青草沙水库水厂藻类污泥深度脱水实例及污泥处置展望 马顺君 上海南汇自来水有限公司 主任

 

青草沙水库水厂藻类污泥深度脱水实例及污泥处置展望

 
 

马顺君 上海南汇自来水有限公司 主任

报告介绍的排泥水项目主要处理上海南汇自来水有限公司下属惠南水厂、南水厂产生的净水污泥,均由青草沙水库提供原水,合计设计供水能力达到44万m3/d,当前外部需水量小,合计日均供水量为29万m3/d。鉴于离心机及传统板框机工艺缺陷,在项目设计时降低污泥含水率,减少污泥调质药剂,提高污泥资源利用范围,该项目采用了日本石垣的ISDC-H型滤布行走式板框机(46块1.5m滤板),单台过滤面积167m2,滤室容积2146L。单台设备设计污泥处理量5tDS/d。该种滤布行走式板框机可采用无加药脱水,无加药产生的泥饼在5mm左右,在相同的挤压压力、挤压时间下,泥饼薄、含水率低,而且仍能通过滤布行走自动完成卸泥,整个卸泥过程1分钟,自动化程度高。在试运行过程中,受到青草沙水库原水季节性的藻类及冬季泥温低的影响,造成在无加药情况下夏季泥饼厚度为2~3mm,无法达到设计处理量,冬季泥饼无法成行,堵塞滤布,严重影响了板框机的处理能力及效果。在日本是通过污泥加温,降低污泥粘度,提高过滤效果,但国内水厂很少有外部热源,单独上设备加热污泥成本太高。针对这些问题,开展了青草沙水库水厂泥质分析以及污泥化学调理、滤布筛选及其化学清洗试验研究。研究结果表明,蓝绿藻类污泥只需CPAM调理,冬季硅藻类污泥需投加聚合硫酸铁(PFS)和CPAM进行复合调理,可显著降低污泥比阻、毛细吸水时间及污泥含水率,改善污泥过滤性能,并根据泥饼含水率要求辅助投加硅藻土。滤布采用化学协同高压清洗方式可恢复其透气度,单复丝滤布抗拉伸性能满足滤布行走式板框机要求。据此,通过对原板框脱水系统新增CPAM自动投配及滤布化学清洗系统,在冬季更换透气度大的单复丝滤布提高滤布抗堵塞及卸饼率,并协同投加PFS和CPAM,大幅提高了滤布行走式板框机的处理效率。对脱水后泥饼重金属、难降解有机物检测后达到园林用土标准,作为园林绿化、回填土掺用土进行资源化处置。

附PPT:

当前国内水库水厂受季节性藻类的影响,传统排泥水处理工艺是污泥重力浓缩离心脱水,脱水污泥含水率75%-85%,无法达到填埋场要求,处置困难。

当前也有水厂采用传统拉板式板框机、用FeCl3石灰进行污泥调质脱水后绝干污泥将增量30%泥饼pH10-12不利于污泥的后续处置。石灰投配系统粉尘较大,容易堵塞管道滤布,传统拉板式板框机必须配有人工卸泥,自动化程度低,许多水厂不愿意使用

今天介绍的排泥水项目处理上海南汇自来水有限公司下属惠南水厂、南水厂产生净水污泥,均由青草沙水库提供原水,合计设计供水能力达到44m3/d,当前外部需水量小,合计日均供水量为29m3/d

鉴于离心机及传统板框机工艺缺陷,在项目设计时降低污泥含水率,减少污泥调质药剂,提高污泥资源利用范围,项目采用了日本石垣的ISDC-H型滤布行走式板框机(461.5m滤板),单台过滤面积167m2,滤室容积2146L。单台设备设计污泥处理量5tDS/d

该种滤布行走式板框机可采用无加药脱水,无加药产生的泥饼5mm左右,在相同的挤压压力、挤压时间下,泥饼薄含水率低,而且仍能通过滤布行走自动完成卸泥整个卸泥过程1分钟,自动化程度高。

在试运行过程中,受到青草沙水库原水季节性的藻类及冬季泥温低的影响,造成在无加药情况下夏季泥饼厚度2-3mm无法达到设计处理量,冬季泥饼无法成行堵塞滤布,严重影响了板框机的处理能力及效果。在日本是通过污泥加温,降低污泥粘度,提高过滤效果,但国内水厂很少有外部热源,单独上设备加热污泥成本太高。

针对这些问题,首先开展了青草沙水库水厂泥质分析。

青草沙水库有效设计库容达4.38亿立方米,水库满水时满足在咸潮期最长连续68天不取水的条件下,保证连续供水。水库库容大,易受上游来水影响。

这是20161-20184月,青草沙水库原水藻密度情况表,水库容易出现季节性轻度藻类水华,藻密度超过1500cells/L1500万个/L<藻密度<10000万个/轻度水华)一般发生在4-5月、8-10月。水厂往往通过传统的加氯消毒、混凝沉淀、过滤去除藻类,因此水厂排泥水中集聚大量的藻类,有机物含量很高。

