供水与污水 | 优化污泥处理并降低成本

这些系统在具有挑战性的全球环境下运行，其过滤元件已成为整个系统的集成部分。成功的操作运行必须依靠其验证系统效率的能力，在某些情况下，还要靠规程标准。

压载水处理（及过滤）是一个暴露在不同水条件下的应用。海上船只在世界各地航行时，很容易面对具有挑战性的运行条件。

在进水过程中，因季节和汲水位置的不同，水的质量和密度会发生显著变化，表现出典型的淡水、咸水和海水等。而处理压载水的盐度系统，通常范围在3.1%～3.5%（虽然在某些地区可以更高）。随着水温变化，有机物的量会出现不同差异，需在处理前先过滤。

有机物通常被分为两类；Phytoplankton （10 ~ 50微米）和Zooplankton（2015年6月，《欧洲标准EN14742污泥表征实验室化学调节步骤》发表。本文为欧洲标准化委员会CEN TC 308号论文，集合了各领域工作成果，包括：在法国和国外实验室所做的实验；城市和工业污泥处理设备上做取得的“产出”结果对比；针对实验室及工业现场所做的絮凝测试工具设计及验证。

此方法、标准及测试工具现已完备，可供污泥浓缩及脱水领域的运营商们使用，如有必要可以检查、调整、剂量和/或试剂的性质，以便将经营成本管理最优化。此外，制造商和供应商的试剂（混凝剂和絮凝剂），可根据客户申请产品认证方式，与OEM商或工程师们确认整个污泥处理过程。

每一种类型的污泥浓缩（最初的处理、激活、消化或工业处理），都要用到浮选机、沉淀装备或重力带式机械浓缩机。机械脱水，采用压滤机、皮带机、螺丝机、或螺旋沉降离心机，可将90~99%的内部水量（初始值）减少到70~85%（脱水后）；然后持续稳定地处理污泥，使污泥最后达到处理、运输和储存都不滴水的状态；尽可能限制后续的运营成本（运输、干燥、物料回收、处置）。

污泥在污水处理厂的运营成本，非常依赖现有的污泥化学处理法（混凝、絮凝、石灰）。因此优化是重要的。污泥中添加化学试剂，必然使分散的胶体颗粒形成更大、更密实的絮体，为了便于固液分离，获得较好的固体捕获率，便于水分排出，达到较高的污泥干燥度。

标准方法

许多化学和物理参数都会影响污泥的絮凝，以及固液分离过程的一致性。CENTC 308标准化委员会成员，已花费了几年的时间来进行这项研究。他们希望找出实验室测试条件下最适合的絮凝操作条件，实现可重复的最终浓缩及脱水效果，并与工业现场机器可产生的絮体的性质吻合。后来，就产生了EN 14742标准方法。

他们在一个欧洲实验室中，对此方法进行了验证。来自6个国家的15位专家，其中也有IFTS的成员，使用3种不同的絮凝药剂，对活性污泥、菌致分解污泥以及从饮用水过滤后产生的污泥，进行了270个絮凝试验。验证后的数据，已按ISO 5725-2数据要求，写入EN 14742标准。平均相对标准：重复性偏差值为1.8%（最小0.9%，最大3.5%）；相应再现率为2.9%（最小1.5%，最大5.5%）。

这样的数据，在标准中完全可被接受。EN 14742标准，描述了不同批次、不同剂量以及不同的多个试剂输入序列时，絮凝泥浆试剂性质的测定情况。必须使用设备确保最初选配的试验品的质量，没有经过很强的剪切处理，不会对絮凝研究产生不利影响。因此，关于实验室“搅拌式反应器”的尺寸和混合特性，标准中也做了描述。并详细介绍了测试的每一个阶段，考虑了各种负面影响因素，介绍了不同条件下应做何种选择。

测试装置

由于污泥或悬浮液的絮凝效果试验条件敏感，IFTS设计和开发了一个特定的设备，称其为Bootest，与其他操作同时进行，通过标准应用，以确保最好的实验室污泥絮凝条件。

