CN101367597A - 一种用于污泥脱水的絮凝剂及污泥脱水方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的4.92％～10.18％；聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的4.38～5.33％；其优点是污泥比阻抗值低、脱水后滤饼的含固率高。污泥脱水的方法，絮凝剂添加的方法是先加聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟，调污水污泥的pH值为6～8；再加聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。其优点是絮凝剂和固体颗粒能充分接触，利于絮凝剂捕集胶体颗粒，使絮凝剂的浓度分布均匀；不会将大颗粒搅碎变成小颗粒，不会将能沉淀的颗粒搅碎成不易沉淀的颗粒，从而提高絮凝效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于污泥脱水的絮凝剂及污泥脱水方法，特别是涉及一种由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成的用于污泥脱水的絮凝剂及污泥脱水方法。
背景技术
污泥处理的关键是污泥脱水，这类污泥一般含水高达80％左右。污泥中的水分按其存在状态共分为四种：1)间隙水，间隙水是污泥颗粒包围的游离水分，一般占污泥总含水量的70％左右；2)毛细水，毛细水是污泥颗粒之间或颗粒裂隙中由于毛细作用与污泥颗粒结合在一起的水分，占总水量的20％左右；3)吸附水，吸附水是由于表面张力的作用吸附在污泥颗粒表面的水分，由于污泥颗粒小，具有极强的表面吸附力；4)结合水，结合水是包含在污泥中微生物细胞体内的水分，只有改变污泥颗粒的内部结构才能将结合水分离；结合水和吸附水一起占污泥中总含水量的10％左右。
间隙水理论上容易脱除，但是由于污泥是由絮状的胶体集合而成，颗粒很细而且很软。由于软颗粒具有一定的压缩性，当外力增加时，颗粒会在过滤介质表面形成一层孔隙非常小的“膜”，从而使水很难通过，脱水也就显得异常困难。
单纯使用机械脱水，脱水后污泥的含水率在70％以上，是污泥特殊性质所决定的。污水污泥在含水55％至65％之间，形成一个称之为“粘胶相区”的区域，这时的污泥呈粘浆状，水分子被一层胶体包裹，一般机械挤压方法很难将污泥中的水释出。试验证明，这种现象在污泥含水60％至65％间尤为严重。如果污泥能脱水至含水率重量比为60％以下，甚至到55％以下，突破了污泥这个“粘胶相区”，污泥就有了较好的分散性，就为污泥的进一步处理或处置创造了好的条件。基于此，脱水剂大量适用于污泥脱水中。
脱水剂中的絮凝剂可使溶胶脱稳，利于溶胶聚沉.好的聚沉剂应是相对分子量很大的线型聚合物，如聚丙烯酰胺及其衍生物，其相对分子量可高达几百万.聚沉剂可以是离子型的，也可以是非离子型的.其聚沉的机理是：
(1)搭桥效应:一个长碳链的高聚物分子可以同时吸附在许多个分散相微粒上，通过“搭桥”把胶粒联结在一起，引起聚沉.
(2)脱水效应:高聚物分子由于亲水作用强，其溶解与水化作用使胶粒脱水，失去水化外壳而聚沉.
(3)电中和效应:离子型高聚物吸附在带电的胶粒上而中和了胶粒的表面电荷，使粒子间的斥力势能降低，而使溶胶聚沉.
若在溶胶中加入较多的高分子化合物，许多个高分子化合物的一端吸附在同一个分散相粒子的表面上，或者是许多个高分子线团环绕在胶体粒子周围，形成水化外壳，将分散相粒子完全包围起来，对溶胶则起保护作用。
聚沉是水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集的过程。在溶胶中加入电解质与加入高分子化合物都可令溶胶聚沉，但其机理是不同的。
当在分散体系加入无机电解质时，主要通过电性中和，压缩双电层，降低斥力电位，从而减少微粒间的排斥能，达到聚沉的目的，这种作用称为凝聚作用；而在溶胶中投入高分子化合物时，主要是利用高分子化合物能在分子上吸附多个微粒的能力，通过搭桥效应将许多微粒聚集在一起，形成一些较大体积的松散絮，达到聚沉的目的，这种作用称为絮凝。絮凝对胶体有网捕或卷扫的作用。比如，当铝盐或铁盐絮凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离。这种作用基本上是一种机械作用，所需絮凝剂量与原水杂质含量成反比，即原水胶体杂质含量少时，所需絮凝剂多，反之亦然。
在污泥脱水中，经本发明人的大量研究和试验结果表明，从检测结果判断絮凝剂的好坏，主要看投入絮凝剂后污泥的比阻抗值和脱水后污泥滤饼的含固率。
污泥过滤比阻抗值是表示污泥过滤特性的综合性指标，它的物理意义是：单位质量的污泥在一定压力下过滤时，在单位过滤面积上的阻力
比阻抗值越低，表明污泥脱水性能越好；脱水后污泥滤饼的含固率越高，表明脱水效果越好。因为过滤的最终目的是要看泥饼含水率的，所以滤饼的含固率是评价絮凝剂用于污泥脱水效果最决定性的因素。
絮凝剂分类有无机絮凝剂、有机合成高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂、微生物絮凝剂、复合絮凝剂等。
无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐，从20世纪60年代开始无机盐聚合物的研究。使用无机盐聚合物类絮凝剂效果好，残留在水中的铝、铁离子少，而且易生产、价廉、使用范围广，在我国实际用量占絮凝剂总量的80％以上。
加入铁盐时，pH值>12，才能形成较好的污泥絮体颗粒，也就是加入的碱性物质的量较大，当pH值>8时污泥中的有机氮被还原成氨，大量的氨给环境造成二次污染，同时带入无机成分，增加了污泥量和进一步处理的难度。因此一般不使用铁盐，而使用铝盐。
