維公司在粘膠纖維生產(chǎn)中采用物化/生化/深度處理三級處理工藝處理廢水，廢水中所含鋅離子、懸浮物、廢絲、生化細(xì)菌代謝物及投加電石渣經(jīng)排泥系統(tǒng)最終進(jìn)入板框壓榨，形成濾餅送至電廠焚燒[4]。采用該處理工藝處理生化污泥的過程中，存在壓榨過程有異味且易黏板、壓榨時間長、藥劑成本高、濾餅含水率高、pH值偏低造成設(shè)備腐蝕等問題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行及生產(chǎn)成本。因此，作者結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，對粘膠纖維生產(chǎn)過程中生化污泥的處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)對生化污泥處理中進(jìn)料方式進(jìn)行優(yōu)化，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料、壓榨脫水，探討了進(jìn)料方式的改變對進(jìn)料pH值、藥劑加入量、壓榨時間以及濾餅含水率的影響；工藝優(yōu)化后解決了黏板問題，降低了藥劑成本，濾餅含水率下降，提高了生化污泥處理效率，同時還達(dá)到了低排放、低能耗、低污染的目標(biāo)，具有較好的環(huán)保效益。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

生化污泥和物化污泥：均來自新疆中泰紡織集團(tuán)庫爾勒纖維公司污水處理系統(tǒng)濃縮池；藥劑：聚合硫酸鐵，化學(xué)純，三豐集團(tuán)產(chǎn)。

1.2 設(shè)備及儀器

XMZGFQ1000/2000-U 廂式隔膜壓濾機(jī)：景津壓濾機(jī)集團(tuán)有限公司制；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器廠制；AL204型電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司制；PHS-3C pH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司制。

1.3 生化污泥處理工藝及優(yōu)化

1.3.1 污水處理工藝

粘膠纖維生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鋅、氨氮、硫化物、懸浮物、廢絲等酸、堿廢水分別經(jīng)酸池、堿池按比例進(jìn)入吹脫池進(jìn)行曝氣，后經(jīng)中和池投加電石渣乳液(電石-乙炔工藝固廢)調(diào)節(jié)pH值，進(jìn)入一級沉淀池初沉淀，上清液靠位差自動流入生化系統(tǒng)，沉淀污泥在濃縮池沉降后送至板框壓榨。生化系統(tǒng)利用生化活性污泥降解廢水中有機(jī)物和部分還原性物質(zhì)，達(dá)到降低廢水的化學(xué)耗氧量(COD)及色度的目的。部分懸浮物及微生物代謝產(chǎn)物沉降后排至回流池，惰性污泥經(jīng)污泥泵提升至濃縮池沉淀，沉淀分離后上清液經(jīng)回流池返回生化系統(tǒng)前端，濃縮污泥泵入板框壓榨。生化出水在二沉池經(jīng)自然泥水分離，達(dá)標(biāo)水進(jìn)入總排排放，未達(dá)標(biāo)水至深度處理芬頓系統(tǒng)進(jìn)一步降低COD、色度，達(dá)標(biāo)后至總排排放。污水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Sewage treatment process

1.3.2 壓榨脫水處理工藝

生化污泥中存在大量的蛋白質(zhì)、多糖、核酸及腐殖質(zhì)構(gòu)成的胞外聚合物，具有極強(qiáng)的水分結(jié)合能力[5]，污泥經(jīng)板框機(jī)械脫水后，含水率仍高達(dá)80%，無法滿足電廠焚燒要求(要求濾餅含水率在60%以下)。因此，經(jīng)過板框機(jī)械脫水后的污泥還進(jìn)行壓榨脫水處理，工藝流程見圖2，通過投加聚合硫酸鐵對污泥進(jìn)行壓榨脫水處理，當(dāng)污泥比重(濕污泥質(zhì)量與同體積的水質(zhì)量之比)控制在1.02～1.03，脫水處理效果最佳，濾餅含水率降至50%以下。但投加聚合硫酸鐵可致生化污泥pH值降至5以下，會嚴(yán)重腐蝕輸泥管及渣漿泵，且投藥成本過高。因此，擬通過改變生化污泥進(jìn)料方式，探索更低耗更環(huán)保的處理方法。

