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1、5 污泥的浓缩和脱水 v 概述 v 污泥浓缩 v 污泥的调理 v 污泥脱水 v 污泥的利用 5.1 概述v 污泥的种类 v 污泥处理的目的和方法 v 污泥中的水分及脱水的难易顺序 5.1.1 污泥(sewage sludge)的种类这里的污泥主要是指水处理过程中产生的污泥,根据来源及水 处理方法的不同,可以分为三大类,并可进一步分类初沉污泥生活污水污泥 沉淀污泥 混凝沉淀 沉淀污泥腐殖污泥 污泥 工业废水污泥 生物处理污泥 剩余活性污泥给水污泥5.1.2 污泥处理的目的和方法 处理目的 最终处置方法 最终处置前的处理方法 (1)处理目的减容: 水处理过程中产生的污泥含水率一般在98以上,对进一
2、步处 理、运输及利用都带来困难。卫生化和稳定化:污泥中一般含有有机物,细菌和病原体,有毒有害物质,不经 处理将对环境带来二次污染;回收和利用: 污泥中含有许多有益组分,可以回收利用:a.用作建筑材料 b.农肥 c.生产沼气(有机污泥) (2)最终处置方法弃置适用于化学性质和生物性质较稳定的污泥 填埋适用于有机污泥,降解过程中产生恶臭 海上弃置 同 地下深埋量少,有二次污染(溶出、产生气体、易着火) 固化弃置含大量有害物质 焚烧适用于有机污泥,可减容,灭菌消毒 (3)最终处置前的处理方法 方法浓缩、消化、脱水、干燥、焚烧、固化 工艺系统:主要四类a.重力浓缩机械脱水处置脱水滤饼b.重力浓缩机械脱
3、水焚烧处置灰分c.重力浓缩消化机械脱水处置滤饼d.重力浓缩消化机械脱水焚烧处置灰分5.1.3 污泥中的水分及脱水的难易顺序 按水分在污泥中的存在形式可分为四种(见图5-1) 间隙水:颗粒间中的水,约占70%左右; 毛细管结合水:颗粒间隙形成的毛细管中的水,约占20%左右; 表面吸附水:颗粒表面的水,约占7%左右; 内部水:颗粒内部或微生物细胞内的水,约占3%左右。 脱水时由难易,依次为:内部水表面吸附水楔形毛细管结合水裂纹毛细管结合 水间隙水 图5-1 污泥水分的存在形式5.2 污泥浓缩(thickening) 前已述及,污泥的浓缩是为了减容,为污泥的后续处 理创造条件,故它是预处理作业,由于
4、方法简单,成 本低,又是必须的作业。 污泥浓缩的方法主要有三种:重力浓缩,气浮浓缩, 离心浓缩。其中,应用最多的是重力浓缩 。重力浓缩法 其他浓缩法 三种方法的比较 5.2.1 重力浓缩法(gravity thickening)原理 设备 (1) 原理 基本原理在重选一节中已介绍,属自由沉降的范畴(因 固体含量3%)。 如图5-2,污泥由中空给料管给入自由沉降区B,固体 靠自重迅速下沉,到达D区后,汇集成紧密接触的类似 纤维海绵状的团块结构,继续下降至E区,然后排出; 在B,D之间有一个过渡区,该区已非自由沉降,下沉粒 子受到已到达该区粒子的阻力,所以下沉速度变缓,C 区的大小取决于B、D区的
5、沉降速度。图5-2 浓缩机的浓缩过程示意图 A区澄清区; B区自由沉降区; C区过渡区; D区压缩区 E区浓缩物料区 (2)设备 通常采用连续式浓缩池(图5-3)主要参数 直径从6(m)100(m)小直径(1.820m):中心传动大直径(20m):周边传动搅拌速度:线速度220cm/s停留时间:68小时,太长,厌氧发酵 强化措施a.加倾斜板,增大沉降面积,缩短沉降距离。b.加絮凝剂, 效果:由固体含量0.32.5%提高到36% 优点:操作、管理好,费用低。 缺点:占地面积大,效率低。 图5-3 连续式浓缩池(continuous thickeners)1-中心进料管;2-上清液溢流堰;3-底流
