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(huán)能科技股份有限公司

1 超磁分離技術(shù)簡(jiǎn)介

普通水體中懸浮物不帶磁性，超磁分離技術(shù)是通過向污染水體中投加磁種介質(zhì)，同時(shí)投加絮凝劑和助凝劑形成磁性絮團(tuán)，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(jī)進(jìn)行固液分離，快速實(shí)現(xiàn)泥水分離，從而達(dá)到對(duì)水體的超高速凈化處理。另外，水體中分離出來的泥渣經(jīng)磁種回收系統(tǒng)分散后實(shí)現(xiàn)磁種與泥渣的分離，回收的磁種進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)使用過程。該技術(shù)具有處理水量大、凈化時(shí)間短、占地面積少、排泥濃度高等特點(diǎn)，對(duì)廢水中懸浮物、總磷和重金屬等污染物去除率高達(dá)90%以上，是一種優(yōu)于傳統(tǒng)沉淀技術(shù)的新興水處理技術(shù)。

2 超磁分離污泥脫水性能研究

超磁分離技術(shù)中磁種作為一種載體，通過絮團(tuán)分散機(jī)將收集的磁性絮團(tuán)中污泥和磁種進(jìn)行解絮分散，并通過磁分離磁鼓實(shí)現(xiàn)磁種的循環(huán)回收利用。磁種回收率高達(dá)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(duì)超磁分離排泥的脫水性能進(jìn)行研究。

2.1 進(jìn)水懸浮物對(duì)超磁分離排泥含水率的影響

圖1 進(jìn)水懸浮物對(duì)排泥含水率的影響

對(duì)成都某污水處理站的超磁分離系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)取樣檢測(cè)分析其進(jìn)水懸浮物對(duì)排泥濃度的影響。由圖1可知，當(dāng)進(jìn)水懸浮物從80mg/L增加到1500mg/L時(shí)，超磁分離排泥的含水率從98%降至95%，表明進(jìn)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(guān)系

污泥比阻(Specific Resistance of Filtration，SRF)作為污泥脫水性能一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過測(cè)定超磁分離技術(shù)處理不同廢水的排泥比阻對(duì)比分析其污泥脫水性能。選取不同廢水水質(zhì)情況下的超磁排泥進(jìn)行比阻測(cè)定，污泥比阻值情況如表1所示。根據(jù)表1可知，超磁分離產(chǎn)生的污泥比阻小于常規(guī)生活污水處理廠的污泥比阻2×1014～3×1014m/kg，因此超磁分離產(chǎn)生的污泥更容易脫水，從不同廢水性質(zhì)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(jī)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(chǎng)進(jìn)行吸附分離，有研究資料表明磁場(chǎng)的作用可以改善污泥脫水性；李帥等的研究表明，在磁場(chǎng)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(chǎng)能夠改善污泥的脫水性能。

2.3 不同調(diào)質(zhì)藥劑對(duì)超磁污泥脫水性能影響

由上述試驗(yàn)結(jié)果表明磁場(chǎng)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(diào)質(zhì)藥劑進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)。由于污水成分復(fù)雜，污水特性差異變化大，常用的調(diào)質(zhì)藥劑為聚丙烯酰胺（PAM）。通過采用PAM藥劑進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)脫水試驗(yàn)，對(duì)比分析不同類型PAM對(duì)污泥脫水性能的影響，并選出最佳污泥調(diào)質(zhì)藥劑。不同PAM調(diào)質(zhì)后脫水污泥含水率如圖2所示。在同一污泥進(jìn)料情況下，采用不同離子的PAM進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明采用陽離子PAM投加4.0kg/t Ds（干固體）時(shí)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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)后脫水污泥含水率

2.4 陽離子PAM的脫水效果關(guān)系

不同規(guī)格陽離子表如表2所示。根據(jù)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?yàn)樾跄齽┓肿由系暮呻娀鶊F(tuán)密度大，其電中和壓縮擴(kuò)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(jī)高分子絮凝劑的分子鏈就越長，其吸附、架橋、網(wǎng)捕能力也就越強(qiáng)，越有利于污泥擠壓脫水。

表2 不同規(guī)格陽離子表

2.5 陽離子PAM藥劑投加量與污泥含水率的關(guān)系

陽離子PAM投加量對(duì)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?yàn)殡娭泻统潭仍酱?，參與吸附架橋的有機(jī)高分子也越多，脫水效果越好，故曲線呈上升趨勢(shì)；而投加量超過某一點(diǎn)時(shí)，用量增多會(huì)導(dǎo)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(diǎn)。因此相同性質(zhì)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(duì)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(guān)系

不同配制PAM濃度對(duì)污泥含水率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，當(dāng)PAM配制濃度由2‰降為0.5‰時(shí)，在相同投加量的情況下，對(duì)超磁分離后的污泥脫水率均有下降。表明PAM的配制濃度會(huì)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(shí)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(duì)污泥含水率的影響

2.7 磁種對(duì)脫水后污泥中重金屬指標(biāo)的關(guān)系

磁種由95%以上的Fe3O4構(gòu)成，而磁種的回收率達(dá)到98%以上，由于磁種而引入的重金屬問題已受到關(guān)注。但流失到污泥中的磁種量很小，對(duì)污泥中的重金屬指標(biāo)影響非常有限，污泥中的金屬指標(biāo)主要由原污水性質(zhì)而定，與磁種流失的量關(guān)系不大。由表3可以看出，污泥中各項(xiàng)重金屬指標(biāo)均滿足GB24188-2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》中相關(guān)污泥處置規(guī)范要求。

表3 某超磁分離脫水污泥中重金屬檢測(cè)數(shù)據(jù)表

3 超磁分離污泥脫水設(shè)備選型建議

在污泥脫水設(shè)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(shè)備的選型根據(jù)需要脫水程度的不同而選用不同的脫水設(shè)備，具體可以分為80%、60%2個(gè)等級(jí)，在污泥產(chǎn)量不大時(shí)脫水到80%比較經(jīng)濟(jì)，污泥脫水到80%含水率時(shí)選用的脫水機(jī)包括帶式脫水機(jī)、疊螺脫水機(jī)、臥螺離心機(jī)。

在含水率有特別要求的情況，且污泥產(chǎn)量大時(shí)則宜選用板框壓濾機(jī)、高壓板框壓濾機(jī)等設(shè)備將污泥進(jìn)一步脫水到60%以下，但相應(yīng)運(yùn)行投資成本會(huì)增加。