铝盐包括：硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝。在加入铝盐之前，先加入石灰调节pH值6～8，再加入铝盐，此时生成带正电荷的高价氢氧化物聚合体，有利于中和污泥颗粒的负电荷。同时在中性介质中，污泥的有机氮不会被破坏，不会因此而生成大量的氨气导致二次环境污染。当铝盐的pH值>8.2时高价氢氧化物聚合体成为铝酸离子丧失了絮凝作用。铝盐中效果较好的为聚合氯化铝，但单独添加聚合氯化铝，虽然污泥的比阻抗值较小，但污泥的含固率很低。
有机合成高分子絮凝剂投加量少，一般在2％以下效果较好，形成的絮体大，而且刚性大，容易压缩，不增加泥量，无腐蚀性。常用的有机絮凝剂有：聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等。有机高分子絮凝剂中效果较好的为聚丙烯酰胺，但单独添加聚丙烯酰胺，虽然滤饼的含固率较高，但污泥的比阻抗值也很高。
天然高分子絮凝剂易生物降解，本身或中间降解产物对人体无毒，具有选择性大、价廉等优点。乙烯基单体与淀粉的接枝共聚反应产生的淀粉衍生物是很好的工业絮凝剂，淀粉磷酸酯和淀粉黄原酸脂絮凝剂及壳聚糖、甲壳素类絮凝剂已在工业上大量应用。天然高分子絮凝剂中淀粉磷酸酯效果较好，添加淀粉磷酸酯，滤饼的含固率较低，污泥的比阻抗值较高。
微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，然而目前微生物絮凝剂的研究还处于菌种筛选的实验室研究阶段，所用成本较高，一些工艺条件不太成熟，离工业化生产还有一定的距离。
在专利号为01136287.1、名称为空气搅拌、污泥回流化学絮凝沉淀污水处理方法的发明专利中，公开了絮凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酰胺，其Al3+：TP为1.5-2.5：1，高分子助剂聚丙烯酰胺的投加量为0.1-0.5mg/L，TP为总磷，由于其聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的配比及其投入量相对污泥的重量比不属于最佳，因此其污泥的比阻抗值高，滤饼的含固率低。
专利号为200510086739.x、名称为一种适于微生物法处理生活污水污污泥的脱水方法的发明专利，公开的助滤剂由用量为每升剩余污泥加0.2-0.6g的粉煤灰、用量为干污泥量质量比为4-6％的氯化铝、用量为每升剩余污泥加0.03～0.05g的聚丙烯酰胺组成；剩余污泥的含水率99.4-99.8％。在本发明中，聚丙烯酰胺的用量太大，氯化铝和聚丙烯酰胺的配比不合理，因此其污泥的比阻抗值高，滤饼的含固率低，其脱水性能差。
现有的脱水方法，包括专利号为01136287.1和200510086739.x公开的脱水方法，在加入氯化铝和聚丙烯酰胺时，没有先快搅再慢搅；在混合阶段，氯化铝和聚丙烯酰胺不能迅速、均匀地与水混凝并进行水解和缩聚反应；在絮凝阶段，不能给污泥提供适宜的紊动性，难以形成尺寸较大的絮凝体。上述脱水方法，脱水效果差，最终脱水效果一般为70％以上。专利号为200510086739.x脱水后污泥的含水率重量比只能达到76.5％～79.0％。
现有的脱水方法，脱水时注入压力采取恒压的工作方式。过滤时，滤出液体体积与过滤压力成正比，采取恒压的工作方式，泥饼迅速形成，其密致度也迅速增加，滤饼在刚形成时就处于很密致的状态。因此恒压的工作方式，加大了过滤阻力，过滤阻力抵消了过滤压力，使过滤性能也迅速降低，最终脱水效果一般为70％以上。
发明内容
本发明的絮凝剂要解决的技术问题是，降低污泥比阻抗值，提高脱水后滤饼的含固率，提高脱水性能和脱水效率。
本发明的污泥脱水方法要解决的问题是，絮凝剂投入水中后，混合阶段能迅速、均匀地与水混凝并进行水解和缩聚反应，絮凝阶段使水流具有适宜的紊动性。
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，其特征在于：絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的4.92％～10.18％；聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的4.38～5.33％。
因为无机聚合氯化铝絮凝剂的主要作用是凝聚，而聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的主要作用是絮凝，二者混合有很好的互补作用，能获得较好的絮凝效果。使用上述配比的絮凝剂后，污泥的比阻抗值接近最低，滤饼的含固率接近最高，脱水性能好，性价比高。
作为改进，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的5.06％，可降低污泥的比阻抗值，提高滤饼的含固率。
作为改进，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的9.92％。使用上述配比的助剂后，其污泥比阻抗值约6.435×108cm/g，达到最低，其滤饼的含固率约为0.2351，达到最高。
一种使用上述絮凝剂的污泥脱水的方法：絮凝剂添加的方法是先加聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟，调污水污泥的pH值为6～8；再加聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
上述脱水方法，絮凝剂投入水中后，在混合阶段快搅，使絮凝剂迅速、均匀地与水混凝并进行水解和缩聚反应，微絮粒也将形成。在絮凝阶段慢搅，使水流具有适宜的紊动性，以便絮粒进一步碰撞聚集，最后形成尺寸较大的絮凝体。