6、排出管;4-刮泥机;5-搅动栅5.2.2 其他浓缩法其他浓缩法有两种:(1)气浮浓缩法(Air-lift concentration method):利用清水加压溶气,减压释放气泡来粘附污泥颗粒上浮的浓缩方 法。(图5-4)(2)离心浓缩法(centrifugal thickening): 利用离心力增大污泥中固态颗粒和水的密度差以达到固液分离的 浓缩方法。(图5-5) 图5-4 气浮浓缩法1-浴气罐;2-加压泵;3-水池;4-气浮浓缩池;5-减压阀图5-5 离心浓缩机示意图(a). 倒锥分离板形离心机;(b). 螺旋卸料离心机5.2.3 三种方法的比较(1)重力浓缩法:操作简单,处理费用低;
7、但:占地面积大,效率低(36)(2)气浮浓缩法:效率高(57)速度快(时间为重力法的13)污泥稳定性好,(混入了空气,不易腐败)但:基建费和操作费用高,管理复杂。(3)离心浓缩法:效率高(污泥可被浓缩到7478)速度快(螺旋卸料型,直径300400处理速度可 达50m3/h)但:动力和维修管理费高,一般不采用;(美国用于活性污泥的浓缩) 5.3 污泥的调理(adjustment)v 目的及内容 v 化学调理 v 淘洗(洗涤) v 加热加压调理(热处理或蒸煮处理) v 冷冻融化 5.3.1 目的及内容 (1)目的:为提高污泥的脱水和过滤性能,是脱水和过滤的预处理。(2)内容:化学调理(加药调理)
8、,淘洗(洗涤)普通采用加热加压调理(蒸煮调理),冷冻融化调理受到重视 5.3.2 化学调理 污泥中的固态粒子均为水合物,基本上是一种稳定的胶体悬浮液 胶粒具有很强的布朗运动,运动时,扩散层的配衡离子大部分脱离 , 胶粒表面产生剩余电荷,是为电动电位(电位)(如图5-6 ) 相同的电性使之相互排斥,形成稳定分散体系。 化学调理的目的是:通过加药,压缩双电层,达到脱稳作用通过加药,用桥连作用将其聚集为絮凝体(小变大) 电位有有,实际上,污泥中的分散相全部都带负电。 压缩双电层:采用高价阳离子凝聚剂:硫酸铝,聚合氯化铝桥连作用:高分子絮凝剂,活性基团为阳离子,又有很高的聚合度 。如聚丙烯酰胺聚丙烯酰
9、胺(3絮凝剂)(CH2 CH )n CO NH2 这是一种非离子型絮凝剂,分子量一般为400800万,最高达 1200万。 活性基团为酰胺基,由于其非离子特性,可以在很宽的pH范围内 使用,并对溶液中的金属离子不敏感。 化学调理的作用实质上是通过加药使粒子由小变大,加速沉降过 程。 图5-6 胶体粒子的电动电位5.3.3 淘洗(洗涤scrubbing)淘洗是将污泥与34倍污泥量的水混合而进行沉降分离的一 种脱水方法。仅适用于消化污泥,目的在于降低其碱度和浓度: v 碱度:过量的OH离子使粒子表面荷同名负电荷相互排斥,呈稳 定悬浮状态; v 浓度:浓度高,黏度大,阻碍沉降;稀,粘度小,越接近自由
10、沉降。 消化污泥: 指厌氧消化产生的污泥,在厌氧发酵过程中,会产生大量 钙 镁、氨的重碳酸盐,使其pH升高(OH),这 种污泥进行化学调理时,会消耗大量的凝聚剂。如:2FeCl3+3Ca(HCO3)2=2fe(OH)3+3CaCl2+6CO2该反应消耗了作为凝聚剂的FeCl3,采用淘洗,可使FeCl3用量减少一 半。 5.3.4 加热加压调理(热处理或蒸煮处理) 通过加热加压,使部分有机物分解或水解,颗粒结构改变(内部水游 离出来),以改善污泥的浓缩和脱水性能。 高温热处理:温度170200 加压 11.5Mpa反应时间 40120min高温加热后再浓缩,含水率可降至8087;污泥的容积可减少
