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污泥含水率太难降?加点药剂试试!

   日期:2022-05-25     来源:环保水圈    

污泥,水处理人一听就很头疼的两个字。

当然,这里所说的污泥,特指的是污水经过处理外排后的那部分剩余物质。由于曾一度缺乏适用的技术,看似不起眼的污泥,已经变成了环保领域一个“老大难”的问题。

很久之前,小编参观一家大型造纸厂时就看到过这样一个场景:这个厂日处理量为7000吨,污水处理设施每天要产生近百吨的污泥,怎么办?没办法,既没时间,搞又不会搞,只能堆放在厂区,日子久了,就连厂区道路上都被堆上了散发着异味的污泥,那味道,简直了!

这是个别吗?并不,这种情形在很多污水处理厂都出现过,只是在程度上有所不同。就算通过浓缩-脱水-干化处理后,污泥含水率仍高达75%~85%,运输难度大、成本又高,而且后续堆肥、填埋、焚烧和土地利用这些,对污泥的含水量要求就更高了,得在55%~65%之间,心累!

目前降低污泥含水率的方法主要有化学方法、物理方法和生物方法。相比较物理法、生物法,加点药能解决的事谁想搞那么复杂啊,毕竟药剂来源广泛,价格也低。所以,今天小编就和大家聊聊那些污泥脱水中的常用药剂。

污泥深度脱水机理

污泥之中水分分布形态主要有四种,一般叫它间隙水(或游离水),毛细水,吸附水和结合水,其结合强度依次递增。因为污泥中的胶质微粒对水具有很强的亲和力,这也就是为啥污泥含水量高,不易压缩。

污泥深度调理呢,就是使污泥的结合水,吸附水和内部水释放出来。通过在污泥中投加化学调理剂,使污泥颗粒克服水分子的静电排斥、水合,改变絮体结构及颗粒大小,使其能够絮凝沉降改善脱水性能,再经高压压榨等物理方式使含水率降低至60%以下。

另外,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS) 是活性污泥中除微生物和水分之外的第三大组成成分,大量水分包裹于菌胶团内,给其包围的污泥微生物提供了良好的生存环境,这部分水分很难通过机械过滤方法去除,因此EPS含量的增加,将使得污泥滤饼的含水率增大,脱水性能降低。EPS的含量、组成、分布与污泥脱水性质紧密相关,其高度的水合性成为污泥脱水的一大障碍,如何破坏EPS对污泥脱水效果至关重要。

污泥脱水药剂的种类

污泥脱水剂又称污泥调理剂,主要分为有机絮凝剂、无机絮凝剂、助凝剂和助滤剂、复合絮凝剂等。

无机调理剂

无机调理剂主要是利用无机絮凝剂中的金属离子发生水解和聚合反应,之后其水解和聚合产物与水体颗粒进行絮凝作用包括电中和脱稳、压缩双电层、吸附架桥或沉淀网捕等,进而生产较大絮凝体从而分离去除,主要有铝盐和铁盐及其高分子聚合产物。

由于传统铝盐水解反应极为迅速,无机高分子混凝剂可在预制过程中形成一定水解稳定性的优势混凝性态产物,且其分子链更长、电荷密度更高从而在单位长度分子链上结合的带负电污泥颗粒更多,与污泥的结合更为紧密。

聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、硅酸类絮凝剂等,是现阶段常用的无机高分子絮凝剂,和传统无机絮凝剂一样其缺点是絮凝效果差,投加量大。

有机调理剂

有机调理剂根据其带电性质分别有阳离子型,阴离子型和非离子型以及两性离子型。其主要脱水机理主要是通过分子链变性,拉长分子链,对污水中凝聚的颗粒起到吸附架桥的效果,使颗粒与水易于分离。

有机调理剂投加量少,絮凝能力强,絮体粗大且沉降性能好,但相对生物毒性高,能致癌、致畸变,且难以生物降解,应用范围有限。

目前常用的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列产品,因为污泥胶体表面带负电荷,因此阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的表现要优于其他离子型。

