團隊成員在工廠進行大生產(chǎn)試驗□ 晏永祥 文/圖
高有機質污泥是指污泥中有機質含量高于50%的污泥，其主要特性是含水率高（可高達99%以上），有機物含量高，容易腐化發(fā)臭。污泥中有機質含量越高，其多糖、蛋白質和菌膠團含量越高，污泥黏性也越強，越難脫水處理，但其熱值也越高，越有利于焚燒和資源化利用，經(jīng)濟價值也越高。焚燒處置能徹底解決高有機質污泥的無害化和資源化利用問題，也是國內(nèi)外普遍認可的污泥有效處置方法，難點是高有機質污泥黏性強，深度脫水難，脫水成本高。研究團隊針對高有機質污泥的特點進行研究，攻克了其脫水難題并初步實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
高有機質污泥的特點
高有機質污泥具有如下特點：含水率高，其水分包括自由水、毛細結合水、表面吸附水和細胞內(nèi)部水；細菌和其他微生物組成的菌膠團、多糖、脂肪和蛋白質膠體含量高，超過污泥總質量的50%；細菌內(nèi)存在較多的脂肪和蛋白質水解物；多糖、脂肪和蛋白質膠體受熱易變性；多糖、脂肪和蛋白質膠體酸性條件下易水解；無機顆粒、細菌和其他微生物組成的菌膠團等都是帶負電的物質；污泥中含有的大量微生物和蛋白質，容易導致腐敗發(fā)臭。
高有機質污泥調理藥劑開發(fā)
目前，用于污泥脫水調理的化學藥劑包括無機藥劑和有機藥劑兩大類，無機藥劑主要是氯化鐵、聚氯化鋁、聚氯化鋁鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵等、無機混凝助劑，如石灰、煤灰、煤粉和硅藻土等，有機藥劑主要是聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯亞胺、聚胺和聚丙烯酰胺等。高有機質污泥難調理脫水，有機質含量越高越難調理，能否破解這個問題，是實現(xiàn)高有機質污泥深度脫水的關鍵。
為了解決這個問題，研究團隊對傳統(tǒng)污泥調理藥劑進行優(yōu)化和改造，在藥劑中增加了降解多糖、脂肪和蛋白質膠體的成分，提高藥劑的混凝能力，開發(fā)出新一代有機、無機復合物HQ系列污泥調理藥劑。
實踐表明，HQ系列污泥調理藥劑用量只需要傳統(tǒng)無機藥劑用量的20%~40%，可將脫水污泥含水率直接降低到45%以下。今年7月份，研究團隊在江西南昌洪城環(huán)境(8.780, 0.00, 0.00%)城北和城東兩個大型污水處理廠進行了大生產(chǎn)試驗，試驗過程中使用這兩個廠的壓濾機，沒有改變他們的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)條件，只是用團隊開發(fā)的高效污泥調理劑HQ220替代原來的藥劑生產(chǎn)，其中城北污水處理廠原來用聚氯化鋁和聚丙烯酰胺組合進行調理，城東污水處理廠原來用聚合硫酸鐵和聚丙烯酰胺組合進行調理，原來他們的脫水污泥含水率都為60%左右，切換藥劑生產(chǎn)后，城東和城北廠污泥含水率都達到45%以下，分別降到了42%和43%，是該廠投產(chǎn)以來所有供應商大生產(chǎn)試驗污泥含水率最低的一個。
污泥脫水處理工藝及設備開發(fā)
采用化學調理是目前國內(nèi)較為主流的處理工藝，在污泥中加入適量的化學調理藥劑，使污泥顆粒絮凝，從而提高污泥的脫水性能。