圖2 污泥壓榨脫水處理工藝流程Fig.2 Sludge squeezing and dewatering process

1.3.3 進(jìn)料方式優(yōu)化試驗(yàn)

改變進(jìn)料方式，采用壓濾機(jī)對生化污泥進(jìn)行壓榨脫水處理試驗(yàn)。優(yōu)化前，采用生化泥污泥/藥劑進(jìn)料方式；優(yōu)化后，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料方式。物化污泥是指廢水中的懸浮物、氫氧化鋅及中和池投加的電石渣乳液在一級沉淀池沉淀后形成的污泥，物化泥脫水效果好，易成型。

生化污泥/藥劑進(jìn)料方式(優(yōu)化前)：生化污泥在濃縮池沉降3 h后經(jīng)泵入板框攪拌池，投加聚合硫酸鐵控制污泥比重在1.02～1.03，進(jìn)行10次壓榨脫水處理，記錄每次藥劑加入量及壓榨時間，測試進(jìn)料污泥pH值、濾餅含水率。

物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料方式(優(yōu)化后)：生化污泥在濃縮池沉降1 h后經(jīng)泵入板框攪拌池，待物化污泥充滿濾室、進(jìn)料壓力至0.4 MPa、進(jìn)料流量降至80 m3/h時，再進(jìn)生化污泥混合，物化污泥/生化污泥混合質(zhì)量比為50/50，進(jìn)行10次壓榨脫水處理，記錄每次藥劑加入量及壓榨時間，測試進(jìn)料污泥pH值、濾餅含水率。

1.4 分析方法

進(jìn)料污泥含水率：稱取污泥約20 g,污泥脫水后放入(105±2)℃的烘箱中干燥2 h，取出放入干燥箱中冷卻至室溫，稱重，反復(fù)多次，直至恒重，根據(jù)進(jìn)料污泥脫水、烘干前后的質(zhì)量差計(jì)算進(jìn)料污泥含水率。

濾餅含水率：稱取濾餅試樣5 g左右于恒重的稱量瓶中,放入溫度為(105±2)℃的烘箱中干燥2 h，取出稱量瓶置于干燥器中，冷卻、稱量，直至干燥至恒重，根據(jù)濾餅干燥前后的質(zhì)量差計(jì)算濾餅含水率。

進(jìn)料污泥pH值：在測定進(jìn)料污泥pH值前，將蒸餾水清洗后的電極放入pH值分別為4.00，6.86，9.18的標(biāo)定液中進(jìn)行儀器標(biāo)定，標(biāo)定后再測定進(jìn)料污泥pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)料方式優(yōu)化前后進(jìn)料污泥pH值對比

由表1可知：進(jìn)料方式優(yōu)化前，因藥劑聚合硫酸鐵屬于弱酸性聚合物，隨酸性藥劑的加入，進(jìn)料生化污泥整體酸性加強(qiáng)，進(jìn)料生化污泥pH值較低，且pH值波動較大，最低時pH值降至2.27，易導(dǎo)致輸泥管及渣漿泵嚴(yán)重腐蝕；進(jìn)料方式優(yōu)化后，進(jìn)料污泥pH值保持在7～9，且波動較小，管線及設(shè)備的酸腐蝕程度降低。這是因?yàn)椴捎梦锘勰?生化污泥混合進(jìn)料，達(dá)到一定的污泥比重所需的酸性藥劑加入量大幅降低，因而進(jìn)料污泥酸性降低。

表1 進(jìn)料方式優(yōu)化前后進(jìn)料污泥pH值Tab.1 pH value of feed sludge before and after feeding mode optimization

