氯化铁和石灰复合调理并不适用于高级厌氧消化污泥的深度脱水
稳定化是污泥处理的核心，基于高温热水解的污泥高级厌氧消化技术是目前国际上最先进的污泥稳定化技术之一。高级厌氧消化污泥含水率一般高达88%～92%，在处置前还需要进一步进行深度脱水处理。然而，高级厌氧消化处理后污泥的有机物含量、粒径分布、脱水性能等特性均会发生变化，因此，研究普通板框压滤设施是否适用于高级厌氧消化污泥的深度脱水，以及新增了高级厌氧消化环节后，已有脱水设备能否直接用于稳定化污泥的深度脱水，具有重要的应用价值。张辰（1964-），教授级高工，全国工程勘察设计大师，长期从事城镇给水排水工程设计和研究工作，主持亚洲最大的上海白龙港污水处理厂、上海石洞口污水处理厂、三峡库区最重要的环保工程重庆市鸡冠石污水处理厂等40余项重大工程和科研项目。高级厌氧消化污泥含水率一般高达88%~92%，而园林绿化、土地改良和混合填埋等处置方式对污泥含水率的要求分别为＜40%、＜65%和＜60%，消化污泥在处置前还需要进一步进行深度脱水处理。然而，高级厌氧消化处理后污泥的有机物含量、粒径分布、脱水性能等特性均会发生变化。毛细吸水时间（CST）和比阻（SRF）常用于表征污泥脱水性能。CST值越大，污泥的脱水性能越差。比阻值越大，污泥脱水性能越差：一般认为比阻在109～1010s2/g的污泥较难过滤，比阻在（0.5～0.9）×109s2/g的污泥过滤难度中等，比阻小于0.4×109s2/g的污泥容易过滤。 药剂种类和比例 | 毛细吸水时间（s） | 比阻（s2/g） |
高级厌氧消化前 | 高级厌氧消化后 | 高级厌氧消化前 | 高级厌氧消化后 |
不加药 | 97.1 | 337.0 | 4.95×109 | 无法检测 |
石灰15% | 23.8 | 173.9 | 6.10×108 | 3.10×109 |
石灰5%+PAM2‰ | 14.9 | 115.0 | 7.88×108 | 2.99×109 |
三氯化铁7%+PAM2‰ | 9.1 | 41.9 | 1.00×109 | 2.82×109 |
经过高级厌氧消化处理后污泥脱水性能变差。高级厌氧消化处理对污泥脱水性能的影响原因可能为：高级厌氧消化在工艺中增加了热水解预处理环节，热水解能从整体上大幅降低污泥的颗粒粒径；同时，对有机物的去除率也比普通厌氧消化大幅提高，对EPS的降解也相应更加彻底。随着EPS含量的减少，由 EPS 架桥形成的污泥絮体分解为较小的颗粒。污泥颗粒粒径减小，一方面会增加污泥比表面积和持水能力，影响污泥脱水性能；另一方面容易堵塞滤布孔隙，影响污泥脱水作业。向污泥中添加石灰有利于形成多孔网格骨架，使滤饼具有良好的渗透性以及较低的流体阻力。随着石灰投加比例的增加，污泥CST和比阻有所降低，但污仍然较大，污泥脱水性能较差。当石灰投加比例为15%时，板框压滤过程中出现了喷泥现象，泥饼未能成型；继续将石灰投加比例提高至30％，压滤效果仍然较差，进料时间长，泥饼不成型。这表明对于高级厌氧消化污泥，采用石灰单独调理难以实现板框压滤深度脱水。药剂种类和加药量 | CST（s） | 比阻（s2/g） |
不加药 | 337.0 | 无法检测 |
石灰5% | 262.1 | 无法检测 |
石灰10% | 173.9 | 7.84×109 |
石灰15% | 92.6 | 3.10×109 |
石灰22% | 258.4 | 4.95×109 |
石灰30% | 164.7 | 1.07×109 |
三氯化铁投加比例为6%~12%，石灰投加比例为10%~30%，调理后污泥过滤性能均较差，板框压滤后泥饼难以成型，即三氯化铁与石灰复合调理对于高级厌氧消化污泥脱水性能的改善作用欠佳。在PAM投加比例为2‰条件下，随着石灰投加比例的增加，污泥CST逐渐减小，当石灰投加比例达到22%以上时，污泥CST降至30s以内，比阻降至容易过滤的范围内。当石灰和PAM投加比例分别为22%和2‰时，脱水泥饼含水率可降低至52.4%。这表明利用石灰和PAM复合调理可实现高级厌氧消化污泥的板框压滤深度脱水。药剂种类和投加比例 | CST（s） | 比阻（s2/g） |
不加药 | 337 | 无法检测 |
石灰5%+PAM2‰ | 115 | 2.99×109 |
石灰10%+PAM2‰ | 111.8 | 2.55×109 |
石灰15%+PAM2‰ | 72.6 | 4.57×109 |
石灰22%+PAM2‰ | 25.6 | 6.69×108 |
石灰30%+PAM2‰ | 27.6 | 4.87×108 |
PAM投加比例为2‰，三氯化铁投加比例为6%~12%。当三氯化铁投加比例高于7%时，调理后污泥脱水性能良好。三氯化铁与PAM投加比例分别为7%和2‰，板框压滤脱水泥饼含水率可降低至57.4%，实现了深度脱水。然而，利用三氯化铁作为调理剂时，深度脱水泥饼中会残留有大量三氯化铁，氯离子的存在会腐蚀后续的焚烧设备、提高焚烧烟气二噁英浓度，不利于污泥处置方式的选择。而采用聚合硫酸铁作为调理剂时，泥饼中残留的总铁量比三氯化铁调理时减少44%，对污泥后续处置的影响小。表5 聚合硫酸铁和三氯化铁调理后脱水泥饼中总铁残留量检测项目 | 三氯化铁+PAM调理 脱水泥饼 | 聚合硫酸铁+PAM调理 脱水泥饼 |
含水率（%） | 57.4 | 55.0 |
总铁（mg/kg） | 2.78×104 | 1.56×104 |
对于高级厌氧消化污泥，采用石灰单独调理、石灰与铁盐复合调理均无法实现板框压滤深度脱水；而采用石灰与PAM复合调理、铁盐与PAM复合调理则可实现深度脱水，脱水泥饼含水率可降低至60%以下。三氯化铁与石灰复合调理是污泥深度脱水工程中应用最为普遍的化学调理方式，但此种调理方式并不适用于高级厌氧消化污泥的深度脱水。因此，已有深度脱水设施在处理高级厌氧消化污泥时，需要将调理方式调整为“铁盐/石灰+PAM”。本文根据“高级厌氧消化污泥深度脱水调理技术优化”整理，作者为上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司的张辰、谭学军、王磊和王逸贤，将于近期发表在《中国给水排水》“论述与研究”栏目。
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