脫水機(jī)濾后液用于濃縮池沉淀性能的研究

常勝孫錦程張耀宗，*

(1． 華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北唐山063000; 2． 唐山城市排水有限公司，河北唐山063000)

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)水源的短缺和污染已經(jīng)影響了人們的生活。污水處理量的增長(zhǎng)，使得剩余污泥量隨之增加[1]。由于剩余污泥的含水率高而不易脫水，通常情況下向剩余污泥中加入絮凝劑[2,3]。但是絮凝劑的投加量不易控制，投放過(guò)多造成資源浪費(fèi)；過(guò)少污泥的脫水效果不理想[4]。在污水處理的過(guò)程中，一般將產(chǎn)生的濾后液通過(guò)污水管道排入污水廠預(yù)處理工序的初沉池，從而提高初沉池的沉淀效果。將會(huì)使得后續(xù)生化工序的脫氮除磷工序缺乏碳源。

該改造工藝是將脫水機(jī)對(duì)污泥脫水后產(chǎn)生的含有大量絮凝劑的部分濾后液用泵輸送到濃縮池，濾后液中的絮凝劑與污泥進(jìn)行絮凝，加快濃縮池中的污泥沉降速度，提高進(jìn)入生化反應(yīng)系統(tǒng)的碳源，同時(shí)充分利用了濾后液中的絮凝劑為污泥處理節(jié)省投資和應(yīng)用成本。

1 污泥濃縮的工藝改進(jìn)

1.1 污泥調(diào)質(zhì)的機(jī)理

污泥顆粒一般較小，且常因帶負(fù)電荷而相互排斥。固體顆粒因表面存在具有較強(qiáng)水分子吸附的極性基團(tuán)，進(jìn)而促進(jìn)污泥中固體顆粒形成穩(wěn)定的膠體分散系[2]。目前向污水處理中加入絮凝劑是一種常用的方法。陽(yáng)離子CPAM的中和作用促使污泥微顆粒能夠凝聚形成較大顆粒絮體，使污泥顆粒脫穩(wěn)凝聚。高分子CPAM具有使污泥顆?？焖俪两敌纬尚躞w與濾后液中原來(lái)的絮體成絮團(tuán)的吸附架橋作用，這種作用不僅會(huì)引起混合液中的顆粒產(chǎn)生“網(wǎng)捕”的效應(yīng)，還可以讓剩余污泥在重力作用下充分的濃縮[5,6]。

1.2 某污水處理廠的工藝改造

某污水處理廠剩余污泥處理流程如下：剩余污泥的含水率為99.3%，剩余污泥經(jīng)過(guò)重力連續(xù)輻流濃縮池濃縮含水率為97.5%。使?jié)饪s后的剩余污泥進(jìn)入帶式壓濾機(jī)同時(shí)加入絮凝劑，出泥含水率低于80%，且污泥脫水濾后液返回初沉池。改造前剩余污泥處理流程如圖1所示。

該處理廠對(duì)原來(lái)的工藝進(jìn)行了改造，在污泥脫水濾后液直接返回到污水預(yù)處理工藝路線基礎(chǔ)上。增加將污泥脫水后產(chǎn)生的含有大量絮凝劑的部分濾液用潛污泵輸送到濃縮池中，使濾后液與剩余污泥充分的混合。其改造工藝流程如圖2所示。

2 污泥的沉降試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)藥劑和儀器

本次試驗(yàn)所用剩余污泥取自某污水處理廠二沉池。藥品為陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺CPAM。試驗(yàn)所需的主要器具有：1 000 mL量筒4個(gè)、1 000 mL燒杯4個(gè)、電子計(jì)時(shí)器1個(gè)、塑料桶2個(gè)、直尺1個(gè)。

2.2 沉降試驗(yàn)

對(duì)作為化學(xué)調(diào)質(zhì)劑的脫水機(jī)濾后液進(jìn)行沉降試驗(yàn)。分別向A，B兩個(gè)量筒中加入剩余污泥，取1 000 mL的剩余污泥加入到量筒A中，取900 mL剩余污泥和100 mL脫水機(jī)濾后液加入到量筒B中。其中量筒A作為空白對(duì)照組(剩余污泥)，B作為試驗(yàn)組(調(diào)質(zhì)污泥)。同理分別向C,D兩個(gè)量筒中加入剩余污泥，取1 000 mL的剩余污泥加入到量筒C中，取700 mL剩余污泥和300 mL脫水機(jī)濾后液加入到量筒D中。其中量筒C作為空白對(duì)照組(剩余污泥)，D作為試驗(yàn)組(調(diào)質(zhì)污泥)。

