城市污泥資源化技術(shù)——以印刷電路板業(yè)銅污泥為例

摘要：以顆粒煤為助濾劑，采用二段過(guò)濾方式來(lái)強(qiáng)化城市污泥的脫水，并對(duì)濾餅進(jìn)行熱值分析，探討城市污泥資源化利用前景。在研究中，具體分析探討了煤的類(lèi)型、煤的添加比、煤的粒徑、攪拌強(qiáng)度、過(guò)濾壓力以及煤的添加方式對(duì)過(guò)濾過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的影響。得到以下結(jié)論：在污泥和煤的添加比為1∶2，顆粒煤粒度為0.15~0.18 mm，低強(qiáng)度攪拌，常溫下，一段過(guò)濾濾餅含水率為57.06%，二段過(guò)濾濾餅含水率為38.40%，濾餅熱值達(dá)14 276 kJ/kg。

關(guān)鍵詞：二段過(guò)濾 污泥脫水 助濾劑 顆粒煤 熱值 含水率

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 051.8

0·引言

根據(jù)《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)·2007》，2007年，全國(guó)共統(tǒng)計(jì)1 258座城市污水處理廠，全年共處理廢水190.4億t。城市污水處理廠的污泥產(chǎn)量大，按80%水分計(jì)約占處理水量的0.1%，我國(guó)年排放污泥量（濕重）已高達(dá)約1 900萬(wàn)t，占全國(guó)年總固體廢棄物排放量的3%以上。

污泥處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)大，約占污水處理廠總投資及運(yùn)行費(fèi)用的20%~60%。污泥的資源化技術(shù)已逐漸成為研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外所采用的污泥資源化技術(shù)主要有：污泥堆肥、消化制沼氣、污泥燃料化、用于建材等[1-2]。無(wú)論是何種污泥處理技術(shù)，污泥的脫水預(yù)處理必不可少。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于強(qiáng)化污泥脫水的研究主要有：改進(jìn)污泥脫水機(jī)，以達(dá)到更好的污泥脫水效果[3]；添加絮凝劑、助濾劑，改變污泥的過(guò)濾性能，從而強(qiáng)化污泥脫水效果[4-5]；附加電場(chǎng)（電絮凝、高滲透、高壓靜電等）、高溫突躍法、超聲波、磁場(chǎng)強(qiáng)化污泥脫水等[6-8]。

本研究將綜合考慮污泥脫水及其資源利用兩方面，選擇顆粒煤做助濾劑，改變?yōu)V餅的可壓縮性和滲透性；同時(shí)采用真空、壓榨兩段不同的脫水方式組合，強(qiáng)化脫水過(guò)程；最終使污泥與煤混合濾餅達(dá)到12 000 kJ/kg以上的熱值，直接作為燃料利用，從而實(shí)現(xiàn)污泥徹底的無(wú)害化、資源化，為城市污水處理廠的污泥處理處置提供全新的途徑。

1·實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料與儀器

原料：沈陽(yáng)北部污水處理廠消化污泥，含水率96.41%，pH值7.12；顆粒煤；濾布。

儀器：真空過(guò)濾設(shè)備（自制）、加壓過(guò)濾設(shè)備（自制）、黏度計(jì)、熱量計(jì)、干燥箱、濁度儀、電子天平、pH計(jì)、攪拌器。

1.2實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)方法

1.2.1一段真空過(guò)濾實(shí)驗(yàn)

取100 mL消化污泥，按一定配比添加顆粒煤助濾劑，攪拌均勻后倒入真空過(guò)濾漏斗內(nèi)，在漏斗下放置一個(gè)干凈量筒，啟動(dòng)真空抽濾機(jī)進(jìn)行一段式真空過(guò)濾作業(yè)，開(kāi)始計(jì)時(shí)并記錄濾液量。

1.2.2二段壓榨過(guò)濾實(shí)驗(yàn)

