大河淤泥的脱水试验研究

 曹雷

 (天津市交通科学研究院，天津300074)

摘要：随着大沽河排污综合治理r.程的全线开工，淤泥体积十分巨大，给后续处置工作带来很大困难。淤泥脱水通过试验确定常用絮凝药剂类型、药剂用量和离心脱水条件。试验结果显示：脱水药剂选择阳离子PAM的效果最佳，用量为干泥质量的0.3%~0.4%，离心脱水后的淤泥含水率为55%~75%。试验还发现：延长离心脱水时问、提高旋转速度、降低淤泥进泥浓度以及水环厚度，能有效提高离心脱水效率。

关键词：淤泥；脱水；药剂；离心脱水

中图分类号：X703  文章编号：1004-4655( 2016) 02-0043-03

 大沽河是天津市海河以南地区的主要排污河道。为了推进生态城市建设，开展对大沽排污河全线治理。工程主要建设内容包括封堵沿河排水口、铺设截污管线、河道清淤、河道修坡护砌、堤岸绿化、环境整治、改造泵站等。目前，该工程已经全线开工，大部分河段正在进行清淤工作，由于淤泥体积巨大，存在二次污染的潜在危险，急需寻找快速处理的途径，实现淤泥减量化、无害化和资源化的目标。

1大沽河淤泥特点

 本试验选取南开区侯台镇外环桥、西青区津淄公路桥和津南区翟甸桥3个断面处的泥样作为代表，进行泥性测试分析。通过采用扫描电子显微镜对采集泥样进行能谱分析，获得干泥样的元素组成，结果如表1所示。表2则列出大沽河淤泥其他基本特性的测试结果。

 通过上述数据分析可以看出大沽河淤泥具有如下特点。

 1)各处淤泥堆坝排水后的含水率仍然很高，呈半流动状态，在河中存在明显的絮体结构，经挖掘机搅拌后部分絮状颗粒体破碎成胶体结构。

 2)从元素组成、密度、有机质含量、脱水特性可以看出，南开区和津南区两处淤泥污染较为严重，淤泥层较厚，软泥与污水处理厂厌氧消化处理后的污泥相比，Si和Ca含量较少，C与有机质含量较多，淤泥密度较小，处理和资源化利用难度加大；西青区淤泥污染较小，淤泥层较浅，其Si和Ca含量较多，C与有机质的含量较少，密度较大。

 3)淤泥从外观上看为黑色，放置一段时间后缓慢氧化变为深灰色；气味没有十分明显的恶臭，说明在现场条件下其厌氧处理较为彻底。

 另外，从淤泥脱水角度出发，通过与城市污水污泥相对比，大沽河淤泥还具有如下特点。

 1)有机质含量较低，密度较大，有利于脱水。

 2)淤泥长期处于自然厌氧状态，絮体结构较为完整、颗粒较大，对脱水往往有利。

 3)淤泥长时间沉积于水底，泥龄长，如果形成胶体较多，不利于脱水。

 本文在综合分析大沽河淤泥特性基础上，从絮凝药剂的选择与用量、离心脱水条件与效果分析、淤泥干化等角度进行试验研究，力求降低淤泥体积，为后续淤泥处置提供便利，为工程应用提供重要数据参考。

2絮凝药剂的选择

2.1可供选择药剂

 淤泥调质所用的药剂可分为两大类：一类是无机混凝剂，另一类是有机絮凝剂。无机混凝剂包括铁盐和铝盐两类金属盐类混凝剂以及聚合氧化铝等无机高分子混凝剂。有机絮凝剂主要是聚丙烯酰胺等有机高分子物质。

 常用的铁盐混凝剂是三氯化铁。该种混凝剂适合的pH值在6.8~8.4之间，其水解过程中会产生H+，降低pH值，因而一般需投加石灰作为助凝剂。三氯化铁在对污泥的调质中能生成大而重的絮体，使之易于脱水，使用较多。对于混合生污泥来说，三氯化铁的加药量一般为20%~60%，一般的石灰投加量为200%~400%，消化污泥的石灰投加量一般为100%~200%。使用三氯化铁的一个较大缺点，是对金属管道或设备有较强烈的腐蚀，使之降低使用寿命。铝盐混凝剂一般采用硫酸铝，该混凝剂调质效果不如三氯化铁，且用量大，但由于无腐蚀性，储运方便，使用也较多。聚合氯化铝作为一种高分子无机混凝剂，调质效果好，投药量少，虽价格偏高，但也在使用。

 人工合成有机高分子絮凝剂在污泥调质中普遍使用，基本取代无机混凝剂。常用的有机高分子絮凝剂是聚丙烯酰胺(俗称三号絮凝剂，PAM)，其聚合度，z高达20 000~90 000，相应的分子量达到50万~ 800万，通常为非离子型高聚物，但通过水解产生阴离子型，通过引入基团制成阳离子型。采用聚丙烯酰胺进行调质，泥量基本不变，其肥效和热值都不降低，因此当污泥脱水后用作农肥或焚烧时，最好采用该类药剂。另外，阳离子型聚丙烯胺在调质过程中，能与一些溶解性折光物质生成沉淀，减少脱水滤液中的污染物，是目前调质效果最好的药剂，使用也越来越普遍。

