四種污泥脫水劑對泥餅焚燒的影響試驗

周 穎

(江蘇綠威環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇 蘇州 215000)

隨著生活水平的提高，城市污水的產量日益增多，污泥的產量也隨之增大。污泥焚燒技術具有處理速度快、減量化程度高、能源可再利用等優(yōu)點[1-2]，在國內外被廣泛應用。該技術相對于機械脫水對污泥的減量率達到了90%以上，且穩(wěn)定了污泥中的有害物質，是污泥處置最徹底的方式[3-4]。污泥成分復雜，含有大量有機物，水分的含量超過半數(shù)，因此將污泥進行脫水是污泥焚燒利用的重要前提步驟。污泥脫水后再進行焚燒一方面減少污泥焚燒所需的輔助燃料，另一方面減少了污泥焚燒的時間，大大降低污泥焚燒處置成本[5]。

污泥焚燒過程中產生的酸性氣體(SO2、HCl、HF)、重金屬、二惡英等，對環(huán)境、人體健康造成一定影響。酸性氣體雖然作為焚燒主要污染物之一，但是人們對其關注度遠遠小于重金屬及二惡英[6]。隨著污泥焚燒單位廢氣排放的要求越來越嚴格，對其接收的脫水污泥要求也越來越嚴格，特別是硫、氯，因此就需對污泥脫水過程進行綜合考慮。硫酸鋁(AS)、聚合氯化鋁(PAC)、氯化鐵(FeCl3)對于污泥壓濾脫水已有研究[7-10]，而聚合硅酸鋁鐵(PSAF)的研究較少。本研究針對污泥壓濾脫水+焚燒工藝，從含水率、硫含量、氯含量、脫水成本等指標對四種藥劑進行比較分析，找出較適合的污泥處理藥劑，為污泥脫水處理項目提供指導和依據(jù)。

1 材料

1.1 實驗污泥

實驗所用的污泥取自上海市某污水處理廠二沉池污泥，取回后立即放入4℃冰箱中儲存。實驗污泥的基本性質如表1所示。

表1 污泥基本性質

2 實驗方法

2.1 污泥CST測定

稱取100g污泥樣品，按表2設計的濃度分別加入藥劑AS、PAC、FeCl3、PSAF，然后測定加藥劑后污泥CST的變化。每種濃度下污泥CST值測定三次后取平均值。

表2 污泥CST試驗藥劑濃度設置

2.2 污泥脫水

稱取1600 g污泥樣品，按順序加入藥劑(AS、PAC、FeCl3、PSAF)、石灰和絮凝劑。四種藥劑按照表3設置的濃度分別加入，石灰和絮凝劑的濃度保持不變。前兩種藥劑加入后攪拌反應10 min，調理好的污泥樣品進入實驗室小型壓濾設備進行壓濾實驗。壓濾試驗設計平行試驗，得到泥餅含水率取平均值。

表3 污泥脫水實驗藥劑濃度設置

2.3 污泥指標測定

CST的測定: 取10 mL待測污泥，采用毛細吸水時間測試儀(TYPE 304M 型)測定CST。泥餅含水率的測定：將壓濾得到泥餅中間部分制樣，采用 CJ/T 221-2005《城市污水處理廠污泥檢驗方法》測定含水率。硫含量的測定：壓濾得到的泥餅進行烘干處理，采用GB/T 214-2007《煤中全硫的測定方法》測定硫含量。氯含量的測定：壓濾過程中的出水采用CJ/T 51-2018《城鎮(zhèn)污水水質標準檢驗方法》測定pH和氯含量。

3 結果與討論

3.1 藥劑對污泥CST的影響

通過單獨加入AS、PAC、FeCl3、PSAF四種藥劑，按污泥干基百分比來改變藥劑加量，得到污泥CST變化曲線，如圖1所示，可以看出，四種藥劑加入后污泥CST值發(fā)生明顯降低，由83.1降低到40以下。CST值能測試污泥中自由水分的滲透能力。四種藥劑加入后，通過電中和作用破壞了污泥絮體結構，使得污泥中束縛水轉換為自由水，改善了污泥脫水性能[11-12]。當CST值降低到某一值后，再多加藥劑CST值又會升高。研究表明CST值是污泥脫水性能的重要指標，其值大小主要受含固率的影響[13]，因此當CST值降低到某一值后，再增加藥劑并不能對污泥脫水性能產生正的影響，反而會由于污泥含固率的升高而使得CST值增加。

圖1 四種藥劑加量對污泥CST的影響

四種藥劑加入后，污泥CST值都有一個最低值，對應一個最佳藥劑加量。AS最佳藥劑加量為15%污泥干基，此時污泥CST值為27.0；PAC最佳藥劑加量為50%污泥干基，此時污泥CST值為20.0；FeCl3最佳藥劑加量為15%污泥干基，此時污泥CST值為28.9；PSAF最佳藥劑加量為15%污泥干基，此時污泥CST值為20.0。從CST值來看，PAC和PSAF調理后污泥CST值最低，對污泥的脫水效果最好，后續(xù)污泥脫水實驗參照最佳藥劑加量來進行設計。