取200 mL消化污泥，按一定配比添加顆粒煤助濾劑，對(duì)其進(jìn)行一段真空過(guò)濾。然后，取一段真空過(guò)濾后的污泥濾餅，將其放入壓榨過(guò)濾容器罐中，在壓榨容器罐的下部出水口放置一個(gè)干凈量筒，開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)升壓至所需壓力，打開(kāi)三通閥，以空氣壓力推動(dòng)壓芯進(jìn)行二段式壓榨過(guò)濾作業(yè)，開(kāi)始計(jì)時(shí)并記錄濾液量。

1.2.3濾餅含水率測(cè)定

在105℃溫度下，用電熱鼓風(fēng)干燥箱將污泥樣烘干24 h，稱(chēng)重，計(jì)算濾餅含水率。

1.2.4濁度、黏度及熱值的測(cè)定

使用HANNA HI 93703-11濁度儀測(cè)量濾液濁度；使用NDJ-1旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)量污泥漿黏度；使用XRY-1A數(shù)顯氧彈熱量計(jì)測(cè)量熱值。

2·結(jié)果與討論

2.1顆粒煤類(lèi)型對(duì)過(guò)濾效果的影響

取兩種不同類(lèi)型的顆粒煤，經(jīng)熱量計(jì)測(cè)定其熱值分別為22 972、16 522 kJ/kg，將其分別標(biāo)記為1#煤和2#煤。對(duì)每一種顆粒煤進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)，每組取5份100 mL消化污泥樣品，各加入0、1.80 g、3.59 g、7.18 g、10.77 g粒徑為0.15~0.18 mm顆粒煤，使其泥煤比（污泥按干重計(jì)，下同）分別為1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2、1∶3，攪拌均勻，進(jìn)行真空過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，測(cè)定濾餅含水率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1中可以看出，不同類(lèi)型、熱值的顆粒煤，作為助濾劑對(duì)過(guò)濾效果的影響很大，但是其之間的差別卻不是很大，基本處于相同水平。

2.2泥煤比對(duì)過(guò)濾效果的影響

取5份100 mL消化污泥樣品，各加入0、1.80g、3.59 g、7.18 g、10.77 g粒徑為0.15~0.18 mm顆粒煤，使其泥煤比分別為1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2、1∶3，攪拌均勻，進(jìn)行真空過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，記錄過(guò)濾時(shí)間、濾液量并測(cè)量濾液濁度。結(jié)果如圖2所示。 （參考www.rfilter.com）

從圖2中可以看出，以顆粒煤作為助濾劑對(duì)污泥的過(guò)濾效果有著重要影響。一方面，在污泥中摻煤本身就可以使污泥的含水率有所下降，下降的幅度不大，這從圖2中添加煤之后的換算出來(lái)的理論含水率曲線(xiàn)就可以看出來(lái)。

另一方面，以顆粒煤為助濾劑，污泥過(guò)濾的效果得到了提升，這從圖2中也可以看出。隨著泥煤比的增大，這種提升也越大，由不摻煤時(shí)88%左右的含水率，下降到泥煤比1∶3時(shí)58%左右的含水率，下降的幅度很大。

同時(shí)，在對(duì)濾液濁度的測(cè)量中也發(fā)現(xiàn)，添加顆粒煤為助濾劑后，濾液的濁度也有顯著的下降，并且隨著顆粒煤添加量的增加，濾液的濁度也隨之明顯下降，如圖3所示。另外，在對(duì)濾液量的記錄中還發(fā)現(xiàn)，添加顆粒煤為助濾劑后，污泥的過(guò)濾速度也有顯著的提升，并且隨著顆粒煤添量的增加，過(guò)濾速度的提升也更為顯著。

2.3顆粒煤粒度對(duì)過(guò)濾效果的影響

取6份100 mL消化污泥樣品，按1∶2比例分別加入粒徑為0（空白）、0.43~0.88 mm、0.25~0.43mm、0.18~0.25 mm、0.15~0.18 mm、0.11~0.15 mm的顆粒煤，攪拌均勻，進(jìn)行真空過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，記錄過(guò)濾時(shí)間、濾液量并測(cè)量濾液濁度。

從圖4中可以看出，顆粒煤的粒度對(duì)污泥餅含水率有較大影響，隨著顆粒煤粒度的減小，污泥餅的含水率也隨之降低，最大幅度達(dá)10%多；同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，濾液的濁度也隨粒度的減小而減小。須特別注意的是，粒度的變化對(duì)過(guò)濾速度的影響最為明顯。

從圖5中可以看到，隨著粒度的減小，污泥過(guò)濾速度呈明顯加快趨勢(shì)，最快的過(guò)濾時(shí)間只用了不到空白樣的一半時(shí)間。另外，在含水率和過(guò)濾時(shí)間圖中，在0.15~0.18 mm處都出現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn)，這說(shuō)明，顆粒煤的目數(shù)不是越小越好，太細(xì)小的助濾劑反而會(huì)影響濾餅骨架之間的空隙建立，進(jìn)而影響濾餅的含水率和過(guò)濾速度。

2.4攪拌強(qiáng)度對(duì)過(guò)濾效果的影響

取5份200 mL消化污泥樣品，按污泥干重1∶2比例加入粒徑為0.15~0.18 mm的煤粉，用攪拌器分別以0、100、200、300、400 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20 min，然后用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)量其黏度。接著進(jìn)行真空過(guò)濾30 min，記錄濾液量，然后取出1/4濾餅測(cè)量其含水率，剩余3/4濾餅再進(jìn)行壓榨過(guò)濾，記錄過(guò)濾時(shí)間、濾液量并測(cè)量濾液濁度。

從圖6中可以看出，對(duì)于真空過(guò)濾而言，攪拌強(qiáng)度對(duì)過(guò)濾效果有正反兩方面的影響，但影響都不大。適當(dāng)?shù)牡退俚蛷?qiáng)度攪拌能夠促進(jìn)污泥和顆粒煤的混合，改善污泥過(guò)濾效果，促進(jìn)濾餅含水率降低和過(guò)濾速度的提高；

而高速高強(qiáng)度的攪拌則不利于污泥過(guò)濾效果的改善，反而會(huì)使濾餅含水率偏高，過(guò)濾速度降低。在對(duì)濾液濁度的測(cè)量中也發(fā)現(xiàn)，攪拌會(huì)增高濾液的濁度，并且攪拌強(qiáng)度越大影響越明顯。對(duì)壓榨過(guò)濾而言，攪拌強(qiáng)度對(duì)其過(guò)濾效果的影響不大。

2.5過(guò)濾壓力對(duì)過(guò)濾效果的影響

取5份200 mL消化污泥樣品，第1份為空白樣，其余4份按污泥干重1∶2的比例加入7.18 g粒徑為0.15~0.18 mm的煤粉，攪拌均勻，對(duì)第1份樣品用壓榨過(guò)濾設(shè)備以0.1 MPa壓力進(jìn)行直接過(guò)濾，其余4份樣品分別以0.1 MPa、0.2 MPa、0.3MPa、0.4 MPa壓力進(jìn)行過(guò)濾，記錄過(guò)濾時(shí)間及濾液量。

從圖7中可以看出：按1∶2比例加入顆粒煤的樣品，最終的含水率在40%左右，而沒(méi)有加入煤粉的樣品最終含水率為79.40%，表明加入顆粒煤作為助濾劑之后，濾餅的含水率有顯著下降。同時(shí)，可以看出：加入顆粒煤的樣品過(guò)濾速度明顯加快。

取濾液量達(dá)到總濾液量80%的時(shí)刻為比較點(diǎn)，在同一過(guò)濾壓力下，我們發(fā)現(xiàn)不加煤粉的樣品需要的時(shí)間為75 min，而加入煤粉的樣品只需要30 min；對(duì)于加入煤粉的樣品，壓力越大，過(guò)濾時(shí)間就越短，由30 min縮減到了19 min，而且含水率也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不過(guò)變化不太顯著。

