粘膠纖維生產(chǎn)中生化污泥處理工藝的優(yōu)化

馬新俊，謝 峰，謝民楊，龔永江，秦 剛

(新疆中泰紡織集團(tuán)庫(kù)爾勒纖維公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

粘膠纖維是以天然高分子纖維素為原料，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，形成的一種再生纖維素纖維。目前，我國(guó)粘膠纖維產(chǎn)業(yè)正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)階段，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步趨向于規(guī)模化、集團(tuán)化，2019年我國(guó)粘膠纖維產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到4 000 kt以上，生產(chǎn)的品種多數(shù)以普通粘膠短纖維為主[1-2]。然而粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫酸鋅、酸堿廢液、廢粘膠、廢絲等，產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜，因此生產(chǎn)中后續(xù)的廢水及污泥處理對(duì)粘膠纖維產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家粘膠短纖維企業(yè)通過(guò)產(chǎn)能轉(zhuǎn)移、高成本治理、綠色紡絲工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等已基本解決行業(yè)污染問(wèn)題，而國(guó)內(nèi)企業(yè)還處于用后治理階段，距離“三廢”徹底治理還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走[3]。

新疆中泰紡織集團(tuán)庫(kù)爾勒纖維公司在粘膠纖維生產(chǎn)中采用物化/生化/深度處理三級(jí)處理工藝處理廢水，廢水中所含鋅離子、懸浮物、廢絲、生化細(xì)菌代謝物及投加電石渣經(jīng)排泥系統(tǒng)最終進(jìn)入板框壓榨，形成濾餅送至電廠焚燒[4]。采用該處理工藝處理生化污泥的過(guò)程中，存在壓榨過(guò)程有異味且易黏板、壓榨時(shí)間長(zhǎng)、藥劑成本高、濾餅含水率高、pH值偏低造成設(shè)備腐蝕等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行及生產(chǎn)成本。因此，作者結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，對(duì)粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中生化污泥的處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)對(duì)生化污泥處理中進(jìn)料方式進(jìn)行優(yōu)化，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料、壓榨脫水，探討了進(jìn)料方式的改變對(duì)進(jìn)料pH值、藥劑加入量、壓榨時(shí)間以及濾餅含水率的影響；工藝優(yōu)化后解決了黏板問(wèn)題，降低了藥劑成本，濾餅含水率下降，提高了生化污泥處理效率，同時(shí)還達(dá)到了低排放、低能耗、低污染的目標(biāo)，具有較好的環(huán)保效益。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

生化污泥和物化污泥：均來(lái)自新疆中泰紡織集團(tuán)庫(kù)爾勒纖維公司污水處理系統(tǒng)濃縮池；藥劑：聚合硫酸鐵，化學(xué)純，三豐集團(tuán)產(chǎn)。

1.2 設(shè)備及儀器

XMZGFQ1000/2000-U 廂式隔膜壓濾機(jī)：景津壓濾機(jī)集團(tuán)有限公司制；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器廠制；AL204型電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司制；PHS-3C pH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司制。

1.3 生化污泥處理工藝及優(yōu)化

1.3.1 污水處理工藝

粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含鋅、氨氮、硫化物、懸浮物、廢絲等酸、堿廢水分別經(jīng)酸池、堿池按比例進(jìn)入吹脫池進(jìn)行曝氣，后經(jīng)中和池投加電石渣乳液(電石-乙炔工藝固廢)調(diào)節(jié)pH值，進(jìn)入一級(jí)沉淀池初沉淀，上清液靠位差自動(dòng)流入生化系統(tǒng)，沉淀污泥在濃縮池沉降后送至板框壓榨。生化系統(tǒng)利用生化活性污泥降解廢水中有機(jī)物和部分還原性物質(zhì)，達(dá)到降低廢水的化學(xué)耗氧量(COD)及色度的目的。部分懸浮物及微生物代謝產(chǎn)物沉降后排至回流池，惰性污泥經(jīng)污泥泵提升至濃縮池沉淀，沉淀分離后上清液經(jīng)回流池返回生化系統(tǒng)前端，濃縮污泥泵入板框壓榨。生化出水在二沉池經(jīng)自然泥水分離，達(dá)標(biāo)水進(jìn)入總排排放，未達(dá)標(biāo)水至深度處理芬頓系統(tǒng)進(jìn)一步降低COD、色度，達(dá)標(biāo)后至總排排放。污水處理系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Sewage treatment process

