团队成员在工厂进行大生产试验□ 晏永祥 文/图
高有机质污泥是指污泥中有机质含量高于50%的污泥，其主要特性是含水率高（可高达99%以上），有机物含量高，容易腐化发臭。污泥中有机质含量越高，其多糖、蛋白质和菌胶团含量越高，污泥黏性也越强，越难脱水处理，但其热值也越高，越有利于焚烧和资源化利用，经济价值也越高。焚烧处置能彻底解决高有机质污泥的无害化和资源化利用问题，也是国内外普遍认可的污泥有效处置方法，难点是高有机质污泥黏性强，深度脱水难，脱水成本高。研究团队针对高有机质污泥的特点进行研究，攻克了其脱水难题并初步实现了产业化。
高有机质污泥的特点
高有机质污泥具有如下特点：含水率高，其水分包括自由水、毛细结合水、表面吸附水和细胞内部水；细菌和其他微生物组成的菌胶团、多糖、脂肪和蛋白质胶体含量高，超过污泥总质量的50%；细菌内存在较多的脂肪和蛋白质水解物；多糖、脂肪和蛋白质胶体受热易变性；多糖、脂肪和蛋白质胶体酸性条件下易水解；无机颗粒、细菌和其他微生物组成的菌胶团等都是带负电的物质；污泥中含有的大量微生物和蛋白质，容易导致腐败发臭。
高有机质污泥调理药剂开发
目前，用于污泥脱水调理的化学药剂包括无机药剂和有机药剂两大类，无机药剂主要是氯化铁、聚氯化铝、聚氯化铝铁、硫酸铝、硫酸亚铁和聚合硫酸铁等、无机混凝助剂，如石灰、煤灰、煤粉和硅藻土等，有机药剂主要是聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚胺和聚丙烯酰胺等。高有机质污泥难调理脱水，有机质含量越高越难调理，能否破解这个问题，是实现高有机质污泥深度脱水的关键。
为了解决这个问题，研究团队对传统污泥调理药剂进行优化和改造，在药剂中增加了降解多糖、脂肪和蛋白质胶体的成分，提高药剂的混凝能力，开发出新一代有机、无机复合物HQ系列污泥调理药剂。
实践表明，HQ系列污泥调理药剂用量只需要传统无机药剂用量的20%~40%，可将脱水污泥含水率直接降低到45%以下。今年7月份，研究团队在江西南昌洪城环境(8.780, 0.00, 0.00%)城北和城东两个大型污水处理厂进行了大生产试验，试验过程中使用这两个厂的压滤机，没有改变他们的生产工艺和生产条件，只是用团队开发的高效污泥调理剂HQ220替代原来的药剂生产，其中城北污水处理厂原来用聚氯化铝和聚丙烯酰胺组合进行调理，城东污水处理厂原来用聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺组合进行调理，原来他们的脱水污泥含水率都为60%左右，切换药剂生产后，城东和城北厂污泥含水率都达到45%以下，分别降到了42%和43%，是该厂投产以来所有供应商大生产试验污泥含水率最低的一个。
污泥脱水处理工艺及设备开发
采用化学调理是目前国内较为主流的处理工艺，在污泥中加入适量的化学调理药剂，使污泥颗粒絮凝，从而提高污泥的脱水性能。
目前，工业上污泥化学调理大多是这样处理的，先用叠螺机对污泥进行浓缩，将污泥浓度从99%浓缩到95%左右，然后加入污泥调理剂进行间歇调理，即分批次进行调理，每次调理50m3到500m3不等，所用到的污泥调理设备为带搅拌的50m3到500m3不等的污泥调理池。这样处理存在的问题是污泥浓缩为连续进行，污泥调理为间歇进行，且由于污泥调理池体积较大，污泥与调理药剂混合不充分，经常出现污泥调理不好的现象。另外，由于池底抽不干净，每次调理污泥都会有20%左右的污泥进行了重复调理，这样既浪费了药剂，又降低的调理设备产能。为此，研究团队开发了污泥连续浓缩和连续调理工艺，即浓缩后的污泥直接进入我们开发的污泥连续调理设备调理，不需要分批调理，由于污泥调理设备体积小，污泥与药剂混合充分，污泥调理效率高，解决了长期以来污泥间歇调理造成的污泥调理效率低和污泥重复调理的问题，污泥连续调理可以实现自动化管理，相同污泥处理系统，污泥调理效率可提高30%以上，药剂用量可减少10%。
国内外运用较多的脱水设备主要有带式压滤机，板框压滤机和螺旋压滤脱水机，都有着各自的优点和缺点。我们的研究选用了压榨压力为2.0MPa的隔膜板框压滤机，实验室所用压滤机为0.5m2，产业化研究压滤机为100m2。
污泥深度脱水处理技术产业化合作
湖南国祯环保科技有限责任公司是安徽国祯环保节能科技股份有限公司的子公司。该公司在全国管理运营不同工艺的污水处理厂100多座，运营规模400多万吨/日。2021年3月，长沙理工大学与湖南国祯环保科技有限责任公司合作，开发污泥深度脱水产业化技术。目前，第一个污泥脱水示范项目已在湖南国祯环保科技有限责任公司衡阳县污水处理厂建成投产，该项目为技术改造项目，采用污泥浓缩与连续调理工艺替代原来的间歇调理工艺，压滤机为3台山东景津压滤机厂生产的隔膜板框压滤机，最高压力为2.0MPa，改造后，项目一次试车成功。
衡山县污水处理厂，原来用氯化铁和石灰作为污泥调理剂，污泥调理采用间歇调理工艺，车间地面经常有白色的石灰粉末，风一吹车间设备都变成白色的了，车间工人需要戴上口罩工作，生产车间污染严重，生产时石灰投加量大，吨泥药剂成本高达400元以上，项目改造后，污泥调理采用连续调理，该项目使用污泥调理剂HQ220，吨泥药剂用量仅需要60kg，吨泥药剂成本不到200元，污泥含水率达到50%以下，最低含水率可达42%，新工艺与原来生产工艺对比，不仅提高了污泥调理效率和调理质量，减少了药剂用量，还将压滤机一周期工作时间从原来的5个多小时缩短到3小时，污泥产量提高了30%，明显降低了设备的运行费用，电费统计每吨泥耗电由原来的80多度降低到50度。
晏永祥教授及其团队，创新研发出的复合污泥无氯调理剂和污泥浓缩与连续调理工艺，突破了污泥处理与处置难点，能处理高脱水率市政污泥，通过压滤机直接将污泥脱水至含水率50%以下，最低达到40%，直接用于污泥焚烧处理。该技术提高了污泥调理效率，使压滤机工作效率提高了30%，降低了污泥处理处置成本，在实现污泥处理无害化推进资源化方面作出了积极贡献。未来，随着人们对生态环境要求的提高，水污染防治和污泥脱水处理处置的要求将越来越高，晏永祥教授及其团队聚焦于污水深度处理和污泥脱水处置等重点难点问题，持续耕耘于科研一线，将为守护祖国绿水青山贡献更多力量。
（作者单位：湖南碧汇泉环保科技有限公司）