2.6泥煤混合方式對(duì)過(guò)濾效果的影響

取4份200 mL消化污泥樣品，第1、3份按1∶2比例加入7.18 g粒徑為0.15~0.18 mm顆粒煤，第2、4份按1∶1比例加入3.59 g粒徑為0.15~0.18 mm顆粒煤，攪拌均勻，對(duì)4份樣品先進(jìn)行真空過(guò)濾30 min，然后取出1/4濾餅測(cè)量其含水率，剩余3/4濾餅再分別混合0、2.69 g、2.69 g、5.39 g粒徑為0.15~0.18 mm顆粒煤，使其最終泥煤比分別為1∶2、1∶2（記為1∶1+1）、1∶3（記為1∶2+1）、1∶3（記為1∶1+2），然后對(duì)其進(jìn)行壓榨過(guò)濾，記錄過(guò)濾時(shí)間及濾液量。

從圖8可以看出，在真空過(guò)濾階段，泥煤比越大，則真空過(guò)濾后泥餅的含水率就越小，例如第1、3兩份的真空過(guò)濾泥餅含水率就比第2、4兩份下降了11%左右；

同時(shí)其過(guò)濾時(shí)間也有所縮短，1、3兩份的污泥結(jié)餅時(shí)間比2、4兩份提前了約4min，為15 min，而2、4兩份的污泥結(jié)餅時(shí)間為19 min。對(duì)真空過(guò)濾后的濾餅摻不同比例的煤，也能使濾餅的含水率有所下降，但摻煤所帶來(lái)的效果，比不上將這些煤在真空階段用來(lái)作為助濾劑的效果。

例如，對(duì)于第1、2兩份樣品，其摻煤后最終泥煤比都是1∶2，但第1份樣品的含水率要小于第2份樣品；第3、4兩份樣品也是這樣，但隨著所摻煤的比重增大，這樣的差異隨之減小。

在加壓過(guò)濾階段，總體上來(lái)說(shuō)，泥煤比越大，最終泥餅的含水率也就越??；同時(shí)，分別對(duì)比1、2樣品和3、4樣品可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于相同泥煤比的樣品，在加壓過(guò)濾之前摻煤的樣品，其過(guò)濾效果要優(yōu)于沒(méi)有摻煤或是摻煤比小的樣品，不過(guò)差異不顯著。

2.7濾餅熱值的測(cè)定

取上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品以1∶2比例混合，顆粒煤的粒度為0.15~0.18 mm，經(jīng)過(guò)一、二段過(guò)濾后將其濾餅作為樣品烘干，分別測(cè)量煤粉、干污泥、泥煤混合濾餅的熱值。結(jié)果表明，煤粉、干污泥、泥煤混合濾餅的熱值分別為16 521、11 042、14 276 kJ/kg，泥煤混合濾餅完全可以直接作為燃料來(lái)使用。

3·結(jié)論

（1）對(duì)于助濾劑顆粒煤而言，其類(lèi)型對(duì)過(guò)濾效果的影響不大，但其熱值對(duì)最終濾餅的熱值有決定性影響，直接關(guān)系到濾餅的后繼資源化利用。

（2）泥煤比是影響過(guò)濾效果的一個(gè)關(guān)鍵因素，泥煤比越大，過(guò)濾效果越好，對(duì)含水率、過(guò)濾速度和濾液澄清度都有顯著提升。

（3）助濾劑的粒度大小也是影響過(guò)濾效果的一個(gè)重要因素，粒度在0.15~0.18 mm時(shí)，過(guò)濾效果較好，對(duì)含水率、過(guò)濾速度和濾液澄清度都有明顯改善。

（4）攪拌強(qiáng)度對(duì)過(guò)濾效果影響不大，低強(qiáng)度的攪拌有益于過(guò)濾效果的改善，高強(qiáng)度的攪拌則會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

（5）過(guò)濾壓力的增大對(duì)過(guò)濾速度和最終含水率都有一定程度的改善。

（6）煤的添加方式對(duì)過(guò)濾效果有一定影響，在每段過(guò)濾前摻混煤，對(duì)該段過(guò)濾效果都有一定的改善作用。

（7）在污泥和煤的添加比為1∶2，顆粒煤粒度為0.15~0.18 mm，低強(qiáng)度攪拌，常溫下，一段過(guò)濾濾餅含水率為57.06%，二段過(guò)濾濾餅含水率為38.40%，濾餅熱值達(dá)14 276 kJ/kg。

來(lái)源： www.rfilter.com