超磁分离污泥脱水性能影响因素的研究

文_黄光华 王哲晓 吉青青 易洋 肖波 环能科技股份有限公司

1 超磁分离技术简介

普通水体中悬浮物不带磁性，超磁分离技术是通过向污染水体中投加磁种介质，同时投加絮凝剂和助凝剂形成磁性絮团，使水体中不带磁性的悬浮物赋予磁性，然后通过超磁分离机进行固液分离，快速实现泥水分离，从而达到对水体的超高速净化处理。另外，水体中分离出来的泥渣经磁种回收系统分散后实现磁种与泥渣的分离，回收的磁种进入下一个循环使用过程。该技术具有处理水量大、净化时间短、占地面积少、排泥浓度高等特点，对废水中悬浮物、总磷和重金属等污染物去除率高达90%以上，是一种优于传统沉淀技术的新兴水处理技术。

2 超磁分离污泥脱水性能研究

超磁分离技术中磁种作为一种载体，通过絮团分散机将收集的磁性絮团中污泥和磁种进行解絮分散，并通过磁分离磁鼓实现磁种的循环回收利用。磁种回收率高达98%，未回收的磁种主要流失在污泥中，由于污泥中含有少量磁种，因此有必要对超磁分离排泥的脱水性能进行研究。

2.1 进水悬浮物对超磁分离排泥含水率的影响

图1 进水悬浮物对排泥含水率的影响

对成都某污水处理站的超磁分离系统进行连续取样检测分析其进水悬浮物对排泥浓度的影响。由图1可知，当进水悬浮物从80mg/L增加到1500mg/L时，超磁分离排泥的含水率从98%降至95%，表明进水悬浮物浓度越高，超磁分离后排出的污泥含水率越低。

2.2 不同废水超磁排泥比阻的关系

污泥比阻(Specific Resistance of Filtration，SRF)作为污泥脱水性能一个重要的评价指标，通过测定超磁分离技术处理不同废水的排泥比阻对比分析其污泥脱水性能。选取不同废水水质情况下的超磁排泥进行比阻测定，污泥比阻值情况如表1所示。根据表1可知，超磁分离产生的污泥比阻小于常规生活污水处理厂的污泥比阻2×1014～3×1014m/kg，因此超磁分离产生的污泥更容易脱水，从不同废水性质看煤矿废水与石材废水污泥比阻更低，这是煤矿废水和石材废水中无机物比重大的原因。

表1 污泥比阻值表 /(m/kg)

由于超磁分离采用永磁磁场进行吸附分离，有研究资料表明磁场的作用可以改善污泥脱水性；李帅等的研究表明，在磁场的作用下能够降低污泥的比阻，改善脱水性能。这说明超磁分离磁场能够改善污泥的脱水性能。

2.3 不同调质药剂对超磁污泥脱水性能影响

由上述试验结果表明磁场作用能降低污泥的比阻，从而改善其脱水性能，但是磁化作用有限，污泥脱水仍需要投加调质药剂进行污泥调质。由于污水成分复杂，污水特性差异变化大，常用的调质药剂为聚丙烯酰胺（PAM）。通过采用PAM药剂进行污泥调质脱水试验，对比分析不同类型PAM对污泥脱水性能的影响，并选出最佳污泥调质药剂。不同PAM调质后脱水污泥含水率如图2所示。在同一污泥进料情况下，采用不同离子的PAM进行对比试验，试验结果表明采用阳离子PAM投加4.0kg/t Ds（干固体）时污泥含水率＜80%，而阴离子、非离子、两性离子均不能满足污泥含水率＜80%的要求。由此看出选用的污泥调质药剂阳离子PAM最好，两性PAM次之，非离子PAM较差，阴离子PAM最差。

图2 不同PAM调质后脱水污泥含水率

2.4 阳离子PAM的脱水效果关系

不同规格阳离子表如表2所示。根据表2可知，1#、2#的离子度均为40%，1#分子量为600万，2#分子量为1000万，3#～5#分子量均为1600万，3#离子度为50%，4#离子度为60%，5#离子度为70%。4#和5#脱水效果最好，这表明阳离子PAM随着分子量和离子的增加脱水效果越好。这是因为絮凝剂分子上的荷电基团密度大，其电中和压缩扩散层作用力度大，有利于污泥颗粒脱水凝聚；分子量越高，有机高分子絮凝剂的分子链就越长，其吸附、架桥、网捕能力也就越强，越有利于污泥挤压脱水。

表2 不同规格阳离子表

2.5 阳离子PAM药剂投加量与污泥含水率的关系

阳离子PAM投加量对脱水效果的影响如图3所示。由图3可以看出随着阳离子PAM投加量的增加，脱水后污泥含水率越低，这是因为电中和程度越大，参与吸附架桥的有机高分子也越多，脱水效果越好，故曲线呈上升趋势；而投加量超过某一点时，用量增多会导致电性反向、絮凝剂分子自身缠绕使吸附架桥能力降低，从而曲线下降。污泥含水率最低的投加量即为最佳投加量点。因此相同性质的污泥，不同阳离子PAM的最佳投加量由最佳含水率而定。

图3 阳离子PAM投加量对脱水效果的影响

2.6 阳离子PAM配制浓度与超磁分离污泥含水率的关系

不同配制PAM浓度对污泥含水率的影响如图4所示。由图4可以看出，当PAM配制浓度由2‰降为0.5‰时，在相同投加量的情况下，对超磁分离后的污泥脱水率均有下降。表明PAM的配制浓度会影响药剂用量和污泥含水率，PAM配制浓度越低，越有利于脱水。但过低的配制浓度将消耗大量的自来水，因此实际使用中通常PAM配制浓度为1‰左右。

图4 不同配制PAM浓度对污泥含水率的影响

2.7 磁种对脱水后污泥中重金属指标的关系

磁种由95%以上的Fe3O4构成，而磁种的回收率达到98%以上，由于磁种而引入的重金属问题已受到关注。但流失到污泥中的磁种量很小，对污泥中的重金属指标影响非常有限，污泥中的金属指标主要由原污水性质而定，与磁种流失的量关系不大。由表3可以看出，污泥中各项重金属指标均满足GB24188-2009《城镇污水处理厂污泥泥质》中相关污泥处置规范要求。

表3 某超磁分离脱水污泥中重金属检测数据表

3 超磁分离污泥脱水设备选型建议

在污泥脱水设备选型方面，超磁分离排出的污泥浓度高即排泥含水率低，脱水设备的选型根据需要脱水程度的不同而选用不同的脱水设备，具体可以分为80%、60%2个等级，在污泥产量不大时脱水到80%比较经济，污泥脱水到80%含水率时选用的脱水机包括带式脱水机、叠螺脱水机、卧螺离心机。

在含水率有特别要求的情况，且污泥产量大时则宜选用板框压滤机、高压板框压滤机等设备将污泥进一步脱水到60%以下，但相应运行投资成本会增加。