2016年青草沙藻类为例,夏季主要以蓝绿藻类的伪鱼腥藻为主,冬季主要以硅藻类的小环藻为主。

青草沙水库水厂排泥水有以下特点:

1、水厂污泥有机物含量随原水藻密度变化,一般在20%45%,有机物含量高致使污泥易发酵变,粘性增大,浓缩脱水性差容易堵塞滤布。

2、冬季泥温较低,只有5-8℃,污泥粘度增大,板框机过滤速度大幅降低,同时会造成滤布难以冲洗干净,泥饼剥离困难,处理效率较夏季降低50%

3、在我国为了消除出水中感染性微生物的影响,一般需过剩投加聚铝,满足出水0.1NTU,形成了大量亲水性氢氧化铝无机污泥,保水性好,浓缩困难。

4、根据原水中异味物质2-甲基异莰醇(2-MIB>30ng/L,由原水公司5#应急投加粉末活性炭进行去除,使水厂污泥处理量大幅增加。

根据青草沙水库特定的泥质特点,开展了一系列的药剂筛选及板框加药系统实验

首先筛选了三菱化学的药剂,最终通过比较矾花大小、单位时间滤液过滤量、过滤后污泥通过滤布手压脱水,确认脱水性,选定最佳药剂KP206BH。但是该种型号的药剂分子量1000万,粘度较大,容易过量投加堵塞滤布,加药控制难度大。

我们又筛选了kemira的乳液,选择交联和支链结构的乳液产品,最终根据矾花大小、滤液清澈度及药剂投加量情况选择C1598 (分子量600万、离子度80%),药剂分子量低,粘度小,过量投加也不会堵塞滤布。

委托石垣公司开展ISD板框小试实验(过滤面积0.01m2,单侧挤压单面过滤、滤室厚度15mm,模拟正常板框机进料压力0.5Mpa(空压机压力)、挤压压力1.5Mpa(高压氮气),处理泥饼厚度提升至15mm,处理量大幅增加。

根据药剂筛选及板框小试实验情况,我们对原板框机新增加药系统,采用在线混合方式进行加药,避免传统调质池长时间搅拌造成矾花二次破碎,提高板框机处理效率,进泥按压力PID控制。

加药量根据进泥流量采用流量PID控制,做到精准加药。

改造后泥饼厚度有4mm提升至15mm左右,大幅提升污泥处理量。这是改造后的出泥视频,泥饼厚度大幅增加,含水率并没有因为泥饼厚度增加而提高,利于污泥资源化处置。

板框加药系统使用一段时间后发现滤布出现堵塞,原有板框机自带的滤布洗装置只有8kg法有效恢复滤布透气度,于是我们开展了滤布在线化学清洗系统的研究。

上图是采用WP900型斜纹复丝编织滤布,新滤布透气度150,具有较高抗拉强度,防止滤布拉伸收缩变形后,滤布行走电机出现过载或滤布从导向辊脱落现象。但加药脱水后滤布容易堵塞,我们委托日本敖岛株式会社滤布技术部对堵塞滤布过滤面、挤压面进行透气度检测,各做五组平行样,过滤面透气度平均16.2 cm3/cm2/min,挤压面透气度平均12.2cm3/cm2/min,滤布堵塞严重。

同时开展滤布化学清洗实验,第一个是高压水洗实验:用2.0MPa水压的高压水清洗后风干;第二是酸清洗实验5%的稀盐酸浸泡17小时,接着2.0MPa高压水清洗后风干;第三个是碱清洗实验:用10%NaOH溶液浸泡17个小时,接着2.0MPa高压水清洗后风干。碱洗后滤布的透气度恢复性大,结合堵塞滤布板框机停用两天滤布干燥后又能恢复一定的处理量,浓缩污泥中有机物含量高等因素,堵塞滤布的主要原因是由有机物引起的。

安装了板框在线滤布清洗装置。首先配制5%NaOH碱液,通过气动隔膜泵将碱液从滤液管压入,穿透滤布面,从板框机进泥管排出回流至配药罐,进行循环3-5h浸泡,把滤布内的无机物从滤布中洗出,有机物分解。为了保证滤室内部能充满碱液碱液回流管必须高于污泥进料管高度才能保证碱洗效果。

完成板框机化学浸泡循环后可实现碱液回收,循环利用。

ISDC-H型滤布行走式板框脱水机冲洗压力只有8kg,化学浸泡后,板框清洗系统无法有效清布无机性堵塞物质,必须辅助人工高压冲洗(10MPa),滤布才能洗白恢复透气度

将堵塞滤布、碱洗滤布、新滤布放大60倍,能清晰发现通过化学清洗系统高压清洗,滤布透气度基本恢复。

由于冬季原水温度降低,泥温只有5-8℃,污泥粘度增大,冬季污泥中以硅藻为主容易堵塞滤布清洗周期由原先1周降低至2-3。采取如下措施:一是提高滤布透气度(透气度150提高至600-800):二是将原有复丝斜纹为单复丝斜纹编织,单丝纱是由合成纤维制成的单根的连续长丝,用这种纱线织出的滤布表面光滑平整,孔隙分布均一,不易被堵塞,但单丝滤布容易拉伸变形,故采用单丝和复丝斜纹编织的滤布,提高滤布的抗拉伸性能、抗堵塞性三是进行污泥调质试,提高板框机滤速,降低污泥含水率。

