造紙污泥深度脫水干化研究進展

王小聰 郭曉偉

(中國輕工業(yè)武漢設計工程有限責任公司，湖北武漢，430060)

造紙廢水處理的污泥量大，一般是同等規(guī)模市政污水處理廠的5～10倍。據(jù)調(diào)查，每年我國制漿造紙企業(yè)產(chǎn)生的污泥量500余萬t。目前，造紙污泥處理處置技術以填埋、堆肥、焚燒發(fā)電為主，還包括制造造紙?zhí)盍稀⒅圃旎钚蕴俊⑸a(chǎn)乙酸乙醇等其他利用技術［1］。污泥脫水可以有效降低需要處理、處置的污泥體積，是污泥減量化中最經(jīng)濟的一種方法，也是污泥最終處置 (焚燒、堆肥、填埋)必不可少的環(huán)節(jié)［2］。但對于常規(guī)污泥脫水方式，污泥的含水率依然高達78%～82%，難以達到填埋場土力學要求，也無法滿足污泥焚燒的熱值要求。因此，對造紙污泥進行深度脫水干化，降低污泥含水率，減小污泥體積和質(zhì)量，提高污泥熱值，顯得尤為重要。本文綜述了造紙污泥深度脫水干化的方法及研究進展情況。

1 造紙污泥的性質(zhì)

造紙廢水處理系統(tǒng)的污泥可分為初級污泥、二級污泥、三級污泥和混合污泥共4種。初級污泥由篩渣和大量無機填料組成，可形成比較硬的泥餅，易脫水，脫水后干度較高;二級污泥常稱為活性污泥，一般為采用生物化學的方法去除呈膠體狀態(tài)和溶解狀態(tài)的有機污染物，主要由蛋白質(zhì)組成，較難脫水;三級污泥主要為廢水深度處理過程中絮凝沉淀產(chǎn)生的污泥，很難脫水［3］;以上污泥混合之后的污泥稱為混合污泥。

造紙污泥中的水分主要有間隙水、毛細水、表面吸附水和內(nèi)部結合水4種，其中，間隙水和表面吸附水可以通過污泥濃縮處理去除;毛細水約占污泥中總含水量的15%～25%，必須借助機械作用力才能去除;內(nèi)部結合水是指包含在造紙污泥中微生物細胞體內(nèi)的水分，它的含量與污泥中微生物細胞體所占的比例有關。必須通過破壞細胞膜，使細胞液滲出才能去除，常規(guī)的機械脫水方法無法將其去除［4］。

2 造紙污泥調(diào)理

污泥調(diào)理是污泥濃縮或機械脫水前的預處理，其目的是改善污泥濃縮和脫水的性能，減小脫水時的阻力，以提高脫水設備的處理能力和處理效率。造紙污泥常采用化學調(diào)理，冷凍調(diào)理和熱調(diào)理也是當前污泥調(diào)理的熱點。

2.1 化學調(diào)理

造紙污泥的化學調(diào)理是在污泥中加入適量的絮凝劑、助凝劑等化學藥劑，使污泥顆粒絮凝，從而提高污泥的脫水性能。常用的有機高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺 (PAM)，無機絮凝劑有聚合氯化鋁(PAC)、聚硅酸鋁 (PASi)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)等［5］。與無機絮凝劑相比，有機高分子絮凝劑對有機物和無機物都有很好的凈化作用，同時具有用量少、成本低、毒性小、pH值適用范圍廣等優(yōu)點。由于化學調(diào)理操作簡單、效果好而成為比較常用的方法。

2.2 熱調(diào)理

污泥熱調(diào)理可破壞污泥持水結構，將結合水釋放出來。張林等人［6］以蒸汽熱調(diào)理方式對污泥進行處理，經(jīng)機械脫水后，污泥含水率由80%下降至50%，同時可對污泥實現(xiàn)殺菌和除臭。目前，該工藝在深圳市已得到應用。熱調(diào)理可明顯改善污泥脫水性能，不需加藥，可殺死病原菌，但能耗較高。

2.3 冷凍調(diào)理

冷凍調(diào)理可改變污泥的性狀，冷凍后污泥顆粒間內(nèi)部結合水和間隙水被排出。吳春篤等人［7］研究了冷凍調(diào)理對造紙廠Fenton氧化單元產(chǎn)生的化學污泥沉降及脫水性能的影響，發(fā)現(xiàn)冷凍調(diào)理時間為9 h時，造紙污泥在35 min內(nèi)的沉降率達到80%以上，在45～50 kPa真空度下抽濾10 min后泥餅的含水率約為61%，比沒有經(jīng)過冷凍調(diào)理的污泥泥餅含水率低17%。冷凍調(diào)理能耗較熱調(diào)理低，同時處理過程中有機物不會分解，無需對分離液進行二次處理，但是冷凍調(diào)理時間較長，過程緩慢。

3 造紙污泥脫水

3.1 帶式壓濾脫水

帶式壓濾機可用于各種污泥脫水，其連續(xù)生產(chǎn)性好、自動化程度高、生產(chǎn)能力大，占地面積小，在污泥脫水中應用較為廣泛。但是在造紙污泥脫水中存在一些問題，主要表現(xiàn)在:①壓濾機出來的泥餅含水率波動大，達不到設計要求。②壓濾機兩側(cè)跑泥嚴重。③濾液濁度大［8］。④泥餅含水率高，增加了后續(xù)處理的負擔。因此，目前帶式壓濾機在造紙污泥脫水中應用呈減少趨勢。