目前，工業(yè)上污泥化學調理大多是這樣處理的，先用疊螺機對污泥進行濃縮，將污泥濃度從99%濃縮到95%左右，然后加入污泥調理劑進行間歇調理，即分批次進行調理，每次調理50m3到500m3不等，所用到的污泥調理設備為帶攪拌的50m3到500m3不等的污泥調理池。這樣處理存在的問題是污泥濃縮為連續(xù)進行，污泥調理為間歇進行，且由于污泥調理池體積較大，污泥與調理藥劑混合不充分，經(jīng)常出現(xiàn)污泥調理不好的現(xiàn)象。另外，由于池底抽不干凈，每次調理污泥都會有20%左右的污泥進行了重復調理，這樣既浪費了藥劑，又降低的調理設備產(chǎn)能。為此，研究團隊開發(fā)了污泥連續(xù)濃縮和連續(xù)調理工藝，即濃縮后的污泥直接進入我們開發(fā)的污泥連續(xù)調理設備調理，不需要分批調理，由于污泥調理設備體積小，污泥與藥劑混合充分，污泥調理效率高，解決了長期以來污泥間歇調理造成的污泥調理效率低和污泥重復調理的問題，污泥連續(xù)調理可以實現(xiàn)自動化管理，相同污泥處理系統(tǒng)，污泥調理效率可提高30%以上，藥劑用量可減少10%。
國內(nèi)外運用較多的脫水設備主要有帶式壓濾機，板框壓濾機和螺旋壓濾脫水機，都有著各自的優(yōu)點和缺點。我們的研究選用了壓榨壓力為2.0MPa的隔膜板框壓濾機，實驗室所用壓濾機為0.5m2，產(chǎn)業(yè)化研究壓濾機為100m2。
污泥深度脫水處理技術產(chǎn)業(yè)化合作
湖南國禎環(huán)保科技有限責任公司是安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司的子公司。該公司在全國管理運營不同工藝的污水處理廠100多座，運營規(guī)模400多萬噸/日。2021年3月，長沙理工大學與湖南國禎環(huán)�？萍加邢挢熑喂竞献鳎_發(fā)污泥深度脫水產(chǎn)業(yè)化技術。目前，第一個污泥脫水示范項目已在湖南國禎環(huán)�？萍加邢挢熑喂竞怅柨h污水處理廠建成投產(chǎn)，該項目為技術改造項目，采用污泥濃縮與連續(xù)調理工藝替代原來的間歇調理工藝，壓濾機為3臺山東景津壓濾機廠生產(chǎn)的隔膜板框壓濾機，最高壓力為2.0MPa，改造后，項目一次試車成功。
衡山縣污水處理廠，原來用氯化鐵和石灰作為污泥調理劑，污泥調理采用間歇調理工藝，車間地面經(jīng)常有白色的石灰粉末，風一吹車間設備都變成白色的了，車間工人需要戴上口罩工作，生產(chǎn)車間污染嚴重，生產(chǎn)時石灰投加量大，噸泥藥劑成本高達400元以上，項目改造后，污泥調理采用連續(xù)調理，該項目使用污泥調理劑HQ220，噸泥藥劑用量僅需要60kg，噸泥藥劑成本不到200元，污泥含水率達到50%以下，最低含水率可達42%，新工藝與原來生產(chǎn)工藝對比，不僅提高了污泥調理效率和調理質量，減少了藥劑用量，還將壓濾機一周期工作時間從原來的5個多小時縮短到3小時，污泥產(chǎn)量提高了30%，明顯降低了設備的運行費用，電費統(tǒng)計每噸泥耗電由原來的80多度降低到50度。
晏永祥教授及其團隊，創(chuàng)新研發(fā)出的復合污泥無氯調理劑和污泥濃縮與連續(xù)調理工藝，突破了污泥處理與處置難點，能處理高脫水率市政污泥，通過壓濾機直接將污泥脫水至含水率50%以下，最低達到40%，直接用于污泥焚燒處理。該技術提高了污泥調理效率，使壓濾機工作效率提高了30%，降低了污泥處理處置成本，在實現(xiàn)污泥處理無害化推進資源化方面作出了積極貢獻。未來，隨著人們對生態(tài)環(huán)境要求的提高，水污染防治和污泥脫水處理處置的要求將越來越高，晏永祥教授及其團隊聚焦于污水深度處理和污泥脫水處置等重點難點問題，持續(xù)耕耘于科研一線，將為守護祖國綠水青山貢獻更多力量。
（作者單位：湖南碧匯泉環(huán)�？萍加邢薰荆�
