新型“U”型板溶氣氣浮裝置濃縮生化污泥的應用

李宇龍

(上海巴安水務股份有限公司，上海 201799)

污水處理廠的二級處理工藝一般為生化池+二沉池。其中，生化池污泥混合液經過二沉池澄清后流入下一級處理工藝，沉淀下來的生化污泥一部分回流至生化池，其余排入污泥重力濃縮池進行污泥濃縮。重力濃縮池占地面積大、濃縮后污泥含水率高、濃縮效果不穩定，且過長的停留時間容易造成污泥的厭氧發酵，釋放出H2S等氣體，引起污泥上浮[1]。已知氣浮技術可用于濃縮生化污泥，澄清水質，兼具二沉池和重力濃縮池的功能[2]。氣浮濃縮還能有效阻止含磷污泥重新釋放磷，同時，氣浮工藝具有占地少、處理速度快、濃縮后污泥含固率高、能夠去除油脂等優點[3-5]。本文采用新型“U”型板溶氣氣浮進行濃縮生化污泥的中試試驗，主要分析研究新型“U”型板溶氣氣浮對生化污泥的濃縮效果。

1 試驗裝置和方法

1.1 試驗裝置

新型“U”型板溶氣氣浮裝置如圖1所示。

圖1 “U”型板溶氣氣浮裝置Fig.1 Dissolved Air Flotation Device with “U” Plate

中試試驗裝置包括以下4個系統。(1)進水系統：進水區；(2)混凝系統：加藥裝置；(3)溶氣系統：增壓泵、空壓機、溶氣反應器；(4)固液分離系統：“U”型板、浮選區、刮泥機。

“U”型板溶氣氣浮裝置的尺寸為2 500 mm × 2 000 mm × 4 000 mm，最大設計流量為8 m3/h。“U”型板溶氣氣浮裝置采用KWI公司“U”型板專利技術，如圖2所示。污水混合著溶氣水從“U”型板底部進入，水流沿著“U”型板外側向上爬升，并且順著“U”型板內側流入清水出口處。在上下流

動的過程中，增加了微氣泡與懸浮顆粒的接觸反應時間，強化了顆粒物的混凝效果。溶氣水中的微氣泡可以快速附著在懸浮顆粒表面，然后將其拖至氣浮區表面。因此，“U”型板溶氣氣浮裝置具有較高的水力負荷，極大減小了氣浮池的占地面積。

圖2 “U”型板示意圖Fig.2 Schematic Diagram of “U” Plate

溶氣反應器(ADR)是KWI公司的專利技術，它是溶氣系統的核心設備。ADR內部具有特殊的導流結構，經過加壓的回流水從ADR上端切向進水，在反應器里面進行螺旋運動。同時，壓縮空氣也沿著ADR上端側面進氣，與進水充分接觸混合。進水在導流結構的作用下進行劇烈的湍流，能夠極大程度地溶解氣體。KWI溶氣系統和傳統溶氣系統的參數比較如表1所示[6-7]。

表1 KWI溶氣系統與傳統溶氣系統的參數比較Tab.1 Parameters Comparison between KWI and Traditional Dissolved Air System

1.2 試驗方法

污水來自山東齊魯石化公司供排水廠乙烯凈化車間的污水處理廠的好氧池生化污泥，生化污泥含固率為0.6%左右。該污水處理廠設計有隔油池預處理工藝，好氧池生化污泥表觀沒有浮油，呈黃褐色，氣味為土腥味，與普通城鎮污水廠的污泥類似。“U”型板溶氣氣浮中試裝置放在二沉池的西邊，緊鄰二沉池構筑物，污水經過“U”型板溶氣氣浮達到污泥濃縮以及出水澄清的目的。在試驗現場制備1‰的陽離子聚丙烯酰胺(PAM)溶液以及10%的聚合氯化鋁(PAC)溶液。

通過進水泵抽吸好氧池中的混合液至氣浮池中，依次加入PAC、PAM藥劑，在機械攪拌下進行混凝絮凝反應生成絮狀物。絮體和溶氣水在氣浮浮選區發生反應，微氣泡吸附在污泥絮體表面，一起上浮到氣浮區表面被刮泥機刮掉，清水從“U”型板內側流入清水出口處。分別取原水水樣、氣浮出泥泥樣、氣浮出水水樣送至化驗室分析化驗。

2 試驗結果與討論

試驗采用新型“U”型板溶氣氣浮濃縮生化污泥，溶氣壓力為0.6 MPa。氣浮中試設備在現場連續運行一個月，每天運作10 h，每隔2 h采集一次氣浮出泥以及氣浮出水樣品進行檢測分析，并記錄試驗情況。在試驗過程中，主要分析在不同的污泥負荷、溶氣回流比、PAC以及PAM加藥量的條件下，新型“U”型板溶氣氣浮濃縮生化污泥的效果。

2.1 污泥負荷影響分析

在不同的污泥負荷下進行氣浮試驗，探究污泥負荷對污泥濃縮氣浮效果的影響。試驗的進水污泥含固率為0.6%左右，設定氣浮的回流比為30%、PAC的加藥量為20 mg/L、PAM的加藥量為5 mg/L。在此條件下進行中試試驗，最終試驗結果如圖3所示。當污泥負荷小于57 kg/(m2·h)時，氣浮出泥的污泥含固率很高且一直保持穩定，氣浮的出水濁度很低且出水濁度保持穩定，氣浮濃縮生化污泥的效果很好。當污泥負荷超過57 kg/(m2·h)時，氣浮出泥的污泥含固率急速下降，氣浮的出水濁度急速增加，污泥濃縮的氣浮效果變差。這表明當污泥負荷高達57 kg/(m2·h)時，“U”型板溶氣氣浮的污泥濃縮效果仍然良好。

圖3 污泥負荷對污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.3 Flotation Effect of Sludge Load on Sludge Thickening

2.2 溶氣回流比影響分析

分別在不同的氣浮回流比條件下，研究溶氣回流比對污泥濃縮氣浮效果的影響。試驗的進水污泥含固率為0.6%左右，在污泥負荷為57 kg/(m2·h)、PAC加藥量為20 mg/L、PAM加藥量為5 mg/L的條件下進行中試試驗，最終試驗結果如圖4所示。在氣浮回流比為15%～35%時，氣浮出泥的污泥含固率急劇增加；當氣浮回流比為35%～50%時，氣浮出泥的污泥含固率保持穩定。當氣浮回流比在15%～30%時，氣浮出水濁度較大，但隨著氣浮回流比的增大，出水濁度逐漸降低。綜合考慮，最佳的氣浮回流比為35%。

圖4 溶氣回流比對污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.4 Flotation Effect of Dissolved Air Reflux Ratio on Sludge Thickening

2.3 PAC加藥量影響分析

在不同的PAC加藥量的條件下，研究PAC加藥量對污泥濃縮氣浮效果的影響。試驗的進水污泥含固率為0.6%左右，在污泥負荷為57 kg/(m2·h)、溶氣回流比為35%、PAM加藥量為5 mg/L的條件下進行中試試驗，最終試驗結果如圖5所示。當PAC加藥量增加到30 mg/L時，氣浮出泥的污泥含固率快速增大，并在PAC加藥量為30～40 mg/L時保持穩定。氣浮出水濁度隨著PAC加藥量的增加急劇下降，并在PAC加藥量為15～40 mg/L時維持穩定。因此，PAC最佳加藥量為30 mg/L。

圖5 PAC加藥量對污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.5 Flotation Effect of PAC Dosage on Sludge Thickening

2.4 PAM加藥量影響分析

在污泥負荷為57 kg/(m2·h)、回流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L的條件下，研究不同的PAM加藥量對污泥濃縮氣浮效果的影響，試驗結果如圖6所示。由圖6可知，當PAM加藥量在3.5～8 mg/L時，氣浮出泥的污泥含固率逐漸增加，并在PAM加藥量為8～11 mg/L時保持穩定，污泥含固率維持在5.55%附近。由圖6可知，隨著PAM加藥量的增大，氣浮出水濁度逐漸減小，最終出水濁度維持在5.10 NTU左右，出水水質較好。綜合考慮，最佳PAM加藥量選定在8 mg/L。

圖6 PAM加藥量對污泥濃縮氣浮效果的影響Fig.6 Flotation Effect of PAM Dosage on Sludge Thickening

2.5 穩定性試驗

為了考察新型“U”型板溶氣氣浮對污泥濃縮效果的穩定性，在最佳的試驗條件下，即污泥負荷為57 kg/(m2·h)、回流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L、PAM加藥量為8 mg/L，進行連續性試驗，試驗結果如圖7所示。由圖7可知，在最佳的試驗條件下，氣浮出泥的污泥含固率保持穩定，維持在5.55%左右，極大減少了污泥的體積，有利于污泥的后續處理。同時，氣浮的出水濁度也保持穩定，維持在5.10 NTU附近，出水水質很好。

圖7 氣浮穩定性試驗Fig.7 Flotation Stability Test

2.6 KWI氣浮濃縮與二沉池、重力濃縮的性能比較

從噸水電耗、噸水藥耗、水力負荷、污泥固體負荷、占地面積、污泥含固率、維護管理的方便程度7個方面分析比較KWI氣浮濃縮、二沉池、重力濃縮的優缺點，具體性能參數比較如表2所示。

表2 KWI氣浮濃縮與二沉池、重力濃縮的參數比較Tab.2 Parameters Comparison among KWI Air Flotation Thickening, Secondary Sedimentation Tank and Gravity Thickening

由表2可知，KWI氣浮濃縮噸水電耗和噸水藥耗分別為0.08 kW·h/t、0.22元/t，高于二沉池、重力濃縮的噸水電耗和噸水藥耗。對比KWI氣浮濃縮和二沉池的水力負荷可知，KWI氣浮濃縮的占地面積大約為二沉池面積的1/10，非常適用于用地緊張的污水處理廠。KWI氣浮濃縮的污泥含固率為5%～6%，比重力濃縮污泥體積削減了60%～67%，對于后續污泥脫水非常有利，可以減少污泥脫水系統的費用。

3 結論

分析研究了新型“U”型板溶氣氣浮對生化污泥濃縮的效果，根據污泥濃縮氣浮中試試驗的結果，可以得到“U”型板溶氣氣浮濃縮生化污泥時的最佳運行參數：污泥負荷為57 kg/(m2·h)、回流比為35%、PAC加藥量為30 mg/L、PAM加藥量為8 mg/L。

在最佳的試驗條件下連續運行7 d，在運行期間，氣浮出泥的污泥含固率保持穩定，維持在5.55%左右。相比較傳統的污泥重力濃縮池的出泥污泥含固率2%，“U”型板溶氣氣浮出泥體積減少了64%，污泥體積極大減少，非常有利于污泥的后續處理。同時，氣浮的出水濁度也很低，維持在5.10 NTU左右，出水水質很好。因此，新型“U”型板溶氣氣浮對生化污泥有一個很好的濃縮效果，這對實際生產中氣浮工藝取代二沉池以及重力濃縮池提供了現實可行的指導意義。