摘 要：污泥调质深度脱水工艺是一种纯机械式的脱水工艺。该工艺的关键技术在于前期对污泥进行物理和化学调质，提高污泥的脱水性能。本文以上海松江西部水环境净化有限公司污泥深度脱水工程为例，对污泥调质+板框压滤脱水技术进行阐述，从实际临时应急工程运行及施工中累计经验，并运用到在建项目，提出相应的污泥调质+板框压滤脱水工艺，为类似工程提供参考。污泥调质的性能参数-污泥比阻。

关键词：污泥脱水；污泥调质；污泥比阻；多元调质深度脱水工艺

Sludge conditioning and deep dewatering of diaphragm frames

Sun Jinfeng

Shanghai Songjiang Jiangxi Water Purification Co.， Ltd.

Abstract： The sludge dewatering depth dewatering process is a purely mechanical dewatering process. The key technology of this process is to physically and chemically modify the sludge and improve the dewatering performance of the sludge. In this paper， the sludge deep dewatering project of the Songjiang West Water Environment Purification Co.， Ltd. is taken as an example to illustrate the sludge conditioning and plate and frame filter dewatering technology. The accumulated experience from the actual temporary emergency project operation and construction is applied to the construction. Project， put forward the corresponding sludge conditioning + plate and frame filtration dewatering process， to provide a reference for similar projects. Sludge conditioning performance parameters - sludge specific resistance.

Key words： sludge dewatering； sludge conditioning； sludge specific resistance；

污泥深度脱水目的是把污泥的含水率降到60%以下，使它的低位热值直接满足锅炉焚烧和填埋的要求。目前市场上出现很多污泥深度脱水工艺，有蒸汽干化、烟气干化、厌氧发酵、螺旋压榨、自然风化等。不同工艺成本尽不相同。本文的污泥调质深度脱水工艺是一种纯机械式的脱水工艺，成本相对其它工艺要低，环境效益明显。

近年来 ，随着国家的发展人民生活水平的提高，国家对环境污染和水污染问题重视程度日益提高，我国污水处理工程建设进人快速发展阶段。随着污水厂污水处理能力的不断提高，相应产生污泥的量逐年增加，对污泥的妥善处置关注度不断提高。根据国家相关部门出台GB/T 23485-2009《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》，要求填埋场混合填埋污泥含水率≤60%。而现如今我国使用最传统最广泛的是离心机和带式机进行污泥脱水，但他们产生的泥饼含水率一般只能达到80%左右，因此，需采取深度脱水工艺进行污泥处理，力求降低泥饼含水率。通过本公司临时应急工程污泥调理+板框压滤脱水后，泥饼含水率可达60%以下。本文结合上海松江西部水环境净化有限公司污泥深度脱水工程的建设实践，介绍其污泥深度脱水工艺设计方案，并对常规的污泥调理设计方法进行优化。

1、上海松江西部水环境净化有限公司污水处理概述

上海松江西部水环境净化有限公司污水处理设计规模为10万m3/d，日产出污泥为 20tDS/d。原泥含水率为 98%，日产原泥量为 1000m3/d。污水处理工艺流程见下图：

污泥深度脱水的目的是为了脱去污泥中的水分，而污泥与水分子的结合有三种形态：

①.自由态的水：可经重力沉淀和机械脱水去除。

②.物理性结合水：须更多能量去除，包括毛细管/间隙水，胶态/表面吸附水。

③.化学性结合水：只有打破化学健才能去除，被称为“平衡水”，包括细胞内的水和分子水。

为了改善污泥的脱水性能，必须对污泥进行前期的处理，即我们所说的“污泥调质”。 在污泥脱水前把污泥进行调质，改变污泥粒子的物化性质，破坏其胶体结构，降低其与水的亲和力，从而改善污泥的脱水性能。衡量污泥脱水性能指标：脱水性能系指污泥脱水的难易程度。不同种类的污泥，其脱水性能不同；即使同一种类的污泥，其脱水性能也因厂而异。目前衡量污泥脱水性能的指标主要有二个，一个是污泥的比阻（R），另一个是污泥的毛细吸水时间（CST）。我们所用的检测手段是测量是污泥的比阻（R）。

本项目污泥采用多元调质深度脱水工艺，其基本原理是首先对来料湿污泥进行物理调质和化学调质，去除更多的游离态的水，同时降低污泥中结合水（毛细水）存在的比例，使污泥比阻下降到1.5×1011m/kg，满足后续的脱水指标。再通过改良后的污泥脱水设备进行脱水，从而使污泥的含水率降低到50%以下，可以直接用于焚燒处置。

根据本污水厂污泥性质及临时应急工程实际运行情况，设计采用调理剂调理+板框压滤脱水工艺进行污泥处理，其工业流程见下图：

2.污泥调质工艺特点：

目前，较常用的污泥调理剂有PAM、三氯化铁、聚铁、石灰、生物质等。结合临时应急工程污泥调试摸索的结果，考虑现污泥均采用焚烧或填埋处理，添加石灰影响污泥热值且运行环境较差；添加三氯化铁氯离子对焚烧炉腐蚀比较严重，易产生二噁英污染大气。