上述脱水方法，絮凝剂投入水中后，不会造成搅拌速度太小以及时间太短，使絮凝剂和固体颗粒能充分接触，利于絮凝剂捕集胶体颗粒，使絮凝剂的浓度分布均匀；也不会造成搅拌速度过大、时间过长，不会将大颗粒搅碎变成小颗粒，不会将能沉淀的颗粒搅碎成不易沉淀的颗粒，从而提高絮凝效果。
作为脱水方法的改进，用板框压滤机压滤脱水，污泥注入压力递进式增加，即将调制完成的污水污泥以一定进泥压力注入压滤机时，过滤开始，此时即有滤液排出，注满时，滤液排出流量为V1；随着过滤时间增加，滤液排出流量逐渐减少，当滤液排出流量低于1/2 V1时，将污泥注入压力提高一个档次，此时滤液排出流量会增大到V2；又当滤液排出流量低于1/2 V2时，再将污泥注入压力提高一个档次，以此方式递增至设定压力，递增至设定压力时停止进料并保压，然后再隔膜挤压。
根据卡门过滤基本方程式，过滤时，滤出液体体积与过滤压力成正比，但是随着压力的增大，泥饼迅速形成，其密致度也不断增加。泥饼在滤室中是一层一层地加厚而形成的，注入压力采取递增施压的工作方式，泥饼的密致度均匀增加，而不是在滤饼刚形成时就处于很密致的状态，减小过滤阻力、提高过滤性能。
作为污泥脱水方法的改进，进泥压力为0.2MPa，过滤压力每提高一个档次提高0.2MPa，逐级升至1.6MPa时停止进料并保压10分钟，再以2.5MPa压力进行隔膜挤压20分钟，可进一步降低污泥比阻抗值，提高滤饼的含固率，也就是可提高脱水率。
作为污泥脱水方法的又一改进，污泥脱水中，板框压滤机的污泥分配器的一个端面上沿径向方向设有将污泥导入滤板滤腔的导流槽；导流槽为螺旋状。
污泥在高压泵的作用下是以旋转方式注入压滤机的，旋转方式注入的污泥通过螺旋状的导流槽将污泥推入滤板滤腔，不会改变污泥注入的运动方向，既提高了污泥注入滤板的速度，也提高了污泥注入过滤滤板的均匀性，实现了滤饼厚薄均匀、滤饼含水率均匀分布的目的。
作为污泥脱水方法的改进，污泥脱水中，板框压滤机的滤板为15％的聚丙烯玻纤复合增强材料一次成型而成；在滤板的正反两面设有滤腔，在滤腔的底面密布有凸起粒子，凸起粒子沿滤板中心通孔向外呈螺旋状辐射均匀分布。
滤板选用15％的聚丙烯玻纤的复合增强材料一次成型制作，滤板刚性与韧性都较好，能够达到刚柔平衡，满足生产工况的需求。
污泥在高压泵的作用下是以旋转方式注入压滤机的，凸起粒子沿压滤机污泥注入通孔向外呈螺旋状辐射分布，这样就使进入滤腔的污泥可以顺着凸起胶粒的螺旋状“通道”流动，降低了凸起胶粒的阻力，增加了注入污泥在滤腔里的流动性，从而更有效地保证了污泥在滤板里的均匀性。
作为污泥脱水方法的改进，污泥脱水中，板框压滤机的滤布采用单缕的丙纶纤维缎织而成，丙纶纤维的截面形状为方梯形；方梯形截面纤维编织滤布的滤孔为锥形孔，出滤液一侧的孔径为0.058mm，进滤液一侧的孔径为0.106mm，滤布进滤液一侧的规格相当于150目。
采用丙纶/缎织/单缕/150目规格的滤布，其过滤性能与丙纶/缎织/单缕与锦纶/缎织/单缕的过滤性能基本相同，比涤纶/缎织/单缕优，而150目与300目差别不大，500目时过滤性能降低。因为丙纶比锦纶便宜，150目又比300目便宜，所以，采用丙纶/缎织/单缕/150目规格的滤布，过滤效果好，价格便宜。
利用纤维的梯形界面，编织出锥形的微细滤孔，滤孔进口大、出口小，使从滤孔中射出的污泥滤液产生拉法尔管效应。当污泥滤液在一定压力下进入滤孔后，滤液通过锥形滤孔被压缩后压力增大，滤液流速加快，有从小孔中“射出”的效果。这种效果大大减少了滤孔的堵塞现象，增加了滤布的疏水性，大大提高了污泥的过滤效果。
附图说明
图1是本发明板框压滤机的压滤装置的立体分解示意图。
图2是本发明板框压滤机滤布的主视示意图。
图3是图2沿A-A位置的剖面示意图。
图4是本发明板框压滤机的污泥分配器的主视示意图。
图5是本发明板框压滤机的滤板的立体示意图。
图6是本发明板框压滤机的滤板的主视示意图。
图7是图6沿B-B位置的剖示示意图。
具体实施方式
实施例1
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的8.11％，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的5.06％。
一种使用表面活性剂的污泥脱水的方法，包括以下步骤：
1)污水污泥预处理：取含水率重量比为80.4％的污水污泥，加水调制至含水率重量比为93％，取预处理后含水率重量比为93％的污水污泥1000公斤。
2)添加表面活性剂：添加1.38公斤的十二烷基二甲基苄基氯化铵，搅拌反应10分钟。
3)添加絮凝剂：先加6.59公斤聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟；加入石灰粉，将污水污泥的pH值调至7；再加0.35公斤聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
4)添加助剂：添加5.6公斤食用菇采摘后的培养基，充分搅拌8分钟。
5)污泥脱水：用板框压滤机压滤脱水；污泥脱水过程中，污泥注入压力递进式增加即将调制完成的污水污泥以0.2MPa的压力注入压滤机时，过滤开始，此时即有滤液排出，注满时，滤液排出流量为V1；随着过滤时间增加，滤液排出流量逐渐减少，当滤液排出流量低于1/2 V1时，将过滤压力提高0.2MPa，此时滤液排出流量会增大到V2；又当滤液排出流量低于1/2 V2时，再将过滤压力提高0.2MPa，逐级升至1.6MPa时停止进料并保压10分钟，再以2.5MPa压力进行隔膜挤压20分钟。
6)卸压放料。
以下为污泥脱水中板框压滤机的滤布、污泥分配器、滤板的结构。
