四种污泥脱水剂对泥饼焚烧的影响试验

周 颖

(江苏绿威环保科技股份有限公司，江苏 苏州 215000)

随着生活水平的提高，城市污水的产量日益增多，污泥的产量也随之增大。污泥焚烧技术具有处理速度快、减量化程度高、能源可再利用等优点[1-2]，在国内外被广泛应用。该技术相对于机械脱水对污泥的减量率达到了90%以上，且稳定了污泥中的有害物质，是污泥处置最彻底的方式[3-4]。污泥成分复杂，含有大量有机物，水分的含量超过半数，因此将污泥进行脱水是污泥焚烧利用的重要前提步骤。污泥脱水后再进行焚烧一方面减少污泥焚烧所需的辅助燃料，另一方面减少了污泥焚烧的时间，大大降低污泥焚烧处置成本[5]。

污泥焚烧过程中产生的酸性气体(SO2、HCl、HF)、重金属、二恶英等，对环境、人体健康造成一定影响。酸性气体虽然作为焚烧主要污染物之一，但是人们对其关注度远远小于重金属及二恶英[6]。随着污泥焚烧单位废气排放的要求越来越严格，对其接收的脱水污泥要求也越来越严格，特别是硫、氯，因此就需对污泥脱水过程进行综合考虑。硫酸铝(AS)、聚合氯化铝(PAC)、氯化铁(FeCl3)对于污泥压滤脱水已有研究[7-10]，而聚合硅酸铝铁(PSAF)的研究较少。本研究针对污泥压滤脱水+焚烧工艺，从含水率、硫含量、氯含量、脱水成本等指标对四种药剂进行比较分析，找出较适合的污泥处理药剂，为污泥脱水处理项目提供指导和依据。

1 材料

1.1 实验污泥

实验所用的污泥取自上海市某污水处理厂二沉池污泥，取回后立即放入4℃冰箱中储存。实验污泥的基本性质如表1所示。

表1 污泥基本性质

2 实验方法

2.1 污泥CST测定

称取100g污泥样品，按表2设计的浓度分别加入药剂AS、PAC、FeCl3、PSAF，然后测定加药剂后污泥CST的变化。每种浓度下污泥CST值测定三次后取平均值。

表2 污泥CST试验药剂浓度设置

2.2 污泥脱水

称取1600 g污泥样品，按顺序加入药剂(AS、PAC、FeCl3、PSAF)、石灰和絮凝剂。四种药剂按照表3设置的浓度分别加入，石灰和絮凝剂的浓度保持不变。前两种药剂加入后搅拌反应10 min，调理好的污泥样品进入实验室小型压滤设备进行压滤实验。压滤试验设计平行试验，得到泥饼含水率取平均值。

表3 污泥脱水实验药剂浓度设置

2.3 污泥指标测定

CST的测定: 取10 mL待测污泥，采用毛细吸水时间测试仪(TYPE 304M 型)测定CST。泥饼含水率的测定：将压滤得到泥饼中间部分制样，采用 CJ/T 221-2005《城市污水处理厂污泥检验方法》测定含水率。硫含量的测定：压滤得到的泥饼进行烘干处理，采用GB/T 214-2007《煤中全硫的测定方法》测定硫含量。氯含量的测定：压滤过程中的出水采用CJ/T 51-2018《城镇污水水质标准检验方法》测定pH和氯含量。

3 结果与讨论

3.1 药剂对污泥CST的影响

通过单独加入AS、PAC、FeCl3、PSAF四种药剂，按污泥干基百分比来改变药剂加量，得到污泥CST变化曲线，如图1所示，可以看出，四种药剂加入后污泥CST值发生明显降低，由83.1降低到40以下。CST值能测试污泥中自由水分的渗透能力。四种药剂加入后，通过电中和作用破坏了污泥絮体结构，使得污泥中束缚水转换为自由水，改善了污泥脱水性能[11-12]。当CST值降低到某一值后，再多加药剂CST值又会升高。研究表明CST值是污泥脱水性能的重要指标，其值大小主要受含固率的影响[13]，因此当CST值降低到某一值后，再增加药剂并不能对污泥脱水性能产生正的影响，反而会由于污泥含固率的升高而使得CST值增加。

图1 四种药剂加量对污泥CST的影响

四种药剂加入后，污泥CST值都有一个最低值，对应一个最佳药剂加量。AS最佳药剂加量为15%污泥干基，此时污泥CST值为27.0；PAC最佳药剂加量为50%污泥干基，此时污泥CST值为20.0；FeCl3最佳药剂加量为15%污泥干基，此时污泥CST值为28.9；PSAF最佳药剂加量为15%污泥干基，此时污泥CST值为20.0。从CST值来看，PAC和PSAF调理后污泥CST值最低，对污泥的脱水效果最好，后续污泥脱水实验参照最佳药剂加量来进行设计。