攪拌均勻靜置，開(kāi)始計(jì)時(shí)并記錄4個(gè)量筒內(nèi)污泥的沉降體積。初期每隔2 min記錄一次泥水分界面的高度，30 min后每隔10 min記錄一次液面高度，2 h后每隔30 min記錄一次液面的高度，連續(xù)測(cè)量4 h，共做4組試驗(yàn)，將試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)取平均值后繪制成曲線如圖3，圖4所示。

取30%的濾后液靜沉3 h去除上清液后測(cè)量C組、D組的污泥含固率，如表1所示。

表1 沉降試驗(yàn)3 h含固率

通過(guò)分析表1得出，調(diào)質(zhì)污泥的含固率要大于普通剩余污泥的含固率，加入濾后液可以提高污泥的含固率。由計(jì)算可得經(jīng)過(guò)濃縮后的污泥體積比為V調(diào)∶V剩=4∶5，所以將脫水機(jī)濾后液加入濃縮池中理論上可以使?jié)饪s后的污泥體積減少20%左右。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)分析圖3,圖4中所示的圖形可以得到，剩余污泥的體積在濃縮的過(guò)程中分別會(huì)在110 min和120 min的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)波峰，產(chǎn)生波峰的原因是由于污泥在沉淀池中的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，污泥進(jìn)行發(fā)酵所引起的污泥體積的增加。調(diào)質(zhì)污泥的波峰產(chǎn)生的原因和剩余污泥一樣，產(chǎn)生的時(shí)間分別為100 min和50 min，濾后液的加入使產(chǎn)生波峰的時(shí)間提前了10 min和70 min。并且由圖3，圖4對(duì)比可以得出加入10%濾后液在210 min的時(shí)候才達(dá)到的沉降比32.33%。然而加入30%濾后液在100 min時(shí)候就達(dá)到了最優(yōu)的沉降比30.86%,所以濾后液最佳的配比是30%?？紤]到保障系數(shù)1.3，故最佳濃縮時(shí)間為130 min。分析上述沉降試驗(yàn)得到濾后液的加入使泥水分離速度加快，縮短污泥濃縮的時(shí)間，降低污泥濃縮后的體積。

3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

該污水處理系統(tǒng)通過(guò)改善泥水分離的效果，減少污泥的產(chǎn)量，降低污泥含水率，進(jìn)而減少城鎮(zhèn)污水處理廠的處理負(fù)荷[5]。最大限度的減少污泥的濃縮時(shí)間，發(fā)揮城市污水處理在美化城市、科學(xué)研究等方面的環(huán)境和社會(huì)效益。為“文明唐山”貢獻(xiàn)力量，為以后的相關(guān)改造提供技術(shù)支撐，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

將改造后污水處理工藝所得數(shù)據(jù)與改造前比較。雖然剩余污泥量增加，但濾后液的加入縮短了污泥濃縮時(shí)間，提高了污泥的含固率。使得進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)的污泥體積比改造前減少了1/5。改造前后每噸干污泥所需絮凝劑量(簡(jiǎn)稱噸耗藥量)見(jiàn)表2，改造后的噸耗量比原來(lái)平均降低了0.22%左右。

表2 濾后液技術(shù)改造前后噸耗藥量比較

如果干泥量按全年13 500 t算，則污水廠每年可節(jié)省絮凝劑12.68 t，絮凝劑的價(jià)格按3萬(wàn)元/t計(jì)算，由計(jì)算可得可節(jié)約38.04萬(wàn)元。

整體的改造包括設(shè)備和土建其費(fèi)用為7萬(wàn)元，由于改造需將濾后液引入濃縮池中，所以增加1臺(tái)潛污泵，泵的功率為3 kW·h，流量50 m3·h，按當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.66元計(jì)算，每天工作15 h，則每年的電費(fèi)約10 840元?？傻妹磕昕晒?jié)約費(fèi)用約為29.96萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

1)污泥脫水機(jī)產(chǎn)生的濾后液中含有大量的絮凝劑，將脫水機(jī)濾后液引入濃縮池，充分利用了濾后液中的絮凝劑，減少絮凝劑的使用量，降低了生產(chǎn)成本。

2)濾后液的加入提高了泥水分離的速度，改善濃縮池的濃縮效果，縮短了污泥沉淀的時(shí)間。另一方面提高了進(jìn)入生化反應(yīng)系統(tǒng)的碳源。

3)將脫水機(jī)濾后液引入濃縮池技術(shù)在某污水處理廠改造成功，具有較大地推廣應(yīng)用前景。在節(jié)能構(gòu)筑物容積和脫水機(jī)處理效果方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值，為企業(yè)的污泥處理節(jié)省投資和應(yīng)用成本。