如图1所示，一种板框压滤机的压滤装置，包括滤板5、滤布1和污泥分配器6。
如图2、图3所示，在滤布上密布有滤孔2，在滤布1的中心位置设有注入污泥的第一通孔3，编织滤布的纤维截面4为方梯形；利用单缕的方梯形截面纤维经纬线交织编织滤布的滤孔为方锥形孔。滤布规格为丙纶/缎织/单缕/150目，滤布出滤液一侧的孔径为0.058mm，而进滤液一侧的孔径为0.106mm。
如图1、图4所示，在污泥分配器6的中心位置设有注入污泥的第二通孔7，在污泥分配器的一个端面上沿径向方向设有将污泥从第二通孔7导入滤板滤腔的导流槽8；污泥分配器上的导流槽的两个侧壁9为螺旋状。
如图1、图5至图7所示，滤板5为15％的聚丙烯玻纤复合增强材料一次成型而成。在滤板5的正反两面设有容置污泥的滤腔10，在滤腔10的底面密布有凸起粒子11，在滤腔10的中心位置设有注入污泥的第三通孔12。滤腔10底面上的凸起粒子11沿压滤机污泥注入的第三通孔12向外呈螺旋状辐射均匀分布。在滤腔10的外周滤板5的四个转角位置分别设有流出滤液的流出通孔13，在每个流出通孔13和滤腔10间设有三个将滤腔10的滤液引入流出通孔13的连通孔14。在滤腔10的底面还均匀设有四个与滤板5正反面齐平的支撑柱15。在滤板上还设有用于隔膜挤压的空腔19。
如图1所示，滤布1覆盖在滤腔10上，滤孔2的孔径小的一侧朝向滤板5，滤布1置于污泥分配器6和滤板5间。污泥分配器6通过双头螺柱17和螺帽16、18分别安装在滤板正反两面滤腔10底面的中心位置。污泥分配器6的第二通孔7、滤布1上的第一通孔3和滤板5的第三通孔12连通。
脱水后的污泥含水率重量比为49.2％。
实施例2
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的4.92％，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的5.33％。
一种使用表面活性剂的污泥脱水的方法，与实施例1不同的是：步骤3“添加絮凝剂”为先加3.26公斤聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟；加入石灰粉，将污水污泥的pH值调至6；再加0.18公斤聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
脱水后的污泥含水率重量比为54.9％。
实施例3
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的6.04％，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的4.38％。
一种使用表面活性剂的污泥脱水的方法，与实施例1不同的是：步骤3“添加絮凝剂”为先加4.03公斤聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟；加入石灰粉，将污水污泥的pH值调至6.5；再加0.19公斤聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
脱水后的污泥含水率重量比为53.7％。
实施例4
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的7.18％，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的4.57％。
一种使用表面活性剂的污泥脱水的方法，与实施例1不同的是：步骤3“添加絮凝剂”为先加4.8公斤聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟；加入石灰粉，将污水污泥的pH值调至7.5；再加0.23公斤聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
脱水后的污泥含水率重量比为52.9％。
实施例5
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的9.1％，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的4.76％。
一种使用表面活性剂的污泥脱水的方法，与实施例1不同的是：步骤3“添加絮凝剂”为先加6.1公斤聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟；加入石灰粉，将污水污泥的pH值调至8；再加0.3公斤聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
脱水后的污泥含水率重量比为54.2％。
实施例6
一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的10.18％，聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的5.21％。
一种使用表面活性剂的污泥脱水的方法，与实施例1不同的是：步骤3“添加絮凝剂”为先加6.76公斤聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟；加入石灰粉，将污水污泥的pH值调至7.2；再加0.37公斤聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
脱水后的污泥含水率重量比为51.1％。
试验数据
关于污泥脱水研究的试验均采用以下配套测试装置及仪器完成比阻抗的测定：
a:比阻抗值的测定装置之一由真空泵、稳压瓶、压力计、古氏漏斗、带刻度锥形瓶、胶塞、阀门、玻璃管等组成。以上装置为常规实验器皿及设备。
