巴工業株式會社 平松達生

1．前言

　　伴隨著下水道普及率的提高、深度處理的采用，下水處理廠中的污泥發生量逐漸增加，因此，污泥處理的負擔越來越大。污泥處理的目的在于使污泥減量化、穩定化和固體化，脫水可以大幅度減少容量，而使污泥固體化則是污泥處理中的中心任務。
　　所謂污泥的有效處理，就是在脫水過程中充分降低濾餅含水率，這對以后的處理是非常重要的。本文將介紹最近開發的降低脫水濾餅含水率的脫水設備Tomo-e高效型離心脫水機及采用2液添加法（添加兩種絮凝劑的方法）進行污泥脫水的情況。

2．污泥用脫水機

　　用于污泥脫水的脫水機有真空脫水機、加壓脫水機、帶壓脫水機和離心脫水機。前三種脫水機均為用濾布進行過濾的脫水機，真空脫水機利用減壓而形成的吸引力進行脫水，加壓脫水機利用擠壓力進行脫水，帶壓脫水機利用重力和擠壓力進行脫水。而離心脫水機則利用離心力進行脫水。
　　在對污泥進行機械脫水時，為了使污泥粒子絮凝化，需使用絮凝劑，絮凝劑有無機絮凝劑和高分子絮凝劑。真空脫水機、加壓脫水機使用無機絮凝劑（氯化鐵+石灰），帶壓脫水機和離心脫水機使用高分子絮凝劑。近年來，由于下列理由，使用高分子絮凝劑的帶壓脫水機和離心脫水機被大量采用。
　　1）脫水濾餅量幾乎沒有因添加絮凝劑而增加，最終處理負擔小。
　　2）加藥設備體積小，構造簡單。
　　3）脫水濾餅發熱量高，有利于后工段的焚燒。
　　4）消石灰引起的濾液配管、濾布的堵塞少。
　　在使用高分子絮凝劑的帶壓脫水機和離心脫水機中，最近，由于下列原因，離心脫水機受到了好評，被許多污水處理廠采用。
可以自動化，維修管理簡便。
　　1）結構緊湊，占地面積小。
　　2）可以實現大型化，單臺處理量大。
　　3）密閉的構造，氣味小。

3．高效型離心脫水機

　　由于深度處理的采用等， 脫水性差的污泥逐漸增加，考慮到脫水濾餅焚燒等后處理工段，應進一步降低濾餅的含水率。在原來的離心脫水機的基礎上，以進一步降低濾餅含水率為目的，開發了高效型離心脫水機。
　　高效型離心脫水機的外觀見照片1，脫水機構造圖見圖1。高效型離心脫水機的分離液層比原來的離心機的薄，污泥層比原來的厚。因此，加大了轉鼓內的固結力，并且延長了污泥的滯留時間。

　　由于積蓄在轉固內的污泥量增加，螺旋輸送器間的擠壓力增大，并且由于圓錐部的傾斜度比原來的大，因此滑動的剪切力加強。另外，離心力也比原來的有所增加。
　　加藥方式采用了本公司獨自的技術絮凝管方式。絮凝管方式見圖2。污泥供給管由雙重管構成，高分子絮凝劑和污泥通過不同的管路被送入轉鼓內，在進入離心力場的時候，污泥和高分子絮凝劑發生沖撞，進行反應，從而能夠有效地形成絮凝團。

　　在運轉控制當中，有圖3所示的微小差速控制及自動扭矩控制。微小差速控制就是以0.1轉的精度控制差速，差速最小可以調控到1轉，能夠使污泥的輸送速度比原來的離心機慢。而自動扭矩控制，通過將污泥輸送扭矩控制在一定數值，這樣可以將濾餅含水率維持在目的值。

　　如圖4所示，高效型離心脫水機設有將螺旋輸送器輸送固體時發生的能量作為電力進行回收的電力回收裝置，采取了節能對策。

　　作為螺旋輸送器葉片外緣的耐磨對策，巴工業采用了獨自開發的支撐板方式，在外緣上安裝了高硬度的燒結碳化鎢瓷片，以防止磨損。

4．2液添加法

　　除只添加陽離子聚合物的加藥方式以外，作為最近的技術，還有同時添加無機絮凝劑和兩性聚合物的2液添加法。兩性聚合物就是同時具有陽離子性和陰離子性的聚合物，有在同一分子內具有陽離子基和陰離子基的分子內兩性聚合物及調配離子性不同的聚合物而形成的兩性聚合物。
　　2液添加法的基本原理如下。向污泥中添加PAC和聚氯化鐵這樣的無機絮凝劑，徹底進行粘性物質的電荷中和。但是，由于電荷中和使液體中的陰離子物質消失，因此，陽離子聚合物的絮凝效果不良。而兩性聚合物的陰離子基替代液體中的陰離子物質，可以形成致密、較大的難以破碎的絮凝團。因此，采用2液添加法進行調質比單獨使用陽離子聚合物進行調質更能降低濾餅含水率。