1.3.2 壓榨脫水處理工藝

生化污泥中存在大量的蛋白質(zhì)、多糖、核酸及腐殖質(zhì)構(gòu)成的胞外聚合物，具有極強(qiáng)的水分結(jié)合能力[5]，污泥經(jīng)板框機(jī)械脫水后，含水率仍高達(dá)80%，無(wú)法滿足電廠焚燒要求(要求濾餅含水率在60%以下)。因此，經(jīng)過(guò)板框機(jī)械脫水后的污泥還進(jìn)行壓榨脫水處理，工藝流程見(jiàn)圖2，通過(guò)投加聚合硫酸鐵對(duì)污泥進(jìn)行壓榨脫水處理，當(dāng)污泥比重(濕污泥質(zhì)量與同體積的水質(zhì)量之比)控制在1.02～1.03，脫水處理效果最佳，濾餅含水率降至50%以下。但投加聚合硫酸鐵可致生化污泥pH值降至5以下，會(huì)嚴(yán)重腐蝕輸泥管及渣漿泵，且投藥成本過(guò)高。因此，擬通過(guò)改變生化污泥進(jìn)料方式，探索更低耗更環(huán)保的處理方法。

圖2 污泥壓榨脫水處理工藝流程Fig.2 Sludge squeezing and dewatering process

1.3.3 進(jìn)料方式優(yōu)化試驗(yàn)

改變進(jìn)料方式，采用壓濾機(jī)對(duì)生化污泥進(jìn)行壓榨脫水處理試驗(yàn)。優(yōu)化前，采用生化泥污泥/藥劑進(jìn)料方式；優(yōu)化后，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料方式。物化污泥是指廢水中的懸浮物、氫氧化鋅及中和池投加的電石渣乳液在一級(jí)沉淀池沉淀后形成的污泥，物化泥脫水效果好，易成型。

生化污泥/藥劑進(jìn)料方式(優(yōu)化前)：生化污泥在濃縮池沉降3 h后經(jīng)泵入板框攪拌池，投加聚合硫酸鐵控制污泥比重在1.02～1.03，進(jìn)行10次壓榨脫水處理，記錄每次藥劑加入量及壓榨時(shí)間，測(cè)試進(jìn)料污泥pH值、濾餅含水率。

物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料方式(優(yōu)化后)：生化污泥在濃縮池沉降1 h后經(jīng)泵入板框攪拌池，待物化污泥充滿濾室、進(jìn)料壓力至0.4 MPa、進(jìn)料流量降至80 m3/h時(shí)，再進(jìn)生化污泥混合，物化污泥/生化污泥混合質(zhì)量比為50/50，進(jìn)行10次壓榨脫水處理，記錄每次藥劑加入量及壓榨時(shí)間，測(cè)試進(jìn)料污泥pH值、濾餅含水率。

1.4 分析方法

進(jìn)料污泥含水率：稱取污泥約20 g,污泥脫水后放入(105±2)℃的烘箱中干燥2 h，取出放入干燥箱中冷卻至室溫，稱重，反復(fù)多次，直至恒重，根據(jù)進(jìn)料污泥脫水、烘干前后的質(zhì)量差計(jì)算進(jìn)料污泥含水率。

濾餅含水率：稱取濾餅試樣5 g左右于恒重的稱量瓶中,放入溫度為(105±2)℃的烘箱中干燥2 h，取出稱量瓶置于干燥器中，冷卻、稱量，直至干燥至恒重，根據(jù)濾餅干燥前后的質(zhì)量差計(jì)算濾餅含水率。

進(jìn)料污泥pH值：在測(cè)定進(jìn)料污泥pH值前，將蒸餾水清洗后的電極放入pH值分別為4.00，6.86，9.18的標(biāo)定液中進(jìn)行儀器標(biāo)定，標(biāo)定后再測(cè)定進(jìn)料污泥pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)料方式優(yōu)化前后進(jìn)料污泥pH值對(duì)比

由表1可知：進(jìn)料方式優(yōu)化前，因藥劑聚合硫酸鐵屬于弱酸性聚合物，隨酸性藥劑的加入，進(jìn)料生化污泥整體酸性加強(qiáng)，進(jìn)料生化污泥pH值較低，且pH值波動(dòng)較大，最低時(shí)pH值降至2.27，易導(dǎo)致輸泥管及渣漿泵嚴(yán)重腐蝕；進(jìn)料方式優(yōu)化后，進(jìn)料污泥pH值保持在7～9，且波動(dòng)較小，管線及設(shè)備的酸腐蝕程度降低。這是因?yàn)椴捎梦锘勰?生化污泥混合進(jìn)料，達(dá)到一定的污泥比重所需的酸性藥劑加入量大幅降低，因而進(jìn)料污泥酸性降低。

表1 進(jìn)料方式優(yōu)化前后進(jìn)料污泥pH值Tab.1 pH value of feed sludge before and after feeding mode optimization