b:比阻抗值的测定装置之二由常州诺基仪器有限公司生产的干燥箱(型号为101—3A)。
c:比阻抗值的测定装置之三由无锡市荣华电子仪器制造有限公司生产的落球法液体粘滞系数测定仪(型号RVM—B)。
除特别说明外，均采用恒压过滤测试污泥比阻抗值的方法进行。所有试验压力取真空度380汞柱(P＝500g/cm2)，过滤面积为78.54cm2(漏斗上口直径＝10cm)，过滤介质采用150目的滤布，孔径为0.106mm，搅拌10分钟，将污水污泥的含水率重量百分比为80％左右，并将其稀释至93％。所有的试验数据均经过20次以上试验的平均数值。
比阻抗值的求法：
式中：
r’——单位质量的污泥在一定压力下过滤时，在单位过滤面积上的阻力；(cm/g)
P：推动力，过滤时的压强降，(g/cm2)；
A：过滤面积，(cm2)；
b：斜率，(s/cm6)；
μ：滤液黏度，[(g/cm2)·s)]；
C:滤渣干重C的定义为滤过单体积滤液在过滤介质上截留下来的滤饼干固体质量，(g/cm3)。
在定压与定过滤面积的情况下，只要通过实验求出b、C及μ，即可以上式求得比阻抗值r。
原污泥的性质
试验首先对各种性质的污泥进行空白测试，过滤时不投放任何添加剂，测得各种污泥的比阻值pH值列表1。
该试验数据提示，在没有对污水污泥进行调节前，污泥比阻抗是很高的，全都超过1.0×109cm/g，属于难脱水的污泥。尤其是生活污水污泥，比阻抗达2.47×109cm/g，不经调理是很难脱水的。
絮凝剂类中不同品种的过滤效果对比
表中XN-1为聚合氯化铝，XN-2为聚丙烯酰胺，XN-4为淀粉磷酸酯，LY-1由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，聚丙烯酰胺为LY-1的5.06％。投放量为污泥固含物的9.92％。其典型试验数据如表2。
试验结果表明，LY-1絮凝剂污泥比阻抗值虽然比XN-1稍微高一点，但污泥含固率最高，远远高于XN-1，因此LY-1污泥脱水性能最好。
本发明人还选择了铁盐、其它铝盐和有机絮凝剂中的聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等不同物质、不同投放量和不同试验条件进行了上述试验，试验结果均为LY-1絮凝剂的污泥比阻抗值低、污泥含固率最高，污泥脱水性能最好。关于其试验数据，本发明人不再一一列出。
絮凝剂添加剂不同投放量的过滤效果
根据各种资料及经验，我们为絮凝剂LY-1设定了从2％到12.5％共8个投放量档次，聚丙烯酰胺为LY-1的5.06％。其典型试验数据如表3。
表3 絮凝剂添加剂不同投放量的过滤效果
| 投放量(％) | 1.5 | 3 | 5.5 | 7 | 8.5 | 10 | 11.5 | 13 |
| 过滤前含固率G0 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 |
| 滤饼含固率G1 | 0.1669 | 0.1669 | 0.1742 | 0.1864 | 0.2218 | 0.2351 | 0.2348 | 0.2318 |
| 滤渣干重C(g/cm3) | 0.1188 | 0.1182 | 0.1176 | 0.1126 | 0.1027 | 0.1001 | 0.1001 | 0.1007 |
| 斜率b(s/cm6) | 0.1996 | 0.1936 | 0.1827 | 0.1706 | 0.1339 | 0.1138 | 0.1154 | 0.1188 |
| 粘度μ(sg/cm2) | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 |
| 比阻抗值r(cm/g)(*108) | 9.508 | 9.269 | 8.793 | 8.573 | 7.378 | 6.435 | 6.522 | 6.677 |
本发明人在1.5％到13％之间以0.01％为间隔进行反复试验。经试验表明，当投放量等于4.92％时，比阻抗值为7.528，污泥的含固率为0.1852，投放量小于4.92％时，随着投放量的减少，污泥比阻抗值急剧增加，污泥的含固率也有减小；投放量在9.92％时，污泥比阻抗值为6.321，达到最小，污泥含固率为0.2347，随着投放量的增加，污泥比阻抗值反而增加；投放量在10.18％时，污泥的比阻抗值为6.439，污泥含固率为0.2365，达到最大，随着投放量的增加，污泥含固率反而减少。以性价比的角度考虑，LY-1的投放量重量比应为污泥固含物的4.92％～10.18％.
本发明人选择不同的试验条件，其试验结果同上。关于其试验数据，本发明人不再一一列出。
絮凝剂中聚合氯化铝和聚丙烯酰胺不同投放量的过滤效果
由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成的絮凝剂的投放量重量比为污泥固含物的8％，为聚丙烯酰胺设定了从重量比为絮凝剂的3％到6.5％共8个投放量档次。其典型试验数据如表4。
本发明人在4.0％到5.3％之间以0.01％为间隔进行反复试验。经试验表明，当聚丙烯酰胺的重量比为4.38％时，污泥的比阻抗值为7.528，污泥含固率为0.2188，当聚丙烯酰胺的重量比小于4.38％时，随着投放量的减少，污泥比阻抗值急剧增加，污泥的含固率也有减小；当聚丙烯酰胺的重量比为5.06％时，污泥比阻抗值为6.287，达到最小，污泥的含固率为0.2345，达到最小，污泥含固率为0.2347，随着投放量的增加，污泥比阻抗值反而增加；投放量在5.33％时，污泥的比阻抗值为6.489，污泥含固率为0.2358，达到最大，随着投放量的增加，污泥含固率反而减少。以性价比的角度考虑，聚丙烯酰胺的重量比为絮凝剂的4.38％～5.33％.