 另外，调质药剂的选择还与脱水机的种类有关。一般带式压滤脱水机采用任何一种药剂进行调质污泥，而离心脱水机则必须采用高分子絮凝剂，其原因是离心机内空间较小，对泥量要求很严格，如果采用无机药剂，增加泥量，会大大降低离心机的脱水能力。

 综合上述分析，由于本试验主要针对离心脱水进行淤泥调质研究，因此选用PAM为大沽河淤泥调质。

2.2试验结果

 1)试验材料。絮凝调质试验所用泥样分别采白南开区侯台镇外环桥、西青区津淄公路桥和津南区翟甸桥3个断面，淤泥特性如前所述。选用的调质药剂包括阳、阴、非离子型聚丙烯酰胺等有机絮凝剂和三氯化铁无机混凝剂，以及石灰等助凝剂。

 验证淤泥调质效果，实验室用台式离心机沉降分离后测试淤泥含水率，脱水效果好为佳。离心机转杯中心旋转直径为350 mm，转速控制在3 000~4 000 r/min，离心时间为3～5 min，离心前调质淤泥含水率为90%~95%。

 2)试验结果。图1和图2为利用南开区侯台镇外环桥处淤泥分别选用聚丙烯酰胺和三氯化铁调质后的脱水效果，其中使用三氯化铁时投加干泥重的100%石灰。离心脱水条件为3 000 r/min，脱水时间为3 min，淤泥初始含水率为90%。

从图1和图2可以看出，有机絮凝剂中阳离子型PAM调质效果较好，尤其是1 200万分子量的阳离子PAM的效果最佳，淤泥调质脱水后的含水率最低降至74.4%，对应调质药剂用量为0.3%；无机混凝剂的调质效果较差，当用量达到40%时，淤泥脱水后的含水率最低，降低至79.17%。

  根据上述试验结果，仍然采用1200万分子量的阳离子PAM为絮凝调质药剂，分别对西青区津淄桥和津南区翟甸桥2个断面处的淤泥进行调质试验，以确定最佳药剂量。结果如图3所示，其中离心脱水条件同上。

 由图3可以看出，不同断面处淤泥的调质用药剂量和脱水效果有所区别。相同条件下，津淄桥断面处淤泥调质脱水后的含水率最小，降低至70.3%，对应药剂量与侯台外环桥处结果相同，均为0.3%；翟甸桥断面处淤泥经调质脱水后含水率降低至75.1%．对应药剂用量为0.4%。

 通过上述结果可见，对于大沽河淤泥离心脱水前的调质采用阳离子PAM的效果最佳，其用量为0.3%~0.4%。不同河段淤泥的絮凝调质效果和药剂用量有所差异，需要在应用前进行取样试验。

3离心脱水条件优化

 在所述试验结果基础上，以阳离子PAM为絮凝调质药剂，从转数、离心时间、进泥含水率、等角度改变离心脱水条件，试求达到最佳脱水效果。不同离心脱水条件的脱水效果如表3所示。

 由表3所列数据可以得出如下结论。

 1)使用离心脱水方法可以将调质后的淤泥含水率最低降至55.1%~65.5%，极大减少淤泥体积。

 2)延长离心脱水时间对提高淤泥脱水效果有利，在实际应用的离心机中可以通过降低转筒的转数差、增加淤泥停留时间实现目标。

 3)降低淤泥初始含水率可以提高淤泥脱水效果。该方法减少淤泥在离心机中的泥饼厚度，进一步降低出泥含水率。

 4)提高离心机转数增大离心力，可增加脱水效果。

 5)减少离心过程中的水环厚度，可提高脱水效果。

 本结论是基于试验分析得出，在实际应用中是否可以实现，还需要进行相关设备的调研。

4结语

 通过对大沽河淤泥实地取样，研究并进行试验后得以下结论及建议。

 1)从淤泥的组成成分及特性上看，河道淤泥与污水厂污泥有相似之处，但同时也发现同一河道不同位置处的淤泥特性也存在差异，处理前应进行实地的采样分析，根据试验结果确定具有针对性的处理工艺。

 2)从淤泥脱水角度考虑，大沽河淤泥相比污水厂污泥具有有机质含量较低、密度较大、絮体结构较完整、颗粒较大等特点，这些特点对脱水有利；但同时也发现淤泥长时间沉积于水底，泥龄长，如果形成胶体较多，对脱水产生不利影响。因此，在选择絮凝药剂及确定使用计量时应依据试验确定。

 3)大沽河淤泥采用离心脱水技术实现淤泥的减量化，但不同位置由于淤泥的特性不同其脱水效果也有所不同，其中南开区侯台镇外环桥、西青区津淄公路桥和津南区翟甸桥3个断面脱水后的淤泥含水率分别为65%～75%、55%～70%和65%～75%。

 4)大沽河淤泥采用离心技术脱水前，采用阳离子PAM进行调质效果最佳，其用量为干泥质量的0.3%~0.4%；不同河段淤泥的絮凝调质效果和药剂用量有所差异，需在应用前进行取样试验。

 5)采用离心脱水技术进行淤泥脱水时，延长离心脱水时间、提高旋转速度、降低淤泥进泥浓度和水环厚度均可以提高离心脱水效率。