超磁分離污泥脫水性能影響因素的研究

文_黃光華 王哲曉 吉青青 易洋 肖波 環能科技股份有限公司

1 超磁分離技術簡介

普通水體中懸浮物不帶磁性，超磁分離技術是通過向污染水體中投加磁種介質，同時投加絮凝劑和助凝劑形成磁性絮團，使水體中不帶磁性的懸浮物賦予磁性，然后通過超磁分離機進行固液分離，快速實現泥水分離，從而達到對水體的超高速凈化處理。另外，水體中分離出來的泥渣經磁種回收系統分散后實現磁種與泥渣的分離，回收的磁種進入下一個循環使用過程。該技術具有處理水量大、凈化時間短、占地面積少、排泥濃度高等特點，對廢水中懸浮物、總磷和重金屬等污染物去除率高達90%以上，是一種優于傳統沉淀技術的新興水處理技術。

2 超磁分離污泥脫水性能研究

超磁分離技術中磁種作為一種載體，通過絮團分散機將收集的磁性絮團中污泥和磁種進行解絮分散，并通過磁分離磁鼓實現磁種的循環回收利用。磁種回收率高達98%，未回收的磁種主要流失在污泥中，由于污泥中含有少量磁種，因此有必要對超磁分離排泥的脫水性能進行研究。

2.1 進水懸浮物對超磁分離排泥含水率的影響

圖1 進水懸浮物對排泥含水率的影響

對成都某污水處理站的超磁分離系統進行連續取樣檢測分析其進水懸浮物對排泥濃度的影響。由圖1可知，當進水懸浮物從80mg/L增加到1500mg/L時，超磁分離排泥的含水率從98%降至95%，表明進水懸浮物濃度越高，超磁分離后排出的污泥含水率越低。

2.2 不同廢水超磁排泥比阻的關系

污泥比阻(Specific Resistance of Filtration，SRF)作為污泥脫水性能一個重要的評價指標，通過測定超磁分離技術處理不同廢水的排泥比阻對比分析其污泥脫水性能。選取不同廢水水質情況下的超磁排泥進行比阻測定，污泥比阻值情況如表1所示。根據表1可知，超磁分離產生的污泥比阻小于常規生活污水處理廠的污泥比阻2×1014～3×1014m/kg，因此超磁分離產生的污泥更容易脫水，從不同廢水性質看煤礦廢水與石材廢水污泥比阻更低，這是煤礦廢水和石材廢水中無機物比重大的原因。

表1 污泥比阻值表 /(m/kg)

由于超磁分離采用永磁磁場進行吸附分離，有研究資料表明磁場的作用可以改善污泥脫水性；李帥等的研究表明，在磁場的作用下能夠降低污泥的比阻，改善脫水性能。這說明超磁分離磁場能夠改善污泥的脫水性能。

2.3 不同調質藥劑對超磁污泥脫水性能影響

由上述試驗結果表明磁場作用能降低污泥的比阻，從而改善其脫水性能，但是磁化作用有限，污泥脫水仍需要投加調質藥劑進行污泥調質。由于污水成分復雜，污水特性差異變化大，常用的調質藥劑為聚丙烯酰胺（PAM）。通過采用PAM藥劑進行污泥調質脫水試驗，對比分析不同類型PAM對污泥脫水性能的影響，并選出最佳污泥調質藥劑。不同PAM調質后脫水污泥含水率如圖2所示。在同一污泥進料情況下，采用不同離子的PAM進行對比試驗，試驗結果表明采用陽離子PAM投加4.0kg/t Ds（干固體）時污泥含水率＜80%，而陰離子、非離子、兩性離子均不能滿足污泥含水率＜80%的要求。由此看出選用的污泥調質藥劑陽離子PAM最好，兩性PAM次之，非離子PAM較差，陰離子PAM最差。

圖2 不同PAM調質后脫水污泥含水率

2.4 陽離子PAM的脫水效果關系

不同規格陽離子表如表2所示。根據表2可知，1#、2#的離子度均為40%，1#分子量為600萬，2#分子量為1000萬，3#～5#分子量均為1600萬，3#離子度為50%，4#離子度為60%，5#離子度為70%。4#和5#脫水效果最好，這表明陽離子PAM隨著分子量和離子的增加脫水效果越好。這是因為絮凝劑分子上的荷電基團密度大，其電中和壓縮擴散層作用力度大，有利于污泥顆粒脫水凝聚；分子量越高，有機高分子絮凝劑的分子鏈就越長，其吸附、架橋、網捕能力也就越強，越有利于污泥擠壓脫水。

表2 不同規格陽離子表

2.5 陽離子PAM藥劑投加量與污泥含水率的關系

陽離子PAM投加量對脫水效果的影響如圖3所示。由圖3可以看出隨著陽離子PAM投加量的增加，脫水后污泥含水率越低，這是因為電中和程度越大，參與吸附架橋的有機高分子也越多，脫水效果越好，故曲線呈上升趨勢；而投加量超過某一點時，用量增多會導致電性反向、絮凝劑分子自身纏繞使吸附架橋能力降低，從而曲線下降。污泥含水率最低的投加量即為最佳投加量點。因此相同性質的污泥，不同陽離子PAM的最佳投加量由最佳含水率而定。

圖3 陽離子PAM投加量對脫水效果的影響

2.6 陽離子PAM配制濃度與超磁分離污泥含水率的關系

不同配制PAM濃度對污泥含水率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，當PAM配制濃度由2‰降為0.5‰時，在相同投加量的情況下，對超磁分離后的污泥脫水率均有下降。表明PAM的配制濃度會影響藥劑用量和污泥含水率，PAM配制濃度越低，越有利于脫水。但過低的配制濃度將消耗大量的自來水，因此實際使用中通常PAM配制濃度為1‰左右。

圖4 不同配制PAM濃度對污泥含水率的影響

2.7 磁種對脫水后污泥中重金屬指標的關系

磁種由95%以上的Fe3O4構成，而磁種的回收率達到98%以上，由于磁種而引入的重金屬問題已受到關注。但流失到污泥中的磁種量很小，對污泥中的重金屬指標影響非常有限，污泥中的金屬指標主要由原污水性質而定，與磁種流失的量關系不大。由表3可以看出，污泥中各項重金屬指標均滿足GB24188-2009《城鎮污水處理廠污泥泥質》中相關污泥處置規范要求。

表3 某超磁分離脫水污泥中重金屬檢測數據表

3 超磁分離污泥脫水設備選型建議

在污泥脫水設備選型方面，超磁分離排出的污泥濃度高即排泥含水率低，脫水設備的選型根據需要脫水程度的不同而選用不同的脫水設備，具體可以分為80%、60%2個等級，在污泥產量不大時脫水到80%比較經濟，污泥脫水到80%含水率時選用的脫水機包括帶式脫水機、疊螺脫水機、臥螺離心機。

在含水率有特別要求的情況，且污泥產量大時則宜選用板框壓濾機、高壓板框壓濾機等設備將污泥進一步脫水到60%以下，但相應運行投資成本會增加。