污泥的浓缩和脱水

5污泥的浓缩和脱水概述污泥浓缩污泥的调理污泥脱水污泥的利用5.1概述污泥的种类污泥处理的目的和方法污泥中的水分及脱水的难易顺序5.1.1污泥(sewagesludge)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①减容：水处理过程中产生的污泥含水率一般在98％以上，对进一步处理、运输及利用都带来困难。②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；③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•①弃置适用于化学性质和生物性质较稳定的污泥•②填埋适用于有机污泥，降解过程中产生恶臭•③海上弃置同①•④地下深埋量少，有二次污染（溶出、产生气体、易着火）•⑤固化弃置含大量有害物质•⑥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•①方法浓缩、消化、脱水、干燥、焚烧、固化•②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(gravitythickening)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φ6（m）→φ100(m)小直径（1.8～20m）：中心传动大直径（＞20m）：周边传动搅拌速度：线速度2～20cm/s停留时间：6～8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0.3～2.5%提高到3～6%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(continuousthickeners)1-中心进料管；2-上清液溢流堰；3-底流排出管；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-liftconcentrationmethod)：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(centrifugalthickening)：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；但：占地面积大，效率低（3～6％）（2）气浮浓缩法：效率高（5～7％）速度快（时间为重力法的1／3）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74～78％）速度快（螺旋卸料型，直径300～400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)目的及内容化学调理淘洗（洗涤）加热加压调理（热处理或蒸煮处理）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），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（ξ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：①通过加药，压缩双电层，达到脱稳作用②通过加药，用桥连作用将其聚集为絮凝体（小变大）•ξ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胺（3＃絮凝剂）（CH2—CH）n︳C＝O︳NH2•这是一种非离子型絮凝剂，分子量一般为400～800万，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3～4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：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；浓度：浓度高，黏度大，阻碍沉降；稀，粘度小，越接近自由沉降。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170～200℃加压1～1.5Mpa反应时间40～120min高温加热后再浓缩，含水率可降至80～87％；污泥的容积可减少几十倍。–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40～50％，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-thawtreatment)•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（vacuumfiltering）真空过滤机(vacuumfilters)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；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50～80mm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Ⅲ区，为休止区，或为过渡区（正压与负压的转换）–进入Ⅳ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：过滤机要安装在较高位置。•离心泵抽水:(见图5-12)–配置专用离心泵，从分离器底部抽水。–缺点：增加设备和动力消耗。•.自动排液装置（见图5-13）–既无需动力，也不要高差。图5-11利用压差分离1-过滤机；2-气水分离器；3-真空泵；4-鼓风机图5-12利用离心泵抽水1-过滤机；2-气水分离；3-真空泵；4-鼓风机；5-离心泵；图5-13利用自动排液装置分离1-过滤机；3-真空泵；4-鼓风机；6-自动排液装置；自动排液装置工作原理示意图自动排液装置工作原理•下设有一对排液箱（6），箱中的浮子悬挂在杠杆（2）的两端，此时，左边排液箱由橡胶阀（4）将其与气水分离器隔绝,而空气阀（3）打开与大气相通，形成正压，单向阀（7）打开排出滹液•与此同时：右边排液箱与气水分离器相通，形成负压，空气阀（3）和单向阀（7）关闭，水靠自身重力进入排液箱，随着滤液增加，浮子（5）所受浮力增大，当其浮