3.2 藥劑對泥餅焚燒的影響

污泥不論是摻燒還是獨立焚燒，污泥占比、含水率、污泥特性等對燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定性、鍋爐效率、煙氣處理系統(tǒng)會產生影響。研究表明污泥摻燒含水率要小于60%，污泥加入后隨著摻入比例的增加，SO2、NOx、HCl和HF的排放濃度均有所增加[14]。因此本研究主要從泥餅含水率、泥餅硫含量、壓濾水氯含量三個方面來考慮污泥焚燒，且本研究小型壓濾機泥餅含水率為75%左右時，大型板框壓濾機泥餅含水率可達到60%左右。

3.2.1 對泥餅含水率的影響

改變四種藥劑加量，同時石灰與絮凝劑加量保持定值，壓濾脫水后的泥餅含水率變化如圖2所示。AS、PAC和PSAF在實驗的藥劑加量范圍內，隨著藥劑加量的增加，泥餅含水率逐漸降低，均能降到75%以下，滿足泥餅含水率的要求；而FeCl3在15%～45%藥劑加量范圍內，泥餅含水率在20%藥劑加量時最低，為77.71%，達不到泥餅含水率的要求，而減少或增加藥劑加量泥餅含水率都會升高。研究表明，石灰與FeCl3存在互補協(xié)同作用，需要增加石灰用量來降低泥餅含水率[15]，石灰含量高也會影響泥餅熱值，不利于焚燒處理。AS、PAC、PSAF泥餅含水率滿足要求時，對應藥劑加量分別為≥20%、>55%、≥10%。

圖2 藥劑加量對泥餅含水率的影響

3.2.2 對泥餅硫含量的影響

對四種藥劑脫水得到泥餅硫含量進行分析，得到的結果如圖3所示。四種藥劑中，PAC、FeCl3、PSAF均未增加泥餅硫含量，而AS調理壓濾后泥餅硫含量升高，且隨著AS藥劑加量的增加泥餅硫含量也隨之增加。分析是AS藥劑中含有硫，加石灰和PAM調理壓濾后可能形成不溶物殘留在泥餅當中。泥餅焚燒隨著入爐硫含量的增加，煙氣中二氧化硫濃度和脫硫運行費用也隨之增加[16]，產生的飛灰量也增多，因此采用AS脫水后的泥餅會對焚燒產生不利影響，具體的影響程度與藥劑添加量、其他混合調理藥劑種類、污泥摻燒比例等因素有關。

圖3 藥劑加量對泥餅硫含量的影響

3.2.3 對壓濾水氯含量的影響

為了方便污泥運輸，污泥脫水處置單元通常建在污水廠內部，污泥壓濾過程產生的廢水也是不經處理直接排入污水廠的。經過四種藥劑處理后，污泥壓濾出水的氯含量分析見圖4。AS藥劑相較于其他三種藥劑，壓濾出水中氯離子含量要低很多，因為藥劑中不含氯。氯離子是易溶于水的離子，很容易從泥餅中隨著壓濾出水而跑出，從而增加水中氯離子含量。FeCl3在藥劑加量20%時，氯離子含量為2713 mg/L，但當加量達到45%時，氯離子含量達到5058 mg/L。研究表明，廢水中氯離子濃度大于2000 mg/L時，微生物的活性將受到抑制；大于5000 mg/L時，基本就沒有微生物[17]。AS、PSAF在藥劑加量分別為20%、10%時，壓濾出水氯離子含量分別為430 mg/L、1353 mg/L，對水中微生物的影響不大，因此得到泥餅含水率較低時，對應藥劑加量也不能太高。

圖4 藥劑加量對壓濾水氯含量的影響

3.3 藥劑對污泥脫水運行成本比較

在以上研究的基礎上，分別計算噸污泥脫水處置的藥劑成本(以泥餅含水率60%來折算)。AS在藥劑加量20%時的處理成本約為144元/噸，PAC在藥劑加量55%時的處理成本約為167元/噸，F(xiàn)eCl3在藥劑加量20%時的處理成本約為64元/噸，PSAF在藥劑加量10%時的處理成本約為88元/噸。綜合考慮泥餅含水率、泥餅硫含量、處理污泥的噸藥劑成本因素，得出PSAF是較合適的污泥脫水藥劑，得到的泥餅適合焚燒處理。

4 結論

本研究選用的四種藥劑，對于污泥脫水的影響，F(xiàn)eCl3脫水效果最差，其他三種在實驗的藥劑加量范圍內效果差不多。采用AS藥劑的泥餅硫含量升高，藥劑中的硫在調理壓濾后，形成不溶物殘留在泥餅當中，會對污泥焚燒產生不利影響，具體的影響程度與藥劑添加量、其他混合調理藥劑種類、污泥摻燒比例等因素有關。本研究選用的四種藥劑，綜合考慮泥餅含水率、泥餅硫含量、處理污泥的噸藥劑成本因素，PSAF是較合適的污泥脫水藥劑，得到的泥餅適合焚燒處理。