2.2 進(jìn)料方式優(yōu)化前后藥劑加入量及壓榨時間對比

由表2可知：進(jìn)料方式優(yōu)化前，為保證污泥比重達(dá)1.02～1.03，藥劑聚合硫酸鐵加入量較大，最高達(dá)2 125 kg/d；進(jìn)料方式優(yōu)化后，藥劑聚合硫酸鐵加入量降低為0～125 kg/d，這是因?yàn)椴捎梦锘勰?生化污泥混合進(jìn)料，鈣含量高的物化污泥充滿濾室，無需刻意提高生化污泥固化比，藥劑聚合硫酸鐵加入量可相應(yīng)減少；進(jìn)料方式優(yōu)化前壓榨時間控制在3 500～4 500 s，可達(dá)到濾餅含水率指標(biāo)(要求濾餅含水率在60%以下)，而進(jìn)料方式優(yōu)化后壓榨時間控制在500～800 s即可達(dá)到濾餅含水率指標(biāo)，大幅提高了板框工作效率，這是因?yàn)槲锘勰嘀械乃酁橛坞x態(tài)水，生化污泥中水多為結(jié)合水，物化泥附著于濾布表面，避免生化污泥污堵濾布孔，從而縮短壓榨時間。

表2 進(jìn)料方式優(yōu)化前后藥劑加入量及壓榨時間對比Tab.2 Comparison of chemicals dosage and squeezing time before and after feeding mode optimization

2.3 進(jìn)料方式對濾餅含水率的影響

為保證試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，進(jìn)料方式優(yōu)化后，脫水試驗(yàn)時縮短進(jìn)料生化污泥在濃縮池的沉降時間為1 h(優(yōu)化前為3 h)，以提高進(jìn)料污泥的含水率。調(diào)整污泥進(jìn)料方式對濾餅含水率的影響見表3。由表3可知：進(jìn)料方式優(yōu)化前，采用生化污泥/藥劑進(jìn)料方式，進(jìn)料生化污泥含水率為92.29%～96.15%，壓榨脫水處理得到的濾餅含水率為44.85%～47.44%；進(jìn)料方式優(yōu)化后，采用物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料，進(jìn)料污泥含水率有所提高，為95.60%～97.30%，污泥壓榨脫水處理后，得到的濾餅含水率保持在39.82%～43.50%。進(jìn)料方式優(yōu)化后，濾餅含水率降低，這有利于濾餅后續(xù)的焚燒處理，同時進(jìn)料過程中物化污泥充滿濾室過程中充分接觸濾布，避免生化污泥附著在濾布上，也解決了生化污泥黏板和污堵濾布孔的問題。

表3 進(jìn)料方式優(yōu)化前后進(jìn)料污泥及濾餅的含水率Tab.3 Moisture content of sludge and filter cake before and after feeding mode optimization

2.4 環(huán)保效益

降低濾餅含水率可提高濾餅對發(fā)電的熱貢率，使焚燒系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能。降低濾餅含水率還可減少電廠煙氣排量，降低電廠煙氣系統(tǒng)的磨損，同時還能減少對大氣的污染。

生化污泥揮發(fā)分較高，氣味刺鼻難聞，采用物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料，與物化污泥混合后可有效吸附揮發(fā)性氣體，降低大氣污染物濃度。

3 結(jié)論

a.在生化污泥壓榨脫水處理過程中，采用生化污泥/藥劑進(jìn)料方式，進(jìn)料污泥酸性大，pH值最低達(dá)2.27，藥劑聚合硫酸鐵加入量較大，最高達(dá)2 125 kg/d，壓榨時間為3 500～4 500 s，濾餅含水率為44.85%～47.44%；通過對處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料壓榨脫水處理工藝，物化污泥/生化污泥混合質(zhì)量比為50/50，進(jìn)料污泥pH值保持在7～9，藥劑聚合硫酸鐵加入量大幅降低，為0～125 kg/d，壓榨時間控制在500～800 s，濾餅含水率保持在39.82%～43.50%。

b.固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料壓榨脫水處理工藝是一種較為理想的污泥處理工藝,可有效降低濾餅含水率，避免因大量加入酸性藥劑引起的管線設(shè)備的酸腐蝕，大幅降低投藥成本，提高壓濾機(jī)工作效率。