化工生化剩余污泥穩(wěn)定化工藝

與市政剩余污泥相比，石油化工企業(yè)產(chǎn)生的生化剩余污泥性質(zhì)復(fù)雜，濃縮困難，脫水和處理難度大，成為困擾煉化企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保難題?；なＳ辔勰喑：形⑸镆种瞥煞郑瑐鹘y(tǒng)的污泥消化工藝處理效果不佳?；どＳ辔勰嘀杏袡C(jī)污染物的積累和分布并不穩(wěn)定，有機(jī)污染物一直處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)，因?yàn)槲降茸饔脤?dǎo)致污泥中的有機(jī)污染物成分復(fù)雜，難以處理。中國石化石油化工科學(xué)研究院（簡稱石科院）通過十幾年的探索，開發(fā)出一種化工生化剩余污泥穩(wěn)定化技術(shù)，并成功開展了工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。該技術(shù)通過破壞生化剩余污泥的膠體結(jié)構(gòu)，將有機(jī)物轉(zhuǎn)移到液相中，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化，大幅度提高污泥沉降性能；將污泥中的大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，提高其可生化性，為污泥的最終處置創(chuàng)造有利條件。筆者以中南某化工廠生化剩余污泥為原料，采用石科院自主研發(fā)的剩余污泥穩(wěn)定化技術(shù)，開展工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。

1、工藝流程及試驗(yàn)方法

1.1 工藝流程

石科院研發(fā)的化工生化剩余污泥穩(wěn)定化技術(shù)工藝流程如圖1所示。生化系統(tǒng)濃縮池污泥排口與污泥穩(wěn)定化裝置污泥進(jìn)口管連接，濃縮污泥經(jīng)螺桿泵進(jìn)入換熱器，與加入的污泥穩(wěn)定劑一同升溫，然后進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物進(jìn)入分離器進(jìn)行固液分離，分離出的殘留固相經(jīng)過脫水，再由螺桿外輸裝車，上清液則經(jīng)管道輸送至污水處理系統(tǒng)，與污水混合后進(jìn)行生化處理。該裝置為撬裝式，運(yùn)輸和安裝都十分方便，具有操作簡單、管理方便的特點(diǎn)，并且裝置運(yùn)行自動(dòng)化程度高，主要工藝參數(shù)全部采用自動(dòng)控制。

1.2 試驗(yàn)材料

以中南某化工廠生化剩余污泥為原料，該濃縮池污泥pH值為6.8~7.5，MLSS為13109～17103mg/L，MLVSS為8509～11315mg/L，毛細(xì)吸水時(shí)間（CST）為272~295s。吳春旭等人選取我國南北方地區(qū)各5座典型的污水處理廠，對(duì)污泥基本性質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示市政剩余污泥的MLVSS/MLSS為35.44%~60.11%，主要集中在35.44%~50.01%?；どＳ辔勰嗟?/span>MLVSS/MLSS在65%~68%之間，與市政剩余污泥相比有機(jī)物含量更高，這是由于化工廠廢水的COD濃度較高，剩余污泥吸附了大量有機(jī)物。這導(dǎo)致化工剩余污泥的脫水更加困難，CST較市政剩余污泥更大。

1.3 試驗(yàn)方法

3月1日―12日：工藝流程優(yōu)化；3月13日―26日：開車試運(yùn)行；3月27日―6月3日：連續(xù)工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。連續(xù)工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)期間主要考察穩(wěn)定劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)化工生化剩余污泥穩(wěn)定化率、減量率、泥餅含水率的影響。

1.4 分析項(xiàng)目與方法

MLSS、MLVSS：參照《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》（CJ/T221―2005）；pH：玻璃電極法；CST：CST測定儀；COD：重鉻酸鹽法；BOD5：稀釋與接種法。剩余污泥穩(wěn)定化率=(MLVSS反應(yīng)前-MLVSS反應(yīng)后)/MLVSS反應(yīng)前;剩余污泥減量率=(剩余污泥質(zhì)量反應(yīng)前-剩余污泥質(zhì)量反應(yīng)后)/剩余污泥質(zhì)量反應(yīng)前。

2、結(jié)果與討論

2.1 化工剩余污泥的基本性質(zhì)

側(cè)線試驗(yàn)期間，每天監(jiān)測化工生化剩余污泥的基本性質(zhì)，結(jié)果如圖2所示。可以看出，化工剩余污泥濃縮池出泥含水率維持在98.5%左右，MLVSS/MLSS維持在65%左右，且從3月27日起，濃縮池污泥性質(zhì)基本穩(wěn)定，故從3月27日開展連續(xù)工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。

