粉煤灰及生物質對污泥脫水性能的影響試驗研究*

仇 元　李乾軍　張長飛　楊世龍　戴 榮　華冬梅

（皖能銅陵發電有限公司）?。暇┕こ虒W院環境工程學院)

粉煤灰及生物質對污泥脫水性能的影響試驗研究*

仇 元**李乾軍張長飛楊世龍戴 榮華冬梅

（皖能銅陵發電有限公司）（南京工程學院環境工程學院)

摘要在自制的壓濾裝置上，通過添加改性粉煤灰、木屑和不同粒徑秸稈，研究不同輔料及其添加量對污泥深度脫水的影響。研究結果表明，改性粉煤灰對污泥脫水效果最好，在添加量為4%時，污泥含水率降為53.6%；木屑效果次之，在添加量為10%時，污泥含水率為58.09%；粒徑相對較大的麥稈對污泥脫水促進效果不明顯。

關鍵詞污泥脫水粉煤灰脫水性能秸稈過濾壓濾裝置

城市污泥中有機物約占70%～80% （質量分數），低位干基熱值約14.9～18.2 MJ/kg[1]。將污泥制成燃料燃燒，不僅可以利用其有機成分、去除污泥中有機污染物及致病菌，還可以將部分重金屬離子沉積在灰渣中，減輕環境污染。城市污泥燃料化的優勢在于，可以在解決污泥處理難問題的同時，減緩燃料價格飚升所帶來的巨大壓力。日本的東京作為業界先驅，第一個采用了污泥炭化及其炭化物發電技術，利用這種污泥資源化技術可使該地區城市污泥的再利用和資源化率得到進一步提升[2]。美國某研究機構為解決污泥處置問題及發揮污泥的最大熱能，開發出了一種污泥合成燃料，用50%左右的干化污泥摻加一定量的石灰及水溶性有機粘結劑 (糖漿)制成成型燃料，可以在固定床或移動床爐中燃燒。清華大學的蔣建國[3-4]對污泥衍生燃料進行了一系列研究，將污泥和煤粉、鋸末、粉煤灰等制成固體成型燃料。天津城市建設學院文科軍、楊麗等[5-6]將城市生活垃圾、市政污泥和適量的輔料制成可燃固廢復合燃料。東南大學張長飛等也針對污泥燃料化技術進行了一系列研究[7-8]。

在當前各種污泥燃料化技術方案中，首先將污泥干化或半干化，較高的干化成本制約了該技術的發展。本文擬通過加入輔料如改性粉煤灰和生物質，改善污泥的深度脫水性能，將污泥深度脫水技術與燃料化技術相結合。

1　試驗裝置及試驗材料

自制的壓濾試驗裝置如圖1所示，該裝置由氮氣瓶、不銹鋼筒體、活塞、支架、電磁閥、濾布、多孔鐵餅等組成。

圖1　壓濾裝置

試驗材料為南京某生活污水廠脫水污泥 （含水率78%）、火電廠粉煤灰、木材加工廠木屑、小麥稈。試驗使用的藥劑為無水三氯化鐵、PAM及NaOH。

2　試驗結果

2.1最佳壓濾時間

在一定的壓力下，壓濾時間越長，泥餅的含水率就越低。隨著壓濾時間的增加，污泥的處理成本也不斷增加，所以確定合適的壓濾時間既影響著污泥含水率，也決定著污泥處理成本。為確定最佳的壓濾時間，分別取30 g污泥于5個250 mL燒杯中，標號為1～5。為了便于絮凝劑的混合，在污泥中加入一定量的水，將其配成含水率90%的泥漿。根據課題組前期關于復合絮凝劑研究成果，按標號分別加入 2% （按干污泥質量計）復合絮凝劑（FeCl3∶PAM=4∶1），混合均勻后在壓濾裝置上脫水，污泥含水率隨壓濾時間的變化如圖2所示。從圖2可以看出，隨著壓濾時間的增加，泥餅的含水率不斷降低，壓濾1.5 h時泥餅含水率降到56.46%，壓濾2 h后泥餅含水率僅降到56.36%，僅下降了0.1個百分點。這表明污泥脫水存在一個極限值，越接近這個極限值脫水越困難。繼續增加壓濾時間對污泥含水率影響不大，反而會增加污泥處理成本。所以，最佳壓濾時間選用1.5 h。