本发明人选择絮凝剂为污泥固含物的不同含量、不同的试验条件，其试验结果同上。关于其试验数据，本发明人不再一一列出。
投放添加剂时不同搅拌速度与时间的过滤效果
絮凝剂由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，絮凝剂的投放量为污泥固含物的10％，聚丙烯酰胺重量比为聚丙烯酰胺的5.06％。
根据有关资料与经验，并结合生产的实际，我们为添加剂的搅拌速度与时间设计了六种组合：
组合1：先加聚合氯化铝，再加聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅2分钟，然后15.0转/分慢搅8分钟；
组合2：先加聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟，调污水污泥的pH值为6～8；再加聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟；
组合3：先加聚合氯化铝，再加聚丙烯酰胺，28.0转/分快搅3分钟，然后15.0转/分慢搅7分钟；
组合4：先加聚合氯化铝，再加聚丙烯酰胺，28.0转/分快搅3分钟，然后10.0转/分慢搅7分钟；
组合5：先加聚合氯化铝，再加聚丙烯酰胺，24.0转/分快搅4分钟，然后15.0转/分慢搅6分钟；
组合6：先加聚合氯化铝，再加聚丙烯酰胺，24.0转/分快搅4分钟，然后10.0转/分慢搅6分钟；
表5 投放絮凝剂LY-1时不同搅拌速度与时间的过滤效果
| 搅拌速度/时间 | 组合1 | 组合2 | 组合3 | 组合4 | 组合5 | 组合6 |
| 过滤前含固率G0 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 | 0.0702 |
| 滤饼含固率G1 | 0.2329 | 0.2347 | 0.2206 | 0.2295 | 0.2043 | 0.2188 |
| 滤渣干重C(g/cm3) | 0.1004 | 0.1001 | 0.1029 | 0.1011 | 0.1069 | 0.1033 |
| 斜率b(s/cm6) | 0.1049 | 0.1027 | 0.1138 | 0.1103 | 0.1456 | 0.1178 |
| 粘度μ(sg/cm2) | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 | 0.0109 |
| 比阻抗值r(cm/g)(*108) | 5.907 | 5.802 | 6.254 | 6.172 | 7.704 | 6.449 |
试验结果表明，搅拌速度与时间以组合2(32.0转/分快搅2分钟，然后10.0转/分慢搅8分钟)为最好，组合5(24.0转/分快搅4分钟，然后15.0转/分慢搅6分钟)最差。说明快搅的时间不宜过长，这样会将已形成的矾花打碎，影响了胶体的聚沉。
本发明人为上述絮凝剂选择了不同的投放量，聚合氯化铝和聚丙烯酰胺不同的配比、不同的试验条件，其试验结果同上。关于其试验数据，本发明人不再一一列出。
下面所有的试验条件为对于同种污泥等压力(500g/cm2)、等过滤面积(78.54cm2)、等原污泥量(50ml)、原污泥等含水率、等絮凝剂量、等搅拌条件、等过滤时间(30分钟)，以各滤出的滤液体积进行评判优劣。显然滤出滤液越多，其过滤性能就越优胜。特别说明的除外。
滤布的纱型及织造结构对过滤性能有很大影响。滤布的纱型基本上分为定长纤维、复缕、单缕三种，各种纱型对过滤性能的影响如表6。
表6 各种纱型对过滤性能的影响
| 纱型 | 对颗粒的隔滤性能 | 过滤产率 | 滤饼含水量 | 卸料 | 寿命 | 堵塞 | 密封性能 |
| 定长纤维 | 最好 | 再次之 | 再次之 | 再次之 | 最长 | 再次之 | 最好 |
| 复 | 次之 | 次之 | 次之 | 次之 | 次之 | 次之 | 再次之 |
| 单 | 再次之 | 最好 | 最低 | 最易 | 再次之 | 不易 | 次之 |
滤布的织造结构基本上分为平纹、斜纹和缎纹三种，各种织造结构与过滤操作的关系见表7。
表7 织造结构与过滤操作的关系
| 织造结构 | 对颗粒的隔滤性能 | 过滤产率 | 滤饼含水量 | 卸料 | 寿命 | 堵塞 |
| 平纹 | 最好 | 再次之 | 再次之 | 再次之 | 次之 | 再次之 |
| 斜纹 | 次之 | 次之 | 次之 | 次之 | 最长 | 次之 |
| 缎纹 | 再次之 | 最易 | 最低 | 最易 | 再次之 | 不易 |
我们用锦纶/缎织/单缕、涤纶/缎织/单缕、丙纶/缎织/单缕三种滤布，并各按150目(滤布孔径0.106mm)、300目(滤布孔径0.048mm)、500目(滤布孔径0.025mm)的渗孔密度共9种情况进行试验。试验方法是测量这些滤布在完全等同条件下滤出滤液的体积。
以下滤液体积分9个档次，从1到9滤液体积逐增，1表示滤出滤液体积最少，9表示滤出滤液体积最多。试验数据见表8。
表8 不同滤布等条件下滤出滤液体积对比
| 滤布类型 | 生活污水污泥 | 印染废水污泥 | 造纸废水污泥 | 电镀废水污泥 |
| 锦纶/缎织/单缕/150目 | 4 | 6 | 最多 | 6 |
| 涤纶/缎织/单缕/150目 | 2 | 5 | 8 | 5 |
| 丙纶/缎织/单缕/150目 | 4 | 6 | 9 | 6 |
| 锦纶/缎织/单缕/300目 | 4 | 6 | 9 | 6 |
| 涤纶/缎织/单缕300目 | 2 | 5 | 7 | 5 |