以下是对投加不同的调理剂对污泥CST和比阻影响的实验数据。原始污泥来源是松江西部水环境净化有限公司储泥池的污泥。

2.1加入生物质

加入生物质（工业废角料）可降低污泥压缩性系数，污泥压缩性系数高的污泥在过滤压力下，泥饼会变形，导致毛细管管径缩小，水分不易通过，物理性结合水就难以去除。向污泥中投加生物质（无机物质）后，由于物质本身外形的不规则性和不同的抗压性等原因降低了污泥比阻，改善了污泥脱水性能。这些物资在泥饼形成过程中如同泥饼的骨架，在增加污泥脱水性能的同时，也增加泥饼的硬度，使泥饼易于从滤布上剥落。

2.2加入石灰

2.2.1石灰的调质原理：

将污泥与细石灰均匀混合，石灰与污泥中所含的水分发生如下反应：

CaO+H2O->Ca（OH）2+热量Ca（OH）2+CO2->CaCO3+H2O+热量

由以上的反应式可以知道：

（1）由于反应生成碱性物质Ca（OH）2的作用致使污泥中的pH值增高，使污泥的胶质粘性链断裂分解。稳定污泥的性质同时起到杀菌的作用，从而使菌体分解，实现脱水。

（2）由于反应放热导致污泥温度升高，可以蒸发部分的水分。

（3）反应生成物中结合了部分游离水，同时由于放热反应，一部分游离的水被蒸发。

（4）改变污泥性质：由于清园污水厂的污泥和外来污泥前期混凝沉淀都用了铝盐混凝剂，污泥中含有大量的铝成分。污泥和石灰反应后，污泥由铝粘土变成了钙粘土，污泥中钙—粘土粒子容易相互聚合成团粒，生成聚合状土团粒（3CaO？Al2O3？3CaSO4？32H2O），这些聚合状土团粒呈坚固的針状，在板框中易于脱水。在污泥中加入一定量的CaO后，使污泥结构发生了变化，大幅度降低了污泥比阻，改善了脱水性能。

（5）通过反应生成碱性物质Ca（OH）2致使污泥中的pH值增高，一方面起到了杀菌无害化作用，降低粪大肠菌群个数。另一方面，由于pH值升高，混凝沉淀污泥中含有大量的Al（OH）3 ，利用其酸碱两性，加入石灰生成Ca（OH）2使其溶解，减少了结合水。

2.3加入有机絮凝剂（PAM）对污泥进行化学调质降低污泥比阻

本项目采用阳离子型聚丙烯酰胺，投加量视污泥比阻值适时调整。其作用机理包括两个方面：一是其分子上带的正电荷的能中和污泥胶体颗粒所带的负电荷，使之脱稳；二是利用其高分子的长链条作用把许多细小污泥颗粒吸附并 缠结在一起，结成较大的颗粒。前一作用称为压缩双电层，后一作用称为吸附架桥。

加入10%生物质、0.1%PAM和不同量的石灰对“污泥比阻”的关系（曲线比较）

原始污泥的含固率：10.57% ，投加石灰0%，5%，10%，20%的数据：

3. 污泥调质工艺对比说明：

污泥调质是污泥脱水的重要组成部分，调质的成功与否直接影响着污泥的脱水效果，污泥调质的作用是在化学药剂的作用下，改变污泥颗粒在水中的胶体状态，通过混凝剂电荷中和、吸附架桥和卷扫等作用，使污泥由小颗粒凝聚成大颗粒，排出污泥胶体包裹的自由水和部分结合水，改变污泥的脱水性能，为后续的过滤做好准备。

3.1 生石灰+FeCl3调理工艺

在生石灰+FeCl3调理工艺中，生石灰可提高pH值，促进混凝剂水解，加强混凝剂（FeCl3）的混凝作用；生石灰中钙离子与污泥中的腐植酸可形成多网格的骨架结构，使泥饼在挤压过程中仍保持良好的透水性，增强污泥的脱水效果。钙离子同时具有破坏细胞壁和酶的作用，促使细胞水得以释放，同时达到杀菌的作用。因此，生石灰的投加可以有效降低污泥比阻，提高污泥机械脱水性能。

生石灰+ FeCl3调理工艺中，每吨绝干污泥生石灰投加量约300kg，因此，实际最终产出干污泥比处理前增量约30%。有悖于污泥处理处置中污泥减量的原则。同时调质过程用到的生石灰为250目以下粉剂及其容易吸水受潮，在运输、投加过程中极其容易造成粉尘污染、管道阻塞等次生危害。对于后续污泥处置方面，因调质过程中投加了大量Ca以及Cl成分，如果污泥最终处置以焚烧为方向，Ca的大量存在将导致炉灰大量增加，Cl在高温燃烧过程中产生的有害酸性气体将对锅炉产生腐蚀，不利于设备运行安全。因此经过该工艺处理的污泥后续只能用于填埋处置，而且增加了干污泥的外运的运输成本。生石灰+FeCl3工艺在现在大部分新建污泥深度脱水设施中都不采用，是一种落后的淘汰的工艺技术。