3.2 板框壓濾脫水

板框式壓濾機是通過板框的擠壓，使污泥中的水通過濾布排出，達到脫水目的。一般板框式壓濾機與其他類型脫水機相比，泥餅含固率最高，可達35%以上。通常板框式壓濾機為間歇式運行。而現(xiàn)在可通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)全自動方式，其壓濾、濾板的移動、濾布的振蕩、壓縮空氣的提供、濾布的沖洗、進料等操作均可通過PLC遠端控制來完成，不僅可實現(xiàn)連續(xù)運行，同時可大大減輕工人的勞動強度。江西晨鳴紙業(yè)采用4臺板框式壓濾機對造紙污泥進行深度脫水處理，目前已投入運行，運行效果良好。

3.3 螺旋壓濾機脫水

螺旋壓濾機是利用物料在螺旋旋轉(zhuǎn)葉片推動下沿軸向前進，前進過程中物料受變化的螺距和調(diào)節(jié)檔板的作用，形成巨大的擠壓力，使物料在外力作用下進行機械脫水。螺旋壓濾機結構簡單，處理量大，占地面積小，運行維護簡單，產(chǎn)生的泥餅干度約為50%～55%，從工業(yè)發(fā)達國家制漿造紙廢水處理廠選用的脫水設備上看，螺旋壓濾機有逐步取代帶式壓濾機的趨勢［9］。

3.4 新型脫水設備

電滲透脫水技術是一種可以對污泥進行深度脫水的新興技術，通過對污泥施加電壓，在電場的驅(qū)動下實現(xiàn)泥水分離，達到減少污泥體積、利于隨后的處理和處置的目的。在整個過程中，物料不升溫，調(diào)節(jié)物塊形狀可以提高脫水的速率和效率，升高所施加電場的電壓，可有效地提高電滲透脫水速率［4］。董立文等人［10］研究了造紙污泥的電滲透脫水效果，結果表明，電滲透脫水技術可以顯著降低造紙污泥的含水率，當污泥含水率降至60%時，所需要的能耗為0.14～0.28 kWh/kg去除水。電滲透脫水存在陽極電極消耗、污泥在電化學作用下可能發(fā)生分解的現(xiàn)象。

太陽紙業(yè)采用華章科技有限公司研制的DY2500 PQ型半干化帶式壓榨機對黃泥進行脫水，處理后污泥干度可達到53%，大幅降低了污泥的體積和含水率［11］。應廣東等人［2］采用 DY2500 PQ 型半干化帶式壓濾機對草漿制漿沉淀污泥和脫墨污泥進行脫水實驗，出泥干度均達到50%以上。

3.5 污泥脫水設備比較

各種污泥脫水機比較情況見表1。

表1 造紙污泥脫水設備經(jīng)濟技術比較表

4 造紙污泥干化

4.1 鍋爐煙氣余熱干化

目前，帶式壓濾機、板框式壓濾機、螺旋壓濾機等，其脫水后污泥干度為25%～50%，有的螺旋擠壓濾機污泥干度最高可達60%，通過煙氣干化的造紙污泥最佳干度可達到70% ～75%。滕敬彥等人［12］利用熱電廠煙氣余熱干化污泥，煙氣溫度110～145℃，污泥含水率明顯降低，污泥的體積大幅減小，并形成質(zhì)地堅硬的污泥團粒。目前，該技術已應用于山東宏河紙業(yè)利用煙氣余熱污泥焚燒項目、山東銀河紙業(yè)污泥制肥項目，使用效果良好。

4.2 太陽能干化

太陽能是一種清潔、安全、廉價、可再生的綠色能源，利用太陽能對污泥進行干化處理具有節(jié)能降耗和減碳的現(xiàn)實意義。其處理過程是將污泥攤置到由級配碎石鋪墊的干化場上，通過蒸發(fā)、滲透和清液溢流等方式，實現(xiàn)脫水干化。解清杰等人［13］以海南省某紙漿企業(yè)的造紙污泥進行太陽能干化處理，采用溫室型太陽能干化工藝，污泥含水率為80%，經(jīng)處理后可獲得干度40%～50%的干化污泥。該處理方式投資低、成本低、干化效果好，但占地面積大，容易孳生蚊蠅、散發(fā)臭氣［14］。

4.3 生物干化

污泥生物干化是指在生物活動產(chǎn)生的較高溫度條件下，對脫水污泥中的有機物進行生物降解，同時加快污泥中的水分散失，最終生成具有較低含水率的干化污泥［15］。陳清林等人［16］研究了造紙污泥生物干化特性及其影響因素，在最優(yōu)工藝條件下，能夠?qū)⒃旒埼勰嗪视?4.4%降低到50%左右，生物干化效果顯著。污泥生物干化投資少，運行費用低，但是干化周期長，對溫度、調(diào)理劑、通風等條件因素要求嚴格［17］。

5 結語

造紙污泥是一種很有利用價值的潛在資源，世界上許多國家都在大力發(fā)展污泥處理處置和利用的各種技術，而這些技術都對污泥的含水率提出了嚴格的要求。在造紙污泥深度脫水干化方案選擇時應注意以下兩點:

(1)污泥性質(zhì)、調(diào)理、脫水設備及干化方式對于造紙污泥深度脫水干化過程是四位一體的，必須統(tǒng)籌考慮。

(2)一種有效的污泥脫水、干化方法，應當兼顧到環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益，盡量走資源化的道路，減少對環(huán)境的影響，避免形成二次污染。

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