| 丙纶/缎织/单缕/300目 | 4 | 6 | 9 | 6 |
| 锦纶/缎织/单缕/500目 | 2 | 4 | 7 | 4 |
| 涤纶/缎织/单缕/500目 | 最少 | 3 | 5 | 3 |
| 丙纶/缎织/单缕/500目 | 2 | 4 | 7 | 4 |
从试验数据可以看出，丙纶/缎织/单缕与锦纶/缎织/单缕的过滤性能基本相同，比涤纶/缎织/单缕优，而150目与300目差别不大，500目时过滤性能降低。因为丙纶比锦纶便宜，150目又比300目便宜，所以，可以初步确定滤布采用丙纶/缎织/单缕/150目规格。
板框压滤机污泥进泥口辅助设施的改良
使用普通的板框压滤机，泥饼的含水率在65％左右，泥饼已呈固态，且形状完整。为分析压滤压力对滤板的影响，我们进行了如下试验：
试验方法：将污泥压滤后的脱水泥饼按九宫格分为九个部位，如表9。
表9
| 左上 | 上 | 右上 |
| 左 | 右 | |
| 左下 | 下 | 右下 |
分别对泥饼的八个部位取样检测泥饼的含水率(中间格是进泥管孔)。列10次试验结果如表10：
表10 普通板框压滤泥饼各部位含水率(单位重量百分比：％)
| 取样部位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 上 | 67.5 | 65.5 | 75.3 | 71.1 | 65.9 | 72.3 | 62.2 | 75.4 | 70.3 | 77.2 |
| 下 | 68.3 | 68.5 | 70.7 | 73.9 | 73.8 | 64.0 | 73.7 | 68.0 | 67.8 | 63.7 |
| 左 | 78.3 | 67.9 | 78.2 | 66.1 | 70.1 | 68.9 | 67.1 | 77.2 | 66.0 | 65.9 |
| 右 | 62.5 | 66.3 | 77.9 | 73.6 | 78.2 | 67.4 | 69.4 | 73.8 | 76.3 | 69.9 |
| 左上 | 79.7 | 62.0 | 73.3 | 64.2 | 69.7 | 74.2 | 74.6 | 79.7 | 76.0 | 64.1 |
| 左下 | 78.3 | 73.8 | 69.2 | 72.8 | 74.5 | 66.2 | 70.5 | 74.1 | 76.9 | 63.7 |
| 右上 | 72.7 | 78.9 | 62.0 | 74.3 | 78.7 | 78.1 | 66.6 | 77.6 | 65.6 | 64.9 |
| 右下 | 69.4 | 67.5 | 69.6 | 69.4 | 73.8 | 69.6 | 75.2 | 76.9 | 76.0 | 62.3 |
| 均值 | 72.1 | 68.8 | 72.0 | 70.7 | 73.1 | 70.1 | 69.9 | 75.3 | 71.9 | 66.5 |
从上表分析可得：普通板框压滤泥饼各部位含水率极不均匀，且无规律。水分低的，低至62.3％，高的，高达79.7％。含水率不均匀导致滤板受力不均匀。本来，滤板的两面在受力均匀时，受到的仅是垂直正向压力，很多材质都能承受，但在泥饼含水率不均匀时，滤板承受的是作用在不同部位的剪切力，这是破坏性的，这也是高压力时产生“爆板”现象的主要原因。泥饼含水率的不均匀，是因为污泥在滤板滤腔中分布不均匀引起的，污泥分布多的部位，泥饼含水率低，滤板承受的压力大。污泥分布少的部位，泥饼含水率高，滤板承受的压力小。由此可知，要提高板框压滤的工作压力，必须解决污泥在滤板滤腔里的均匀分布问题。
板框压滤机已采用污泥螺旋分配器、滤腔底部的凸起粒子沿中心孔螺旋分布的滤板、滤孔为梯形孔的滤布。试验数据如表11
表11 改良了污泥压滤装置后的滤饼各部位含水率(单位重量百分比：％)
| 取样部位 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 上 | 62.3 | 66.4 | 64.2 | 67.1 | 63.0 | 67.2 | 65.1 | 67.8 | 64.6 | 67.9 |
| 下 | 62.0 | 62.0 | 62.4 | 65.5 | 64.9 | 66.6 | 63.2 | 67.8 | 65.7 | 66.6 |
| 左 | 66.7 | 67.6 | 65.6 | 67.1 | 62.8 | 62.6 | 67.7 | 62.7 | 65.2 | 64.3 |
| 右 | 65.5 | 64.5 | 62.0 | 63.8 | 67.6 | 66.8 | 63.1 | 67.3 | 62.3 | 67.7 |
| 左上 | 63.0 | 65.6 | 62.7 | 62.3 | 66.9 | 62.8 | 66.6 | 65.8 | 62.5 | 65.4 |
| 左下 | 65.9 | 64.0 | 67.3 | 62.2 | 62.3 | 63.5 | 67.3 | 63.4 | 66.5 | 65.0 |
| 右上 | 65.4 | 67.3 | 64.2 | 66.7 | 65.2 | 67.6 | 66.8 | 62.0 | 62.9 | 62.6 |
| 右下 | 63.9 | 67.6 | 63.5 | 62.2 | 65.5 | 64.5 | 64.0 | 65.1 | 62.8 | 66.9 |
| 均值 | 64.3 | 65.6 | 64.0 | 64.6 | 64.8 | 65.2 | 65.5 | 65.2 | 64.1 | 65.8 |