3.2 药剂对泥饼焚烧的影响

污泥不论是掺烧还是独立焚烧，污泥占比、含水率、污泥特性等对燃烧系统稳定性、锅炉效率、烟气处理系统会产生影响。研究表明污泥掺烧含水率要小于60%，污泥加入后随着掺入比例的增加，SO2、NOx、HCl和HF的排放浓度均有所增加[14]。因此本研究主要从泥饼含水率、泥饼硫含量、压滤水氯含量三个方面来考虑污泥焚烧，且本研究小型压滤机泥饼含水率为75%左右时，大型板框压滤机泥饼含水率可达到60%左右。

3.2.1 对泥饼含水率的影响

改变四种药剂加量，同时石灰与絮凝剂加量保持定值，压滤脱水后的泥饼含水率变化如图2所示。AS、PAC和PSAF在实验的药剂加量范围内，随着药剂加量的增加，泥饼含水率逐渐降低，均能降到75%以下，满足泥饼含水率的要求；而FeCl3在15%～45%药剂加量范围内，泥饼含水率在20%药剂加量时最低，为77.71%，达不到泥饼含水率的要求，而减少或增加药剂加量泥饼含水率都会升高。研究表明，石灰与FeCl3存在互补协同作用，需要增加石灰用量来降低泥饼含水率[15]，石灰含量高也会影响泥饼热值，不利于焚烧处理。AS、PAC、PSAF泥饼含水率满足要求时，对应药剂加量分别为≥20%、>55%、≥10%。

图2 药剂加量对泥饼含水率的影响

3.2.2 对泥饼硫含量的影响

对四种药剂脱水得到泥饼硫含量进行分析，得到的结果如图3所示。四种药剂中，PAC、FeCl3、PSAF均未增加泥饼硫含量，而AS调理压滤后泥饼硫含量升高，且随着AS药剂加量的增加泥饼硫含量也随之增加。分析是AS药剂中含有硫，加石灰和PAM调理压滤后可能形成不溶物残留在泥饼当中。泥饼焚烧随着入炉硫含量的增加，烟气中二氧化硫浓度和脱硫运行费用也随之增加[16]，产生的飞灰量也增多，因此采用AS脱水后的泥饼会对焚烧产生不利影响，具体的影响程度与药剂添加量、其他混合调理药剂种类、污泥掺烧比例等因素有关。

图3 药剂加量对泥饼硫含量的影响

3.2.3 对压滤水氯含量的影响

为了方便污泥运输，污泥脱水处置单元通常建在污水厂内部，污泥压滤过程产生的废水也是不经处理直接排入污水厂的。经过四种药剂处理后，污泥压滤出水的氯含量分析见图4。AS药剂相较于其他三种药剂，压滤出水中氯离子含量要低很多，因为药剂中不含氯。氯离子是易溶于水的离子，很容易从泥饼中随着压滤出水而跑出，从而增加水中氯离子含量。FeCl3在药剂加量20%时，氯离子含量为2713 mg/L，但当加量达到45%时，氯离子含量达到5058 mg/L。研究表明，废水中氯离子浓度大于2000 mg/L时，微生物的活性将受到抑制；大于5000 mg/L时，基本就没有微生物[17]。AS、PSAF在药剂加量分别为20%、10%时，压滤出水氯离子含量分别为430 mg/L、1353 mg/L，对水中微生物的影响不大，因此得到泥饼含水率较低时，对应药剂加量也不能太高。

图4 药剂加量对压滤水氯含量的影响

3.3 药剂对污泥脱水运行成本比较

在以上研究的基础上，分别计算吨污泥脱水处置的药剂成本(以泥饼含水率60%来折算)。AS在药剂加量20%时的处理成本约为144元/吨，PAC在药剂加量55%时的处理成本约为167元/吨，FeCl3在药剂加量20%时的处理成本约为64元/吨，PSAF在药剂加量10%时的处理成本约为88元/吨。综合考虑泥饼含水率、泥饼硫含量、处理污泥的吨药剂成本因素，得出PSAF是较合适的污泥脱水药剂，得到的泥饼适合焚烧处理。

4 结论

本研究选用的四种药剂，对于污泥脱水的影响，FeCl3脱水效果最差，其他三种在实验的药剂加量范围内效果差不多。采用AS药剂的泥饼硫含量升高，药剂中的硫在调理压滤后，形成不溶物残留在泥饼当中，会对污泥焚烧产生不利影响，具体的影响程度与药剂添加量、其他混合调理药剂种类、污泥掺烧比例等因素有关。本研究选用的四种药剂，综合考虑泥饼含水率、泥饼硫含量、处理污泥的吨药剂成本因素，PSAF是较合适的污泥脱水药剂，得到的泥饼适合焚烧处理。