圖2　壓濾時間與含水率的關系

2.2改性粉煤灰添加量對污泥含水率的影響

由圖3可見，改性粉煤灰添加量從1%增至3%，泥餅含水率從56.69%降到55.1%，降低幅度不明顯。當添加量增加到4%時，泥餅含水率突降到53.6%，變化幅度較大。繼續增加改性粉煤灰的量，泥餅含水率反而上升。其原因可能是粉煤灰經堿改性后能夠很好地破壞玻璃體結構，使得玻璃體及光滑的球形顆粒形成多孔結構，表面更加粗糙，吸附能力更加強大[9]。在破壞玻璃體的同時釋放出更多的可溶性Al、Fe化合物，使其活性更高，電中和作用更強。因此改性粉煤灰通過其強大的吸附能力，電中和及吸附架橋作用，使得污泥中膠體顆粒迅速脫穩，并將其凝聚成更大的顆粒。同時，粉煤灰多孔結構起到一定的骨架作用，增加了濾層間的空隙，減小了水通過濾層的阻力。另一方面，改性粉煤灰顆粒粒徑小于污泥顆粒，部分粉煤灰顆粒進入到污泥顆粒間的間隙內，使得部分間隙水釋放出來，從而大大改善了污泥脫水性能。但當粉煤灰添加過多時，粉煤灰顆粒會堵塞濾層間的空隙，并使得污泥顆粒帶上同性電荷，因同性相斥作用使得凝聚起來的大顆粒又重新分散，脫水性能下降，泥餅含水率升高。因此改性粉煤灰最佳投加量為4%。

圖3　改性粉煤灰添加量與泥餅含水率的關系

2.3木屑添加量對泥餅含水率的影響

從圖4可以看出，木屑添加量從4%增加到10%時，泥餅含水率從61.54%降到58.09。繼續增加木屑的量，泥餅含水率反而上升。當木屑添加量為10%時泥餅含水率最低，為58.09%。

圖4　木屑添加量與泥餅含水率的關系

加入木屑粉末后，由于木屑粉末表面粗糙，比表面積較大，能夠將形成的較大顆粒污泥吸附在其表面，使得顆粒間的間隙再次增大，改善泥餅的脫水速度。因此初期加入木屑對脫水起積極作用。但干燥的木屑加進去后會吸收一部分水分，在壓濾過程中這部分水很難被脫除，這就導致木屑能夠加快污泥脫水速度，但泥餅含水率仍然很高。當木屑含量過多時，隨著濾層被壓縮，木屑顆粒會堵塞顆粒及濾層間的間隙，使得污泥脫水變得困難，且過多的木屑會吸收更多的水分，導致泥餅含水率不斷升高。

2.4不同粒徑秸稈對污泥脫水率的影響

如果教學內容要面向實際解決了“不是所有的知識都要進課堂”的問題，那么教學方法及評價方式以學生學會學習為旨歸則是著力解決“不是所有進課堂的知識都要教師講”的問題。通過改革試點，教師們更加深切地感到：無論選擇何種教法或評價辦法，不在于教與評的方法或形式有多么完美，而在于教與評的方法真正引起了學生思維的活躍與磨練，在于使學生始終處于學習的準備狀態，在于讓學生學會學習，真正的好方法或好形式就是把學習還給學生，讓學生成為學習的主人。