3.2 阳离子PAM+聚铁盐工艺

阳离子PAM+聚铁盐工艺中，有机高分子絮凝剂的优点在于它较无机高分子絮凝剂具有分子质量高、产品稳定性好，及吸附架桥能力强、具有多个官能团、絮凝效果好、适用范围广、投药量少、产生的污泥量少、形成的絮体过滤性好等优点，因而得到越来越广泛的应用。阳离子型的PAM可通过吸附电中和及吸附架桥两种作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳而得到去除，具有良好的除浊、脱色等功能，本方案采用的PAM乳液母液具有纯度高，可溶性好，分散快等特点，特别适市政污泥脱水处理。

阳离子PAM+聚铁盐工艺中吨绝干污泥投加药剂比例为8‰，投加量少，污泥脱水过程中不会产生污泥增量的问题。因为药剂母液为桶装液体，运输、稀释制备、投加过程中不会产生粉尘等次生污染，也不会造成管路阻塞、结垢等故障。能够有效降低设备设施的维护成本。工艺中用到的聚铁盐因为不含有对于Cl等可能会对炉膛产生危害的成分，因而脱水污泥后续可以用来进行焚烧处理。经过本工艺处理的干污泥对于后续污泥处置，无论是填埋或者焚烧都不会产生影响，而且由于污泥不会产生增量，运输成本也得到极大的降低。因此阳离子PAM+聚铁盐工艺是一种现行相对经济有效的污泥调理处理方案。

3.3 数据分析案例

2013年12月，上海环境卫生工程设计院环境监测中心对松江水务的污水厂的常规深度脱水污泥和药剂替换后的试验样品分别取样进行了元素分析和热值分析，具体检测结果如下。

根据上表检测数据可知，由于常规深度脱水时添加了石灰和FeCl3，因此，元素分析中Cl的含量相对较高，干基高位热值为8856kj/kg，较为添加药剂的常规污泥热值11500 kj/kg偏低。而采用其他药剂的深度脱水污泥Ca、Cl的含量较常规药剂有所下降，干基高位热值略有提高，但仍低于常规未添加过药剂的污泥的热值。

根据CJ/T313-2009，不同含水率下熱值计算公式，可以得出不同含水率情况下污泥低位热值，如表2-7所示：

根据上表所示数据，常规深度脱水污泥含水率60%，热值436kcal/kg左右，若直接进行焚烧不能自持焚烧且增加后序烟气处理难度。本工程污泥经蒸汽干化至含水率≤40%热值在1000kcal/kg左右，从焚烧经济性和工艺可行性方面考虑性价比是比较高的。

通过实验室的小试和中试数据及生产应用效果分析，综合考虑各方因素本项目选择投加PAM+聚合硫酸铁作为污泥调质工艺。此调质工艺无论在成本和环境效益方面有很大优势，值的大力推广。同时给难处理的生物污泥的处置提供了很好的解决方案。该工艺还为污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化处置提供了技术保障。

4、调试运行

污泥脱水的难易，除与水份在污泥中的存在形式有关外，还与污泥颗粒的大小，污泥比阻和有机物含量有关，污泥颗粒越细、有机物含量越高、污泥比阻越大，其脱水的难度就越大，调理剂用量越大。

通过不同药剂投加量调试试运行寻找最适合调理剂用量，其效果见下图所示1（铁盐、PAM用量均为投加绝干比例），通过图1寻找到大概调理剂用量铁盐最佳投加量绝干比为29%，PAM乳液最佳投加量绝干比为5‰。

在图1调理剂用量基础上寻找最佳调理剂投加量。选择PAM投加量为污泥绝干量的5‰，铁盐投加量逐步提高，得出最佳铁盐投加量为污泥绝干量的30%，调试效果见图2。

在图2调理剂用量基础上寻找最佳调理剂投加量。选择铁盐投加量为污泥绝干量的30%，PAM投加量逐步提高，得出最佳铁盐投加量为污泥绝干量的5‰，调试效果见图3。

通过调试试运行，通过本工艺进行本公司污泥进行深度脱水，生产泥饼均能保证含水率≤60%，符合国家填满及焚烧相关要求。

5、结论

污泥调质+板框机深度脱水技术适用于市政污泥进行深度脱水，在污泥性质类似项目均可考虑该工艺进行污泥的深度，但需对调理剂、投加量及投加时间和顺序进行相应的调整。

参考文献：

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[2]相宁，靳长青. 板框式污泥脱水系统在宁波毛家坪水厂的应用. 甘肃科技纵横， 2014，43（6）：39—42

[3]上海市松江区污水处理系统及污泥处理处置专业规划（在编）. 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，

[4]上海松江西部水环境净化有限公司污泥脱水系统改造工程 设计施工图. 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，2012

作者简介：

孙金凤，女，籍贯：上海，上海松江西部水环境净化有限公司，项目办副主任，大学，污水处理。