11、几十倍。 低温热处理:温度150; 常压有机物不易水解,进入分离液的BOD约降低4050,不需二次处理,是主要发展方向。热处理优点:明显改善脱水性能,不需加药,可杀死病原菌。 5.3.5 冷冻融化调理(Freeze-thaw treatment) 将污泥冷冻至-20后再融化,由于温度的大幅度变化, 使胶体脱稳凝聚,水化膜破裂,内部水游离,从而大大 提高污泥的沉淀和脱水性能。 优点:能耗比热处理低,(冷冻473KJ/kg污泥,热处理 753KJ/kg)有机物不分解,(不需对分离液二次处理) 缺点:时间长(5h以上) 设备:冷冻融化槽 在进行冷冻融化调理时,冷冻速度具有如下影响: 缓慢冷冻:可形成
12、大的冰晶体,融化时水易与固体分离 快速冷冻:形成小的冰晶体,融化时水易被固体重新吸收。5.4 污泥脱水(dewatering) 概述 真空过滤脱水 压滤脱水 滚压脱水 离心脱水 主要脱水方式的比较5.4.1 概述 污泥经浓缩后,含水率一般仍90,对其进一步的 处理和处置,仍是不经济的,所以,浓缩只是脱水的 预处理,而脱水才是污泥最重要的减量化手段。或者 说,脱水才是污泥处置前不可缺少的预处理作业。 浓缩与脱水的比较 浓缩:污泥的含泥量提高,但污泥的含水率仍大于含泥量; 脱水:污泥的含水率降低,并且含水率低于含泥量。 这种比较只是对固废中的污泥而言,若粒度较粗,含泥量较 高,浓缩也可使含水率小于
13、含泥量。 污泥脱水的类型 真空式: 利用滤材两边的压差,如圆筒真空过滤机 压榨式:利用机械挤压,如压滤机 离心式:利用离心力,如离心过滤机5.4.2 真空过滤(vacuum filtering) 真空过滤机(vacuum filters)的结构 工作原理 工艺流程 改进与发展 (1)结构 过滤机的结构见图5-7。 过滤机主要有以下部分组成 筒体; 分配头; 料浆槽; 位于筒体下端,接纳被过滤的污泥。 传动装置 驱动筒体旋转。 搅拌器 为防止污泥沉淀,在料浆槽内有往复摆动的搅拌嚣。 滤布 一般使用人造纤维布(锦纶、涤纶、丙纶、尼龙等) 图5-7 圆筒真空过滤机的结构 1,9-左右分配头;2-喉管
14、;3-筒体;4-刮板;5-主轴承;6-料浆槽;7- 搅拌器;8-传动机构筒体 过滤机的主体,钢板焊制,表面分成一定数量的轴向贯 通的过滤室,室与室之间严格密封; 过滤室铺设过滤板(作用:支撑滤布,并形成滤液通道 ); 整个筒体包裹过滤布,过滤布用胶条、麻绳嵌在隔条的 绳槽内,再以5080mm的间距用钢丝把滤布固定在筒 体上; 筒体的一端有一喉管,与分配头相连; 以一个滤室为例(如图5-8)。图5-8 一个过滤室的截面图 1-隔条;2-筒皮;3-过滤板;4-管子;5-胶条;6-滤布分配头 分配头是过滤机的重要部件; 其一面与喉管密合保持滑动接触,另一面通过管子与真 空泵、鼓风机相连,通过它控制过
15、滤机的各个过滤室依 次进行过滤,卸料,及清洗滤布。(2)工作原理 工作原理见图5-9; 仍以一个室为例: 该过滤室随筒体旋转,开始处于筒体下部(浸在污泥中),过滤 室经管子、喉管与分配头的I区接通,室内为负压。水透过滤布 进入过滤室,被真空泵抽向机外,滤布表面形成滤饼。 过滤室脱离液面后,进入脱水区(II),进一步脱水。 进入区,为休止区,或为过渡区(正压与负压的转换) 进入区,与分配头的鼓风管道相通,鼓风机将有正压的风吹入 过滤室,吹落滤饼,并在进入料浆槽之前,清洗滤布。图5-9 过滤机的工作原理图(3)工艺流程 真空过滤的工艺流程见图5-10。 工艺流程的组成 真空过滤机(前已介绍) 气水分离器 真空系统 鼓风机 空气平衡桶 图5-10 真空过滤工艺流程1过滤机;2气水分离器;3风包;4真空泵;5鼓风机气水分离器真空泵将水和气一起抽出,水不能进入真空泵,在此之前需进 行气-水分离,气-水分离有三种方式: 利用压差分离(见图5-11): 气水分离器中是负压,要使水压大于空气负压。将气水分离器下底 安装在距地沟9m的高度,真空负压9m水柱。 缺点:过滤