5．高效型離心脫水機與原來型離心脫水機的比較

　　高效型離心脫水機與原來型離心脫水機的處理性能比較見表1。高效型和原來型的處理量都是標準處理量。高效型的離心力為2,000～2,500G，原來型的離心力為1,800～3,500G,平均起來其離心力基本相同。

高效型與原來型的處理性能 表1

處理場 處理場1 處理場2 處理場3 處理場4 污泥種類 混合生污泥 混合生污泥 混合生污泥 消化污泥 混合生污泥 脫水機 高效型 原來型 高效型 原來型 高效型 原來型 高效型 原來型 高效型 原來型 標準處理量（m³/h） 2.5 3.0 2.5 3.0 2.5 1.0 4 4 4 4 離心力（G） 2,100 1,800 2,100 2,300 2,500 3,500 2,000 2,000 2,000 2,000 差速（rpm） 2 6 1 6 1 7 2 5 3 5 加藥率（%） 0.4 0.4 1.03 0.82 0.74 0.8 1.05 1.41 0.9 0.99 濾餅含水率（%） 76.2 80.2 78.0 83.3 72.8 80.0 76.0 81.3 76.8 79.9

　　高效型的差速為1～3rpm , 原來型的差速為5～8rpm , 高效型的差速較小。這是由于采用了微小差速控制裝置，可以將差速控制得很小。在不同的處理場，加藥率存在著差別，但在同一個處理場，高效型和原來型的數值基本相同。關于濾餅含水率，高效型比原來型降低了3.1～7.2%（平均為5.0%）。
　　因此，將高效型和原來型進行比較，雖然離心力和加藥率基本相同，但高效型的濾餅含水率能夠降低5%左右。
　　高效型的離心力可以比原來型的大一些， 但在對下水污泥進行離心脫水時，一般離心力控制在2000G左右比較適當，提高離心力不一定能夠降低濾餅含水率。

6．高效型離心脫水機與帶壓脫水機的比較

　　用高效型離心脫水機（標準處理量50m³/h）和帶壓脫水機（濾布寬3m）對處理場5的混合生污泥進行脫水時，高效型的加藥率為0.51%，帶壓的加藥率為0.50%，基本相同，但濾餅含水率不同，高效型脫水機為74.6%，帶壓脫水機為77.4%，高效型脫水機低3%左右。
　　用高效型離心脫水機（標準處理量30m³/h）和帶壓脫水機（濾布寬3m）對處理場6的混合生污泥進行脫水時，高效型離心脫水機和帶壓脫水機的加藥率均為0.8～1.0%，但濾餅含水率不同，高效型離心脫水機為75～77%，帶壓脫水機為79～81%，高效型離心脫水機的濾餅含水率低約4%。

7．高效型離心脫水機的運轉狀況

　　在處理場6的約1年期間的供給污泥濃度和濾餅含水率的變化如圖5所示。供給污泥的濃度為3.8～4.9%，濾餅含水率為74.7～79.0%（平均為76.5%）。

4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 濾餅含水率（％） 74.9 76.5 76 76.2 76 78.9 78.2 79 76 76 75.8 75 供給污泥濃度（％） 5 4.5 4.5 4 4.2 3.8 3.8 4.2 4 3.9 4.5 3.8

8．2液添加法的效果

　　2液添加法是在污泥供給管途中添加無機絮凝劑（PAC、聚氯化鐵）之后，通過絮凝管方式（機內加藥）添加兩性聚合物的方法。下面介紹采用2液添加法給離心脫水機的處理性能帶來的效果。
　　（1） 濾餅含水率
　　1液添加法和2液添加法時的運轉狀況見表2。溢流堰的號碼越小，液體深度越淺。高效型離心脫水機和原來型離心脫水機在采用2液添加法時，濾餅含水率均有所降低。

1液加藥方式和2液添加法 表2

處理場 處理場7 處理場8 處理場9 處理場10 污泥種類 消化污泥 混合生污泥 混合生污泥 混合生污泥 脫水機 原來型 原來型 高效型 高效型 加藥方式 1液 2液 1液 2液 1液 2液 1液 2液 離心力（G） 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 2,100 溢流堰號碼（-） 6．1/2 6．1/2 7．4/1 7．4/1 7 6．2/1 7 7 差速（rpm） 3 2 4 3 2 1.5 3 2 高分子加藥率（%） 1.02 1.47 1.51 1.48 0．67 0.72 0.92 0.90 無機加藥率（%） - 33 - 38 - 18 - 9 濾餅含水率（%） 78.5 75.1 84.3 81.2 79.1 77.4 77.5 75.0

