北京市第九自来水厂污泥脱水试验研究_杨晓胤刘园园张伟军_等(1)

北京市第九自来水厂污泥脱水试验研究_杨晓胤刘园园张伟军_等(1)

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环境工程EnvironmentalEngineering

北京市第九自来水厂污泥脱水试验研究

杨晓胤

1，2

*

刘园园

2

张伟军

2

徐孝雅

3

王东升

2

段晋明

1

郏耕耘

3

（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安710055；

2．中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京100085；

3．杭州兴源过滤科技股份有限公司，杭州311113）

摘要：选择不同药剂对给水污泥进行化学调理，通过小试污泥比阻（SＲF）初步确定出适宜于高压隔膜压滤过程的污泥调理方案，同时利用中试进行验证。旨在保证污泥高效脱水基础上实现脱滤液回用，以期为自来水厂污泥脱水工艺的选择提供建议。试验结果表明：采用氯化铁和PAC分别与石灰复配投加不仅可以将污泥含水率降至60%以下，同时能够控制脱水后污泥的绝干量。对于所有中试试验，脱水过程中的脱滤液浊度在绝大部分时间内小于0.2NTU，能够达到回用要求。

关键词：自来水厂污泥；无机混凝剂；污泥脱水；隔膜压滤

DOI：10.13205/j．hjgc．201401006

LABOＲATOＲYANDPILOTSTUDIESONSLUDGEDEWATEＲINGINTHE

NINTHBEIJINGDＲINKINGWATEＲTＲEATMENTPLANT

2

YangXiaoyin1，

LiuYuanyuan2ZhangWeijun2XuXiaoya3WangDongsheng2DuanJinming1JiaGengyun3

（1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering，Xi'anUniversityofArchitectureandTechnology，Xi'an710055，China；

2.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalAquaticChemistry，ＲesearchCenterforEco-EnvironmentalSciences，ChineseAcademyofSciences，Beijing100085，China；3.HangzhouXingyuanFilterTechnologyCo．，Ltd，Hangzhou311113，China）Abstract：Severalflocculantswereselectedtoconductsludgeconditioningtofindthefeasiblemethodsforsludgedewateringbyusingdiaphragmfilterpress．Thepurposeistoachievehighperformanceinsludgedewateringandreusethefiltrateproducedindewateringprocessandprovideusefulinformationfordesignofsludgedewateringprocessinthedrinkingwatertreatmentplants．TheresultsindicatedthatcombineduseofPAC，ferricchlorideandlimehadbetteraperformancethansingleadditionandcouldeffectivelyreducethecakemoisturetolessthan60%anddryweightofsludgefordisposal．Forallpilottests，turbidityoffiltrateproducedfromdewateringwaslessthan0.2NTUformostoftime，thusfiltratecouldbereusedassourcewater．Keywords：sludgeindrinkingwatertreatmentplant；inorganiccoagulants；sludgedewatering；diaphragmfilterpress

0引言

［1］

包括热处理、冷冻处理等技术

。生产废水经过浓缩

［5］

，而混凝剂调理为最

自来水厂产生的废水主要来自沉淀池或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗水效果很差理

［3］

［2］

常用的污泥脱水前处理技术。

北京市第九自来水厂每天产生的含水率为98%～99%的浓缩污泥约1000t。污泥脱水采用离心方式，为了达到较好的泥水分离效果，污泥调理过程中投加了大量的PAM，但是脱水效率依然较低，泥饼含水率约为80%。由于脱滤液的水质较差，而且受到高浓度PAM的污染，所以无法回用，只能直接排放，不仅浪费大量的水资源，并且严重污染了周围河道。因此，本研究拟采用隔膜压滤技术，并筛选出与其相适宜的污泥调理技术：第一，实现污泥深度脱水，

如直接进行脱水处理，其脱水池处理后产生的污泥，

，须进行各种调理过程。污泥调理的方

法较多，大体可以分为两大类：化学调理和物理调

。加药调理主要有石灰处理、酸处理、碱处理、

［4］

高分子絮凝剂和无机混凝剂处理等

（2012ZX07408001）。水技术研究”

收稿日期：2013－02－27

；不加药处理

“集成化给水污泥调质及深度脱*水体污染控制与治理科技重大专项

水污染防治WaterPollutionControl

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清液回用。隔在污泥脱水过程中削减污泥量；第二，

膜压滤机过滤压力高，可以选用致密的滤布，通过滤布截留和滤饼层过滤，获得清澈的滤液。因此，在保证污泥高效脱水的基础上，达到回用污泥脱水清液的目的，从而实现水厂排泥水零排放。11.1

试验部分

水厂污泥基本情况介绍

第九自来水厂每天产生的含水率为98%～99%的浓缩污泥约1000t。污泥中主要成分为氢氧化铝、氢PAM和少量有机质。污泥密度为1g/cm3。氧化铁、

小试污泥除PAC与石灰复配试验含水率为97.77%外，其他各组试验污泥原始含水率均为98.4%。1.2

污泥调理药剂

3种无机混凝剂（氯化铁、PAC和石灰）、1种有机混凝剂（PAM）。其中，氯化铁和PAC均为液体药剂，其质量浓度和氧化铝含量分别为38%和10%。1.31.3.1

污泥调理和脱水试验小试

1）污泥调理过程。

取500mL污泥至于1000mL塑料烧杯中。开6混凝试验搅拌机），在快搅速度为启搅拌装置（ZＲ4-200r/min的条件下加入不同比例的氯化铁、PAC和30s后降速至100r/min搅拌2min，石灰等药剂，然后进行SＲF测定实验。对于复配实验，先按照试验配比投加氯化铁和PAC，然后加入石灰，继续搅拌，直至大部分氢氧化钙溶解。