数据表明，改良了污泥注入装置与滤板后，污泥压滤泥饼各部位含水率的均匀度大大提高，泥饼的平均含水率也由70％左右降到了65％左右，污泥压滤脱水效率提高了5个百分点。
不同过滤压力施加方式的过滤效果
我们选择西班牙进口的TEFSA-PEH型压滤机，设计了六种过滤压力施加方式来进行试验。
取含水重量比为80％的城市生活污水污泥，加水调制至90％。添加剂为重量比为污泥固含物的1.5％的十二烷基二甲基苄基氯化铵表面活性剂；添加量重量比为污泥固含物的8％的聚丙烯酰胺和聚合氯化铝絮凝剂，聚丙烯酰胺的重量比为絮凝剂的5％；添加量重量比为污泥固含物8％的食用菇采摘后的培养基助剂。
添加絮凝剂时，先加聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟，调污水污泥的pH值为6～8；再加聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
板框压滤机已采用污泥螺旋分配器、滤腔底部的凸起粒子沿中心孔螺旋分布的滤板、滤孔为梯形孔的滤布。
方式(1)恒压式：以0.4MPa压力进料，以1.2MPa压力保压过滤；
方式(2)恒压式：以0.4MPa压力进料，以1.35MPa压力保压过滤；
方式(3)恒压式：以0.4MPa压力进料，以1.5MPa压力保压过滤；
方式(4)递进式：以0.4MPa压力进料后，以0.1MPa压力为间隔，逐级升至1.6MPa；
方式(5)递进式：以0.2MPa压力进料，以0.2MPa压力为间隔，逐级升至1.6MPa保压；
方式(6)递进式：以0.4MPa压力进料后，以0.3MPa压力为间隔，逐步升至1.6MPa；
该试验直接以过滤泥饼的含水率作为过滤性能的评判标准，试验结果如表12。
表12 不同过滤压力施加方式的过滤效果
| 压力施加方式 | 方式1 | 方式2 | 方式3 | 方式4 | 方式5 | 方式6 |
| 泥饼含水率(％) | 59.9 | 58.8 | 57.8 | 54.2 | 54.3 | 55.3 |
| 过滤完成时压力(Bar) | - | - | - | 12 | 12 | 13 |
| 过滤操作耗时(h) | 3.7 | 3.5 | 3.4 | 3.5 | 3 | 3.2 |
试验结果表明，过滤压力施加方式以方式4泥饼含水率最低，但是过滤操作耗时要3.5小时，用时较长；方式5的过滤泥饼含水率虽次之，也在55％以内，用时却最少。从企业成本等各方面优化角度考虑，过滤压力施加方式以方式5为最好。递进式过滤压力施加方式，可以使泥饼的阻力不致急速增加，因此过滤效果会较好。
本发明人对添加剂采用了不同的配比，其试验结果均为方式5最好。
本发明中滤布的滤孔也可为圆锥形孔或其它锥形孔。
Claims (9)
1.一种用于污泥脱水的絮凝剂，由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺组成，其特征在于：絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的4.92％～10.18％；聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的4.38～5.33％。
2.根据权利要求1所述的一种用于污泥脱水的絮凝剂，其特征在于：聚丙烯酰胺重量比为絮凝剂的5.06％。
3.根据权利要求2所述的一种用于污泥脱水的絮凝剂，其特征在于：絮凝剂的添加量重量比为污泥固含物的9.92％。
4.一种使用如权利要求1至3任意项所述的絮凝剂的污泥脱水的方法，其特征在于：絮凝剂添加的方法是先加聚合氯化铝，32.0转/分快搅2分钟，10.0转/分慢搅3分钟，调污水污泥的pH值为6～8；再加聚丙烯酰胺，32.0转/分快搅3分钟，10.0转/分慢搅7分钟。
5.根据权利要求4所述的一种污泥脱水的方法，其特征在于：用板框压滤机压滤脱水，污泥注入压力递进式增加，即将调制完成的污水污泥以一定进泥压力注入压滤机时，过滤开始，此时即有滤液排出，注满时，滤液排出流量为V1；随着过滤时间增加，滤液排出流量逐渐减少，当滤液排出流量低于1/2V1时，将污泥注入压力提高一个档次，此时滤液排出流量会增大到V2；又当滤液排出流量低于1/2V2时，再将污泥注入压力提高一个档次，以此方式递增至设定压力，递增至设定压力时停止进料并保压，然后再隔膜挤压。
6.根据权利要求5所述的一种污泥脱水的方法，其特征在于：进泥压力为0.2MPa，过滤压力每提高一个档次提高0.2MPa，逐级升至1.6MPa时停止进料并保压10分钟，再以2.5MPa压力进行隔膜挤压20分钟。
7.根据权利要求4所述的一种污泥脱水的方法，其特征在于：污泥脱水中，板框压滤机的污泥分配器的一个端面上沿径向方向设有将污泥导入滤板滤腔的导流槽；导流槽为螺旋状。
8.根据权利要求7所述的一种污泥脱水的方法，其特征在于：污泥脱水中，板框压滤机的滤板为15％的聚丙烯玻纤复合增强材料一次成型而成；在滤板的正反两面设有滤腔，在滤腔的底面密布有凸起粒子，凸起粒子沿滤板中心通孔向外呈螺旋状辐射均匀分布。
9.根据权利要求8所述的一种污泥脱水的方法，其特征在于：污泥脱水中，板框压滤机的滤布采用单缕的丙纶纤维缎织而成，丙纶纤维的截面形状为方梯形；方梯形截面纤维编织滤布的滤孔为锥形孔，出滤液一侧的孔径为0.058mm，进滤液一侧的孔径为0.106mm，滤布进滤液一侧的规格相当于150目。
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