复合调理剂与助凝剂

助凝剂主要是提高或改善混凝剂的效果的化学药剂,在污泥脱水过程中,助凝剂主要作用是作为在污泥中形成坚硬的网络骨架使污泥絮体具有持久坚固的结构。常用的助凝剂有石灰,粉煤灰等。

复合调理剂是在单一絮凝剂和助凝剂基础上发展起来的,通过多种有机无机絮凝剂和助凝剂的复合作用弥补单一絮凝剂的不足。

在大多数情况下复合型絮凝剂的脱水率优于单一絮凝剂,且由于助凝剂的存在大大的节约了调理剂的投加量。但是,复合型絮凝剂从工艺上来说相对其他试剂复杂,反应条件苛刻,制备成本上可能增加。

Fenton试剂 

Fenton试剂作为强氧化剂越来越多地被用于氧化有机物,其机理主要是其强氧化性破坏了EPS,使细胞内部的结合水析出变成表面吸附水,从而改善污泥脱水性能,但单独使用时面临投加量大、成本过高、泥饼压缩性强等问题。

污泥脱水药剂的应用效果 

为了体现污泥脱水药剂在改善污泥脱水性能方面的效用,小编就用案例来分享一下:

以辽宁省鞍山市某污水厂为例,对其浓缩污泥的相关数值进行测定,发现该污泥样本的pH呈中性,含水率高达99.55%,比阻值为1.458x10^300px/g,毛细水时间值为29.24s。

单一絮凝剂的效果

向一定量待测污泥样本中投加无机絮凝剂FeCl3BAC、PAC;单独投加非离子絮凝剂PAM、阴离子PAM;

单独投加助凝剂生石灰,污泥样本无明显变化。但单独投加阳离子PAM时,污泥外观发生明显变化,形成絮体。

根据实验分析,阳离子PAM投加量的增加会进一步改善污泥的沉降性,当投加量为35mg/L时,污泥沉降性能最好。若阳离子PAM继续投加,污泥的沉降性能变差。

复合絮凝剂的效果

将无机絮凝剂FeCl3BAC、PAC和阴离子絮凝剂PAM进行复合,对复合絮凝剂对污泥脱水性能的影响进行分析。

PAC的投加量设置为0.5g/L、1g/L、2g/L,阴离子投加量为9mg/L、30mg/L、60mg/L、90mg/L递增。

据相关实验研究表明:随着PAC投加量的增加,污泥脱水率减少后增加。其中,投加量为1g/L的PAC组分中,复合型絮凝剂的脱水率最高,可以达到93.8%;污泥样本的含水量最低,为87.23%。

以同样方式,将FeCl3BAC、PAC与阴离子PAM复合, 得出结果:PAC的投加量为1g/L、阴离子投加量为90mg/L时,污泥的脱水性能综合情况最好。

助凝剂的效果 

在应用单一絮凝剂的基础上,对助凝剂的作用进行探讨,针对减少絮凝剂阳离子PAM投加量能否影响到污水脱水性能进行分析。

如图1、图2、图3、图4所示,分别为投加量为9mg、30mg、60mg、90mg的阳离子PAM组分,阳离子PAM 复合生石灰、粉煤灰对污泥含水率、脱水率的影响。

 

由图1~图4可见,在单一絮凝剂基础上,添加助凝剂,污泥的含水率进一步下降。因此,助凝剂可以有效改善污泥脱水性能。絮凝剂—助凝剂复合添加剂对污泥脱水效果的影响:在不同絮凝剂基础上添加助凝剂有利于改善污泥脱水性能,尤其是投加9mg/L阳离子PAM+30g/L生石灰+30mg/L粉煤灰时,该污泥样本脱水性能最佳。

 

结语

相对于单一絮凝剂,复合絮凝剂在不同的絮凝机理下都表现出更加优秀的效果,然而对于不同性质的污泥,絮凝剂的投加量以及优化组合需要通过最终泥饼的含水率来测出,因此建立有效的数学模型指导污水厂优化深度脱水药剂十分必要。

目前化学调理后的脱水污泥性能研究较少,在污泥进一步处置过程中,调理剂种类、投加量是否具有潜在环境风险尚不明确,化学调理后的污泥是否能具有更好的资源化特性还需要进一步探索。

 


 
 
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