2.2 進(jìn)料方式優(yōu)化前后藥劑加入量及壓榨時(shí)間對(duì)比

由表2可知：進(jìn)料方式優(yōu)化前，為保證污泥比重達(dá)1.02～1.03，藥劑聚合硫酸鐵加入量較大，最高達(dá)2 125 kg/d；進(jìn)料方式優(yōu)化后，藥劑聚合硫酸鐵加入量降低為0～125 kg/d，這是因?yàn)椴捎梦锘勰?生化污泥混合進(jìn)料，鈣含量高的物化污泥充滿濾室，無(wú)需刻意提高生化污泥固化比，藥劑聚合硫酸鐵加入量可相應(yīng)減少；進(jìn)料方式優(yōu)化前壓榨時(shí)間控制在3 500～4 500 s，可達(dá)到濾餅含水率指標(biāo)(要求濾餅含水率在60%以下)，而進(jìn)料方式優(yōu)化后壓榨時(shí)間控制在500～800 s即可達(dá)到濾餅含水率指標(biāo)，大幅提高了板框工作效率，這是因?yàn)槲锘勰嘀械乃酁橛坞x態(tài)水，生化污泥中水多為結(jié)合水，物化泥附著于濾布表面，避免生化污泥污堵濾布孔，從而縮短壓榨時(shí)間。

表2 進(jìn)料方式優(yōu)化前后藥劑加入量及壓榨時(shí)間對(duì)比Tab.2 Comparison of chemicals dosage and squeezing time before and after feeding mode optimization

2.3 進(jìn)料方式對(duì)濾餅含水率的影響

為保證試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，進(jìn)料方式優(yōu)化后，脫水試驗(yàn)時(shí)縮短進(jìn)料生化污泥在濃縮池的沉降時(shí)間為1 h(優(yōu)化前為3 h)，以提高進(jìn)料污泥的含水率。調(diào)整污泥進(jìn)料方式對(duì)濾餅含水率的影響見(jiàn)表3。由表3可知：進(jìn)料方式優(yōu)化前，采用生化污泥/藥劑進(jìn)料方式，進(jìn)料生化污泥含水率為92.29%～96.15%，壓榨脫水處理得到的濾餅含水率為44.85%～47.44%；進(jìn)料方式優(yōu)化后，采用物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料，進(jìn)料污泥含水率有所提高，為95.60%～97.30%，污泥壓榨脫水處理后，得到的濾餅含水率保持在39.82%～43.50%。進(jìn)料方式優(yōu)化后，濾餅含水率降低，這有利于濾餅后續(xù)的焚燒處理，同時(shí)進(jìn)料過(guò)程中物化污泥充滿濾室過(guò)程中充分接觸濾布，避免生化污泥附著在濾布上，也解決了生化污泥黏板和污堵濾布孔的問(wèn)題。

表3 進(jìn)料方式優(yōu)化前后進(jìn)料污泥及濾餅的含水率Tab.3 Moisture content of sludge and filter cake before and after feeding mode optimization

2.4 環(huán)保效益

降低濾餅含水率可提高濾餅對(duì)發(fā)電的熱貢率，使焚燒系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能。降低濾餅含水率還可減少電廠煙氣排量，降低電廠煙氣系統(tǒng)的磨損，同時(shí)還能減少對(duì)大氣的污染。

生化污泥揮發(fā)分較高，氣味刺鼻難聞，采用物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料，與物化污泥混合后可有效吸附揮發(fā)性氣體，降低大氣污染物濃度。

3 結(jié)論

a.在生化污泥壓榨脫水處理過(guò)程中，采用生化污泥/藥劑進(jìn)料方式，進(jìn)料污泥酸性大，pH值最低達(dá)2.27，藥劑聚合硫酸鐵加入量較大，最高達(dá)2 125 kg/d，壓榨時(shí)間為3 500～4 500 s，濾餅含水率為44.85%～47.44%；通過(guò)對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料壓榨脫水處理工藝，物化污泥/生化污泥混合質(zhì)量比為50/50，進(jìn)料污泥pH值保持在7～9，藥劑聚合硫酸鐵加入量大幅降低，為0～125 kg/d，壓榨時(shí)間控制在500～800 s，濾餅含水率保持在39.82%～43.50%。

b.固廢電石渣物化污泥/生化污泥混合進(jìn)料壓榨脫水處理工藝是一種較為理想的污泥處理工藝,可有效降低濾餅含水率，避免因大量加入酸性藥劑引起的管線設(shè)備的酸腐蝕，大幅降低投藥成本，提高壓濾機(jī)工作效率。