　　在處理場7，采用1液添加法和2液添加法時的溢流堰是一樣的，而采用2液添加法時，差速從3rpm減小為2rpm。差速越小濾餅含水率越低，但如果差速太小，使積蓄在轉鼓內的固體量增加，不久會發生固體流到分離液中去的攜帶現象。因此，發生攜帶現象前的差速是降低濾餅含水率的最佳差速。在處理場7，采用2液添加法比采用1液添加法時的差速小，這是由于上面講的2液添加法能夠形成致密、強固的巨大絮凝團的緣故。處理場8和10也是由于與處理場7相同的理由，采用2液添加法時的差速降低了1rpm。
　　在處理場9，采用2液添加法時的差速比采用1液添加法時的差速小，從2rpm降低為1.5rpm，而溢流堰從7變成了6.1/2，稍淺了一些。溢流堰越淺，濾餅含水率越低，但如果溢流堰太淺，轉鼓內的固體積蓄的有效容積會減少，與差速太小時的情況相同，也會產生固體流到分離液中去的攜帶現象。因此，也有必要將溢流堰設定在不發生攜帶現象的范圍內。在處理場9，采取2液添加法時之所以能夠將溢流堰設定得淺一些，是由于2液添加法提高了污泥的脫水性，固體在轉鼓內所占的體積減小，螺旋輸送器對固體的輸送性提高所致。
　　通過添加兩種藥液，致使濾餅含水率下降，這是由于絮凝團變得致密、強固以后，絮凝團內含水量減少，污泥粒子和水的分離變得容易所致。不過，除此之外，在利用離心脫水機進行污泥脫水時，2液添加法之所以產生良好的效果，可以說是由于添加兩種藥液后所形成的絮凝團能夠適應將溢流堰和差速按照降低濾餅含水率的需要進行設定。從這種觀點來講，高效型離心脫水機的有利之處在于設有微小差速控制裝置，能夠將差速調控到1 rpm。
　　（2）磷去除率
　　由于添加無機絮凝劑（PAC、聚氯化鐵），污泥中的磷根據下式形成不溶性的磷酸二鐵和磷酸鋁，在脫水濾餅中被固定化。
　　　　PO₄^3- + Fe³⁺ → FePO₄
　　　　PO₄^3- + Al³⁺ → AlPO₄
　　因此，由于采用同時使用無機絮凝劑的2液添加法，一般脫水工程中的磷的去除率都非常高，達到了95%以上。
　　（3）臭氣的減少
　　由于聚氯化鐵中的副鐵離子的作用，惡臭的主成分硫化氫、甲基硫醇根據下式，在脫水濾餅中被固定化。因PAC中的鋁離子的作用而產生的Al₂S₃、(CH₃S)Al的溶解度很高，在濾餅中不能固定化。
　　　　3H₂S + 2Fe³⁺ → Fe₂S₃ + 6H⁺
　　　　3CH₃SH + Fe³⁺→ (CH₃S)³Fe + 3H⁺
　　因此，采用同時使用聚氯化鐵的2液添加法，能夠使臭氣減少。
　　上面介紹了同時使用無機絮凝劑的各種效果，但由于添加無機絮凝劑，將會使污泥和分離液的PH值下降。因而有必要考慮機械本體和附屬設備的材質。

9．經濟性

　　高效型離心脫水機與原來型離心脫水機比較，脫水機價格高一些，并且原來型的維修管理費略低一些， 但兩者基本沒有什么差別。將折舊費和維修管理費綜合起來進行比較，高效型的價格高一些。不過，根據計算結果，考慮到后工段的焚燒、填埋，由于高效型能夠降低脫水濾餅含水率，這樣助燃劑費和運輸費將會減少，綜合經濟評價的結果是有利的。
　　2液添加法比1液添加法增加了無機絮凝劑的成本費用。無機絮凝劑的加藥率為10~40%，根據不同的污泥略有差異，無法規定固定的比率。采用2液添加法，能夠降低濾餅含水率。基于上述情況，應該對在后工段中減少的助燃劑費、運輸費與無機絮凝劑的費用進行經濟性的研究。

10．結束語

　　在污泥脫水重要性的提高、可望技術進步的形勢下，巴工業成功地開發了高效型離心脫水機和2液添加法兩項新的技術。為了最大限度降低濾餅含水率，同時采用高效型離心脫水機和2液添加法是最有效的。不過，應該首先考慮整個工藝的最佳含水率和經濟性等，然后再作決定。
　　從上面介紹的新技術可以看出， 巴工業在設備的硬件方面和調質的軟件方面，從不同的側面進行了開發。不過，機械構造和調質常常有著因果關系。今后，綜合考慮硬件和軟件方面的問題，進一步進行污泥脫水領域的技術開發。

（楊紹清譯）