这个设备中配有一些在被控制、量化、可追溯和可重复的条件下可应用的简单可靠的测试程序，以确定工业脱水的最佳条件。这套实验室bootest设备（见图1），包括两个独立或联合单元，配有：

• 一个絮凝器——配有4叶片螺旋桨和可弹出背板的搅拌式反应器

• 在排水单元中有一个自动、直接的絮凝污泥传送装置

• 排水单元

• 一个可随着时间变化对产生的滤液进行称重的设备

• 测试条件记录及连续的产出调查该设备允许：

• 采用不同絮凝剂混凝、絮凝污泥样品，在可控、可量化、可重复的条件下，无需考虑操作者

• 对絮凝污泥排水能力的测量；这是选择重力带式机械浓缩机的尺寸、优化其性能所需要的基本数据

• 在可控、可量化、可重复的条件下优化絮凝，来选择带式压滤机或螺旋沉降离心机所需絮凝剂的性质和用量，进行脱水

• 准备可再现的增稠絮凝污泥样品，以研究压力或离心条件下的过滤脱水能力（在试验台或管式离心机上做压滤试验），或进行更可靠的干燥极限测量（一个法国AFNOR标准已在审查此参数）

这款实验室Bootest设备非常实用，可以非常快地一个接一个进行絮凝试验，以选择絮凝条件（试剂的性质和剂量）。

表1：两台设备表征对比：实验室Bootest设备与现场Bootest设备

在EN 14742标准文本中描述的可重复性/可再现性结果，已在这个设备实验中得到了验证。

IFTS机构还开发了另一种设备，名为Field（现场） Bootest，很适合污水处理厂的操作员使用，能协助他们根据不同的污泥变化做日常化学条件调整，降低运营成本。现场Bootest设备，可按照标准方法，在污水处理厂里进行污泥絮凝“现场”试验。这款设备的尺寸和重量都被大大减小了（不到20公斤，符合飞机客舱行李要求），且易于使用，满足电力运行条件，遵循搅拌顺序（速度和持续时间），可记录滤液的产出量。

现场Bootest设备的产出结果，可告知操作员需要的絮凝剂用量。操作员可据此并按照实际时间调整剂量，通过降低聚合物消耗，防止过量，阻止污泥质量变化，保持脱水污泥的干燥和产出率。

表2： 实验室Bootest设备与现场Bootest设备结果对比：

表1对这两种设备进行了比较。以一种交联聚合物（剂量：14kg/TDS）为介质，在絮凝污泥上进行了一个重复性试验（一式三份，同一操作者），以及一个再现性试验（三个不同的操作者）。表2上列有结果。用现场Bootest设备做试验，得到的结果与实验室Bootest设备获得的结果相似。在重复性和再现性上的变化系数，符合在EN 14742标准，在实验室条件也可获得。

结论

为提高污泥的处理性能、降低成本，必须优化第一步——污泥絮凝。然而，之前通常的絮凝试验做法，既不能确保可追溯性、可重复性，结果也未必准确。还常需使用过量的昂贵试剂，效果较低。

IFTS机构所做的污泥絮凝实验性研究，及其在CEN TC 308欧洲标准化委员会所起的积极作用，将Bootest设计具体化，并将相关测试方法进一步升级，从而产生了欧洲EN 14742标准。

现场Bootest设备

他们是污泥絮凝的有利“工具”及“欧洲参考法”，即使重负载或高粘性污泥也适用。在实验室规模的严格控制下，絮凝效果相同，可量化的和可重复条件下，使絮体可以加厚。

为满足专业需求，IFTS研发的实验室）Bootest设备，可以优化絮凝条件（试剂性质及剂量），保证污泥浓缩脱水及后续脱水工作的稳定可靠，而现场Bootest设备，可以控制絮凝，调整絮凝条件，以降低污泥处理工艺的成本。