污泥脱水效能的分析及研究

污泥脱水效能的分析及研究

污泥脱水是污泥减量的主要手段，其减量效果不但影响污泥运输贮存，脱水后污泥含水率也影响污泥后续处理处置. 目前污水处理厂污泥机械脱水后含水率在80%左右，仍不能满足污泥后续填埋、焚烧、堆肥等处置要求[1].

已有研究表明[2, 3]，污泥脱水性能与污泥泥质有密切联系，因此不同污水处理工艺及运行条件下污泥泥质差异[4]，会影响到污泥的脱水性能[5]. 通常，污水处理厂污泥脱水所需的絮凝剂投配率为3‰~8‰，但由于污泥泥质的波动，为保障稳定的污泥脱水效能，需要相应地调整絮凝剂的投配率. 然而，目前污水处理厂絮凝剂投配率的调整仍然是依据现场操作人员的经验判断，通常冬季污泥较难脱水，则相应地提高絮凝剂的投配率. 这种调整絮凝剂投配率的经验模式缺乏科学的投加策略，不能高效利用絮凝剂. 因此，亟需通过调研和实验研究，明确不同污水处理工艺及其运行条件下，污泥脱水效能以及絮凝剂投配率的变化特征，从而优化污泥脱水工艺，但这方面的工作目前仍鲜有报道.

因此，本文以北京市某大型污水处理厂的A2/O工艺和A2/O-MBR工艺污泥脱水过程为研究对象，分析不同污水处理工艺全年的污泥产量、污泥有机质、污泥脱水的絮凝剂消耗量、污泥脱水效果等变化特征，并采用统计学方法，分析不同污水处理工艺的污泥泥质、脱水效能及其影响因素，以期为今后实现污水处理厂污泥脱水的优化管理提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究采用的A2/O和A2/O-MBR工艺全年运行基本参数、污泥产量、污泥有机质、离心脱水絮凝剂消耗量、脱水效果等数据来自于北京市某大型污水处理厂提供的2013年运行数据.

1.2 工艺简介

该污水处理厂一期、二期均采用A2/O生物处理工艺，其中一期为倒置A2/O工艺，设计总处理水量为40万m3 ·d-1. 一期、二期二沉池污泥统一离心机械脱水，采用德国产Westfalia离心式浓缩脱水一体机(型号UCA755-00-12)，絮凝剂为巴斯夫8165 ，阳离子度为60%. 三期A2/O-MBR工艺于2012年4月20日开始试运行，设计处理能力为15万m3 ·d-1，单独采用奥地利ANDRITZ离心脱水机(型号D6LXC 30 C HP)进行污泥脱水，絮凝剂为巴斯夫8165 . 具体工艺介绍及主要运行参数，如文献[6]所述. 污水处理厂实际运行中，一期、二期脱水机房离心机6用4备，三期脱水机房离心机4用2备，保证离心机轮流维修的同时，整体脱水效率不受影响，并且2013年，该厂脱水机房并未进行长时间药剂实验. 因此，本研究所分析数据基本不存在停机维护、调试运行所产生的非正常影响.

1.3 数据分析

冗余分析是一种直接梯度分析方法，能从统计学角度评价一个或一组变量与另一组变量之间的关系. 本研究RDA分析将脱水污泥特性(含水率、有机质、泥饼产量)及絮凝剂投配

率作为响应变量(共4个)，解释变量包括处理水量、水温、进水SS、进水COD、污泥负荷、污泥龄、曝气池(膜池)污泥MLSS、污泥SVI共8个变量. 均值、方差、变异系数等描述性统计分析采用SPSS 18.0计算，RDA分析和作图采用Canoco 5.0.

2 结果与讨论

2.1 污泥脱水效果

2013年该污水处理厂脱水污泥含水率变化情况如图 1所示. A2/O工艺和A2/O-MBR工艺的污泥脱水效果均呈现季节性变化特征，6~9月，污泥比秋末、冬季、初春更容易脱水. 该时段北京处于汛期，具有降雨量偏多，同时水温较高的季节性特征，这可能影响了污泥的泥质和脱水性能. 如表 1所示，A2/O工艺和A2/O-MBR工艺的脱水污泥含水率年均值分别为(82.56±1.35)%和(81.92±1.64)%，而在1~5月，两种污水处理工艺的脱水污泥含水率都超过了83%.

图 1 2013年脱水污泥含水率变化情况

通过SPSS 18.0对数据进行描述性统计分析，计算得到不同季节和全年脱水污泥含水率的方差和变异系数，可以定量地描述不同污水处理工艺不同季节污泥脱水效果的波动情况(表 1). A2/O-MBR工艺的污泥脱水效果在不同季节间波动较为明显. 两种污水处理工艺的污泥都在夏季更容易脱水，脱水污泥含水率基本接近80%，而冬季、初春时节，脱水污泥的含水率明显增高，达到(83.49±1.49)%. 这说明不同污水处理工艺污泥脱水性能都受到季节性影响更为显著. 生物处理过程产生的污泥脱水性能受季节性变化影响，已有相关的研究报道. Wang等[7]通过实验研究发现，温度季节变化对MBR污泥脱水性能的影响显著，低温下污泥CST的增大表明其脱水性能的严重恶化. 此外，Al-Halbouni等[8]对德国一座处理能力为80000人口当量的污水处理厂调查也得到类似结果，冬季污水处理厂污泥过滤性能较夏季更差.

表 1 2013年脱水污泥含水率描述性统计分析

2.2 絮凝剂消耗

由于污泥脱水性能的季节性变化，为保证脱水效果，污水处理厂污泥脱水絮凝剂的消耗也表现相应的季节性特征. 污水处理厂2013年两种工艺污泥脱水所需絮凝剂的消耗情况如图 2所示. 与脱水污泥含水率的变化情况类似，冬季污泥脱水絮凝剂的消耗量较高，而夏季污泥脱水絮凝剂的消耗量相对较少.

图 2 2013年絮凝剂消耗量变化情况

如表 2所示，全年A2/O工艺与A2/O-MBR工艺中污泥脱水絮凝剂的平均投配率(以DS 计，下同)分别为(7.42±2.96) kg ·t-1和(8.70±7.25) kg ·t-1. A2/O工艺脱水污泥絮凝剂的投配率波动相对较小，而A2/O-MBR工艺脱水污泥絮凝剂的投配率波动大，特别在冬季，絮凝剂的投配率不但高，波动也更为明显，在10~12月末，絮凝剂投配率的方差和变异系数分别达到38.08、 0.594. 根据水厂2013年运营报告，MBR脱水机泥饼产量波动很大，其中，在11月底进行了配电室停电清扫，脱水机停机，使得近几天的产泥量较低. 此外，8、9、 10、 12月中下旬出现几次泥饼产量骤增的情况，固体负荷是影响污泥离心脱水机运行状态的重要参数. 因此，这可能是导致MBR脱水机药剂量在秋末冬初波动大的原因. 在数据较为稳定的夏季和秋初，两种工艺下污泥脱水絮凝剂消耗差别不大. 但是，孙宝盛等[9]在实验室对比研究了MBR工艺和传统活性污泥法污泥过滤阻力差异，结果表明，MBR工艺污泥混合液的过滤阻力达到了传统活性污泥法过滤阻力的2~3倍.

2.3 能耗分析