2.2 穩(wěn)定劑用量對(duì)化工污泥處理效果的影響

2.2.1 對(duì)MLVSS/MLSS的影響

在反應(yīng)溫度為180℃、反應(yīng)時(shí)間為2h的條件下，考察不同穩(wěn)定劑用量對(duì)化工污泥MLVSS/MLSS的影響，重點(diǎn)監(jiān)測濃縮池出口剩余污泥與儲(chǔ)罐中反應(yīng)后剩余污泥的MLVSS/MLSS，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，反應(yīng)前剩余污泥的MLVSS/MLSS穩(wěn)定在70%左右，而反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS大幅下降。當(dāng)穩(wěn)定劑用量為0時(shí)，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS在40%左右，這說明單純的熱處理可以破壞污泥結(jié)構(gòu)，使污泥中的有機(jī)物含量降低，將一部分不溶性的大分子有機(jī)物分解成可溶性的小分子有機(jī)物，進(jìn)而使得污泥MLVSS降低；當(dāng)穩(wěn)定劑用量/MLVSS=0.35時(shí)，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS在30%左右，這說明穩(wěn)定劑和熱處理可協(xié)同降低污泥中的有機(jī)物含量；當(dāng)穩(wěn)定劑用量/MLVSS繼續(xù)提高到0.38~0.63時(shí)，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS可降至25%左右，污泥中的有機(jī)物含量被進(jìn)一步降低；當(dāng)穩(wěn)定劑用量/MLVSS提高到0.70~0.95時(shí)，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS降至20%左右。以上數(shù)據(jù)表明，使用穩(wěn)定劑后，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS可以從40%降至20%，穩(wěn)定劑在降低污泥中有機(jī)物含量上起關(guān)鍵作用。

2.2.2 對(duì)化工污泥穩(wěn)定化率的影響

在反應(yīng)溫度為180℃、反應(yīng)時(shí)間為2h的條件下，考察穩(wěn)定劑用量對(duì)污泥穩(wěn)定化率的影響，結(jié)果如圖4所示?？芍?，污泥穩(wěn)定化率均值隨穩(wěn)定劑用量的增加而升高，在不加入穩(wěn)定劑的條件下，污泥穩(wěn)定化率可以達(dá)到41%，這說明僅通過高溫，污泥中有40%左右的有機(jī)物可以直接被分解成溶于水的小分子有機(jī)物進(jìn)入液相；當(dāng)穩(wěn)定劑用量/MLVSS從0提高到0.35時(shí)，污泥穩(wěn)定化率均值從41%提高到51%，這說明投加穩(wěn)定劑可以提高污泥穩(wěn)定化率；當(dāng)穩(wěn)定劑/MLVSS從0.35提高到0.38時(shí)，污泥穩(wěn)定化率均值從51%提高到63%；當(dāng)穩(wěn)定劑/MLVSS繼續(xù)提高到0.63時(shí)，污泥穩(wěn)定化率變化不大；當(dāng)穩(wěn)定劑/MLVSS繼續(xù)提高到0.70時(shí)，污泥穩(wěn)定化率提高到70%以上；當(dāng)穩(wěn)定劑/MLVSS從0.70提高到0.95時(shí)，污泥穩(wěn)定化率變化不大，穩(wěn)定在70%以上，最高可達(dá)到73%。以上說明，投加穩(wěn)定劑后，反應(yīng)后污泥穩(wěn)定化率可以從41%提高至73%，穩(wěn)定劑在提高污泥穩(wěn)定化率上起關(guān)鍵作用。

2.2.3 對(duì)化工污泥減量率的影響

污泥減量率是評(píng)價(jià)污泥處理效果的關(guān)鍵指標(biāo)，影響剩余污泥減量率的因素主要是進(jìn)反應(yīng)器污泥質(zhì)量和壓濾機(jī)出口污泥質(zhì)量，其中進(jìn)反應(yīng)器污泥質(zhì)量與污泥流量有關(guān)，壓濾機(jī)出口污泥質(zhì)量與泥餅含水率有關(guān)。在反應(yīng)溫度為180℃、反應(yīng)時(shí)間為2h的條件下，穩(wěn)定劑用量對(duì)污泥減量率的影響如圖5所示?？梢钥闯?，增加穩(wěn)定劑用量可以降低泥餅含水率，當(dāng)不使用穩(wěn)定劑時(shí)，泥餅含水率均值在67%左右，相較于生化剩余污泥直接壓濾后的含水率80%有大幅度降低，這是由于熱水解可以改善污泥的脫水性能；當(dāng)投加穩(wěn)定劑后，泥餅含水率可降至60%以下，污泥減量率穩(wěn)定在98.5%以上，且隨著穩(wěn)定劑用量的增加而升高，這是由于穩(wěn)定劑可以進(jìn)一步提高反應(yīng)后生化剩余污泥的脫水性能。穩(wěn)定劑的作用是促進(jìn)熱水解進(jìn)一步分解污泥中的胞外聚合物，從而釋放出污泥中的毛細(xì)水和吸附水，大幅度降低泥餅含水率。

綜上，確定最佳穩(wěn)定劑用量為穩(wěn)定劑用量/MLVSS=0.70。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)化工污泥處理效果的影響