同时利用硅藻土多孔性、渗透性及PFS的混凝作用对污泥进行调质,单独投加硅藻土最佳投加量25% ;单独投加PFS最佳投加量3PFS协同硅藻土最佳投加量3+ 15% 原泥比阻1.5*1012m/kgPFS+硅藻土PFS 9.89*1011m/kgCST30降至23。(比阻小于1×1011m/kg的污泥易于脱水,大于1×1013m/kg的污泥难以脱水)。

WP900复丝滤布及S2124单复丝滤布条件下开展污泥调质上机试验,每种类型试验各做五个批次取平均值。上机试验结果表明板框机处理冬季硅藻污泥受滤布影响最大,单复丝滤布较WP900复丝滤布污泥处理量增加了近80%,根据滤液SS检测情况,污泥固体回收率并未降低。污泥在同种滤布试验情况下,PFS(投加量为3‰)协同CPAM污泥调质效果最好,在使用WP900型滤布情况下,处理量增加了25%;在使用单复丝滤布情况下,进泥量增加了9%。冬季硅藻类污泥可压缩性差,虽然通过PFS化学调理,降低污泥比阻,但污泥含水率较只采用CPAM调理下降了3%,投加15%硅藻土调质脱水后污泥含水率可降至60%以下,但硅藻土为无机惰性干物质,可使泥饼的孔隙率增加,板框系统处理能力提高,随之泥饼量也会增加,因此不能显著提高脱水机的处理量,同时还会造成管道、设备附件及滤布磨损增大,污泥调质加药易使用PFS协同CPAM调质

通过比较S2124WP900型滤布滤液,复丝滤液比较清,单复丝滤液差一点,但能满足运行条件。我最近有准备使用滤布表面光洁度更高的新型单复丝滤布,进一步提高滤布卸饼率及抗拉伸性能。

20179月将1ISDLASTA滤布行走式板框脱水机10块滤布更换成新型单复丝滤布,做为期三个月(1100处理批次)上机实验,如图所示,滤布中部出现拉伸,表面有一定褶皱,但可以通过收缩张紧螺栓调整滤布,滤布拉伸量控制在使用范围内

该项目20169月开始试运行无加药脱水,201715月进行加药系统及滤布清洗系统改造,20176月正式运行,板框机处理效率大幅提升,较2016年夏秋季同期不加药脱板框脱水系统处理量增加约6倍。

201712月,由于受冬季泥温低、硅藻影响,使用原复丝滤布堵塞严重,产量降低,1月下旬更换单复丝滤布,板框机处理效率大幅提高,含水降低,但由于冬季污泥可压缩性差,污泥含水率维持在75%

通过药剂筛选、新增加药及滤布化学清洗系统及季节性滤布调整,石垣ISDc-H型板框机较传统相同过滤面积拉板式板框机处理量提高2-3倍,污泥年平均含水率68%能适应藻类污泥季节性变换。板框机及配套设备小型化(进泥泵、挤压泵、加药泵及药剂制备系统)。

根据20175-20184月运行数据统计,全年运行费用250万(29m3/d),净水单价增加0.025/m3

对脱水后泥饼重金属、难降解有机物检测后达到园林用土标准,作为园林绿化、回填土掺用土进行资源化处置。

近年来自来水污泥处理的技术主要有加温无药脱水、高压挤压脱水、膜浓缩协同天然干燥、电渗透,如需将自来水污泥制成再生土可有效提高自来水污泥的资源化利用率,主要有:破碎后太阳能干化或低温干化处置。加温无加药脱水是主流工艺,在无热源前提下可采用投加PAM配合滤布行走式板框机进行深度脱水。

净水污泥可分别在农业、建材、砖窑原料领域进行利用

根据日本水道协会资料,2008年日本净水绝干污泥量27.8万吨,污泥资源化利用率63%(东京都:园艺用土、回填土62%、水泥原料20%、填埋18%;大阪府:园艺回填土9%、水泥原料48%、填埋43%)。

日本朝霞水厂170m3/d,日本第二大水厂,隶属东京都水道局,采用污泥加温无加药脱水工艺,14台石垣ISD-G型滤布行走式板框机。

3-5mm厚的泥饼经破碎后,作为园林绿化用土使用。

通过将脱水后泥饼放置6天发现泥饼干裂,有较高的强度,净水污泥中有机物主要为藻类、微生物,易腐败的有机物较少,经板框脱水后的污泥可采用破碎后,利用太阳能污泥干化,进一步降低污泥含水率,提高污泥资源化利用范围。

如净水污泥使用在农业用土、家庭园艺用土及土壤改良土中,可采用破碎、低温干化、筛分造粒再生土制作工艺,来抑制杂草种子发芽和杀菌。通过污泥造粒设备调整粒径,实现净水污泥不同的再生品规格,使净水污泥实现资源化利用。



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