從圖5可以看出，3 mm秸稈、10 mm秸稈都能讓泥餅含水率在一定程度上下降，但兩者的含水率都在較高的含水率范圍內變化，總體上來說添加3 mm秸稈的泥餅含水率優于添加10 mm秸稈；添加3 mm秸稈其最低含水率添加量為12%，添加10 mm秸稈其最低含水率添加量為4%。

不論是添加3 mm秸稈還是10 mm秸稈，泥餅含水率高的原因，可能是干燥的秸稈添加到濕污泥中會吸收一部分水分，這部分水在密封壓濾裝置中難以被脫除。由于秸稈相對于木屑來說粒徑較大，比表面積較小，對污泥絮體起不到吸附及充當骨架的作用，因此秸稈對污泥脫水的促進作用有限，且秸桿添加過多還會堵塞濾層間的間隙，使得水分難以通過，導致泥餅含水率上升。

圖5　不同粒徑秸桿添加量與泥餅含水率的關系

3　結論

（1）污泥含水率隨壓濾時間增加而下降，但綜合考慮成本，壓濾時間選為1.5 h比較合適。

（2）改性粉煤灰對污泥脫水有較明顯的促進作用，當改性粉煤灰添加量為4%時，污泥含水率降為53.6%。

（3）木屑對污泥脫水有促進作用，當添加量為10%時，污泥含水率為58.09%。但是由于木屑本身吸水及過多的木屑會堵塞顆粒間及濾層間的通道，因此木屑過量反而不利于污泥的脫水。

（4）3 mm和10 mm粒徑麥稈對污泥脫水的促進作用不明顯，污泥總體含水率較高，這可能和秸稈本身較大、比表面積小、不能起吸附和充當骨架作用有關。

參考文獻

[2]崔玉波.環保信息 [J].環境工程,2006,18(1)：64.

[3]蔣建國，杜雪娟.城市污水廠污泥衍生燃料成型的研究 [J].中國環境科學，2008,28(10)：904-909.

[4]Jiang Jianguo,Du Xuejuan，et al.Study on the granulating characteristics of sewage sludge derived fuel[J].China Environment Science,2008,28(10)：904-909.

[5]楊麗，文科軍.城市生活垃圾、污泥和煤粉混合燃料熱值的研究 [J].環境工程學報，2008,2(9)：1239-1242.

[6]文科軍，吳麗萍，楊麗，等.可燃固廢復合燃料的燃燒、性能試驗研究 [J].環境科學與技術，2009,32 (11)：62-65.

[7]張長飛，葛仕福，趙培濤，等.污泥合成燃料的研制及燃燒特性研究 [J].環境科學學報，2011,31(1)：150-155.

[8]張長飛，葛仕福，趙培濤，等.污泥燃料化技術研究[J].環境工程，2010,28（增刊）：377-380.

[9]李陽，伍昌年.改性粉煤灰對剩余污泥脫水性能的研究 [J].安徽建筑工業學院學報，2012,20(5)：52-54.

*南京工程學院創新基金項目 （CKJB201217）；江蘇省大學生科技創新項目 （201211276304）。

**仇元，男，1987年生，工程師。銅陵市，244000。

中圖分類號TQ 028

收稿日期：（2013-10-15）

Experimental Study on the Effect of Coal Fly Ash and Biomass on Sludge Dewatering Performance

Qiu yuanLi QianjunZhang ChangfeiYang ShilongDai RongHua Dongmei

Abstract：By adding modified coal fly ash,sawdust and straws of different sizes,the influence of type and content of auxiliary material on the sludge dewatering performance was studied on a self-made pressure filter.The results showed that the modified coal fly ash was the best for sludge dewatering,when the content of it was 4%,the moisture content of sludge reduced to 53.6%.The sawdust also could accelerate the dewatering of sludge,when its content was 10%,the sludge moisture content was 58.09%.Because the size of straw was larger,it had no remarkable effect on sludge dewatering.

Key words：Sludge dewatering;Coal fly ash;Dewatering performance;Straw;Filtration;Pressure filter