2）SＲF的测定。

SＲF试验的操作如下：取待测污泥样品100mL于量筒中，在恒定气压P=0.9MPa的条件下过滤（Jk-0.3型，每隔10s北京京科瑞达科技有限公司），记录一次滤液体积，直到漏斗中滤饼层出现裂缝为止，停止抽滤，利用差量法测定滤饼含水率，然后进行污泥比阻测定。污泥比阻的计算公式见式（1）［6］：

2PA2b

r=

μω

（1）

型隔膜压滤机及其配套设备，主要有空压机（最高可提供压力为8kg）、高压清洗机、调理罐（配有可调速

2

滤室搅拌机）和气动隔膜泵。压滤面积约为4.5m，3

滤布孔径为5μm。滤板材质为总容量约为0.12m，

增强聚丙烯，规格为0.8m×0.8m×0.03m。整个试验装置实物如图1所示

。

图1

Fig．1

中试用隔膜压滤机

Diaphragmfilterpressforpilottest

2）污泥的调理。

每次向污泥调理罐中装入1t浓缩污泥。然后在PAC、搅拌条件下，按照一定量加入氯化铁、石灰或者复配药剂，持续搅拌5min开始进料。

3）压滤操作过程。

开启液压装置，将滤板压紧，压力为22～27kg保压。整个压滤过程包括注满、低压（0～8kg）压滤和高压（15～16kg）压榨三步，每次进料量为0.5～0.6t。其中注满时间约为5min，低压压滤持续80min，高压压榨维持20min。最后退去液压，打开滤板。22.12.1.1

结果和讨论小试结果

单一药剂投加对Zeta电位的影响

原始Zeta电位为－22.27mV。氯化铁对污泥Zeta电位的影响如图2所示。随着氯化铁投加量的Zeta电位逐渐上升。当氯化铁和PAC投加量增加，

0.15g/L时，Zeta电位出现0点。可以分别为0.24，

PAC的电中和能力略高于氯化铁。看出，2.1.2

单一药剂投加对Zeta电位和污泥比阻的影响

［7］

m/kg；μ为脱水滤液黏度，kg/（m·式中：r为污泥比阻，

s）；ω为单位体积滤液所对应的滤饼干固体重量，kg/g/cm2；A为过滤面积，m2。m3；P为过滤压力差，1.3.2

中试1）中试装置。

选用杭州兴源过滤科技股份有限公司生产的小

PAM投加后形成絮根据实验室小试结果显示，体较大，但是由于其絮体强度不高

，而且黏性较，从而并没有

强，在高压条件下容易变形堵塞滤孔

［8］

有效改善污泥的高压压滤脱水性能。这说明单独使用PAM作为隔膜压榨的调理药剂是不可行的。

三种无机药剂对污泥比阻的影响如图3所示。

22

环境工程EnvironmentalEngineering

说明氢氧化钙的投加明显改善了污泥的过滤性关系，

能，加快了污泥过滤速率

［9］

。这主要是由于石灰投

加后可以起到一定絮凝架桥作用，另一方面可以支撑污泥絮体，从而形成多孔结构，减小滤饼层对水流的阻力，使得污泥排水能力提升。2.1.3

复配投加对污泥脱水性的影响

氯化铁和PAC与石灰复配的试验结果如图4所示。在单独使用氯化铁之后污泥比阻降低到最低时，继续投加石灰可以进一步降低污泥比阻，而且从感官

注：二者均以离子浓度计

图2

Fig．2

氯化铁和PAC投加对污泥Zeta电位的影响

EffectofFeCl3andPACadditiononZetapotentialofthesludge

来看，污泥的黏性明显降低，泥饼和滤布的剥离效果较好。这可能是由于污泥首先通过氯化铁的电中和作用实现凝聚，同时水解产生的沉淀使得污泥的黏性降低，再加入石灰可以起到骨架支撑作用，进一步减小污泥的不可压缩性，使得污泥的脱水性进一步得到改善。同时投加0.32g/L的PAC和0.64g/L石灰可明显提高污泥的过滤性能，其效果优于先投加0.39g/L氯化铁之后再加入等量石灰的效果。因为PAC改善污泥脱水性是不仅通过电中和絮凝作用，而且还通过吸附架桥来增强污泥絮体强度，并减小污泥黏性

。

SＲF先降低后升高，在随着氯化铁投加量的增加，

0.39g/L时SＲF出现最小值为9.3×10

11

m/kg，而此

时污泥的Zeta电位为22.83mV。污泥脱水性的改善：一方面依靠无机混凝剂的电中和作用实现絮凝；另一方面污泥中存在混凝处理过程中投加的PAM和本身含有的黏性胶体颗粒物，使得污泥的黏性较高，投加无机混凝剂不但可以依靠形成的水解产物与PAM和黏性胶体物质结合降低污泥的黏度，还可以提高污泥的絮体强度，减小其不可压缩性来提高污泥脱水性

［7］

。和氯化铁的结果一致，随着PAC的投加

SＲF先减小后增加，SＲF量逐渐增加，在0.32g/L时，

11

出现最小值为7.3×10m/kg，该值小于投加氯化铁

的最小值。这可能是由于与PAC相比氯化铁具有更强的电中和能力，絮凝效果更好，所以效果优于氯化铁。然而，当两种混凝投加量继续增加后，污泥脱水性能恶化，这因为过剩电荷导致污泥絮凝效果变差，小颗粒物质增加

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