2.3.1 對(duì)MLVSS/MLSS的影響

在最佳穩(wěn)定劑用量的條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)化工污泥MLVSS/MLSS的影響，結(jié)果如圖6所示。可以看出，反應(yīng)前污泥的MLVSS/MLSS均在60%~70%之間，而經(jīng)過穩(wěn)定化處理后，污泥的MLVSS/MLSS均在20%~30%之間。當(dāng)反應(yīng)溫度從160℃提高到180℃時(shí)，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS略有下降，這說明提高溫度對(duì)反應(yīng)后污泥MLVSS/MLSS的降低作用不明顯。該結(jié)果與生化剩余污泥直接熱水解的結(jié)果一致，隨著溫度的提高，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS略有下降。

2.3.2 對(duì)化工污泥穩(wěn)定化率的影響

在最佳穩(wěn)定劑用量條件下，反應(yīng)溫度對(duì)化工污泥穩(wěn)定化率的影響見圖7。當(dāng)反應(yīng)溫度從160℃升高到170℃時(shí)，污泥穩(wěn)定化率明顯提高，這說明升高溫度有助于提高污泥穩(wěn)定化率；當(dāng)反應(yīng)溫度在170~180℃之間變化時(shí)，污泥穩(wěn)定化率變化不大。

2.3.3 對(duì)化工污泥減量率的影響

在最佳穩(wěn)定劑用量的條件下，反應(yīng)溫度對(duì)化工污泥減量率的影響如圖8所示。可以看出，在反應(yīng)溫度從160℃提高到180℃的過程中，污泥減量率略有升高，這說明提高反應(yīng)溫度有助于提高污泥減量率。當(dāng)反應(yīng)溫度在160~170℃之間時(shí)，泥餅含水率在60%以上，繼續(xù)提高反應(yīng)溫度，泥餅含水率進(jìn)一步降低，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到175℃時(shí)，泥餅含水率降至60%以下。王治軍等人利用熱水解得出相似結(jié)果。

綜上，確定最佳反應(yīng)溫度為175℃。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)化工污泥處理效果的影響

2.4.1 對(duì)MLVSS/MLSS的影響

在最佳穩(wěn)定劑用量和反應(yīng)溫度條件下，考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)化工污泥MLVSS/MLSS的影響，結(jié)果如圖9所示?？梢钥闯?，隨著反應(yīng)時(shí)間的縮短，反應(yīng)后污泥的MLVSS/MLSS略有升高，但均在30%以下，這說明在反應(yīng)時(shí)間為1.5h以上時(shí)，該技術(shù)可大幅度降低污泥中的有機(jī)物含量。

2.4.2 對(duì)化工污泥穩(wěn)定化率的影響

在確定穩(wěn)定劑用量和反應(yīng)溫度的條件下，不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)化工污泥穩(wěn)定化率的影響如圖10所示。可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的縮短，污泥穩(wěn)定化率略有下降，這說明延長反應(yīng)時(shí)間可提高污泥穩(wěn)定化率；但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)時(shí)間在2~2.5h范圍內(nèi)變化時(shí)，污泥穩(wěn)定化率變化不明顯，均在60%以上。

2.4.3 對(duì)化工污泥減量率的影響

在確定穩(wěn)定劑用量和反應(yīng)溫度的條件下，不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)化工污泥減量率的影響如圖11所示?？梢钥闯?，隨著反應(yīng)時(shí)間的縮短，泥餅含水率不斷升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在2h以上時(shí)，泥餅含水率均值在60%以下；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1.5h時(shí)，泥餅含水率均值大于60%。污泥減量率隨反應(yīng)時(shí)間的降低變化不大，均保持在98%以上，這是由于污泥含水率在60%左右時(shí)，再繼續(xù)小幅度（5%）降低含水率對(duì)污泥減量效果影響不大。

綜上，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為2h。

2.5 最佳條件下生化污泥的處理效果

在最佳處理?xiàng)l件下，即在穩(wěn)定劑/MLVSS=0.70、反應(yīng)溫度為175℃、反應(yīng)時(shí)間為2h的條件下，化工生化剩余污泥的穩(wěn)定化率可達(dá)到66%以上，減量率達(dá)到98.9%以上，處理后泥餅含水率在60%以下；污泥脫水液pH呈中性，BOD5/COD在0.3以上，屬于易生化處理的污水，且該股水量較少，可以直接送至污水廠進(jìn)行處理。

3、結(jié)論

石科院自主研發(fā)的剩余污泥穩(wěn)定化技術(shù)可有效處理化工生化剩余污泥，污泥穩(wěn)定化率可達(dá)到66%以上，污泥減量率可達(dá)到98%以上，處理后泥餅含水率在60%以下。最佳處理?xiàng)l件如下：穩(wěn)定劑/MLVSS=0.70，反應(yīng)溫度為175℃，反應(yīng)時(shí)間為2h。（來源：中國石化石油化工科學(xué)研究院）