污泥的浓缩与脱水

固体废物处理使学生了解和掌握常见固体废弃物资源化和处理的常用技术和方法第五章污泥的浓缩与脱水教学目标:1.掌握污泥的分类、特性及性质指标;2.掌握污泥处理的目的和方法;3.理解并掌握污泥中水分的存在形式及其分离性能;4.熟悉并掌握污泥调理的方法;5.掌握污泥的洗涤、热处理和加药调理原理和作用;6.熟悉污泥脱水常用设备和原理。第五章污泥的浓缩与脱水教学重点：1.污泥的性质指标；2.污泥中水分的存在形式及其分离性能；3.污泥调理的方法；4.加药调理。教学难点：污泥中水分的存在形式及其分离性能第五章污泥的浓缩与脱水教学内容：5.1概述；5.2污泥浓缩；5.3污泥调理；5.4污泥脱水；5.5污泥生物沥浸处理5.1概述——污泥在给水和废水处理中，采用了各种分离方法以去掉溶解的、悬浮的或胶体的固体物质。从这些不同处理过程产生的各类沉淀物，漂浮物等统称为污泥。5.1概述——污泥的分类1）按来源分：给水污泥、生活污水污泥、工业废水污泥2）按分离过程分：沉淀污泥(包括物理沉淀污泥，混凝污泥、化学污泥)。初沉污泥和化学污泥生物处理污泥(指污水在二级处理过程中产生的污泥，包括生物滤池、生物转盘等方法得到的腐殖污泥及活性污泥法得到的活性污泥)。活性污泥和腐殖污泥现代污水处理厂污泥大部分是沉淀污泥和生物处理污泥的混合污泥。5.1概述——污泥的分类3)按污泥成分和性质分：有机污泥。以有机物为主要成分的有机污泥，可简称为污泥。有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小，含水率高且不易脱水，是呈胶状结构的亲水性物质，便于用管道输送。无机污泥。以无机物为主要成分的无机污泥，常称为沉渣。颗粒较粗，密度较大，含水率较低且易于脱水，但流动性较差，不易用管道输送。生活污水污泥或混合污水污泥均属有机污泥。给水处理沉砂池以及某些工业废水物理、化学处理过程中的沉淀物均属沉渣，无机污泥一般是疏水性污泥。5.1概述——污泥的分类4)按污泥在不同处理阶段分：生污泥浓缩污泥消化污泥脱水干化污泥干燥污泥污泥焚烧灰5.1概述——污泥的性质指标1）污泥的含水率和固体含量污泥中所含水分的含量与污泥总质量之比称为污泥含水率(％)，相应地固体物质在污泥中质量比例称为固体含量(％)。污泥的含水率一般都很大，相对密度接近1。通常，固体颗粒越细小，其所含有机物越多，污泥的含水率越高。V1/V2=W1/W2=(100-P2)/(100-P1)=C2/C1式中：V，W，C为含水率为P时污泥的体积，质量，固体含量。5.1概述——污泥的性质指标1）污泥的含水率和固体含量某混合污泥产生量为100m3/d，将此污泥固体含量从4.0%浓缩至8.0%，求污泥浓缩后体积减少多少？解：V1/V2=C2/C1=8.0%/4.0%=2所以V2=0.5V15.1概述——污泥的性质指标2）污泥的脱水性能浓缩达到97%左右，为了进一步降低含水量，减小体积，以利于污泥的输送、处理和处置，都必须对污泥进行脱水处理。不同性质的污泥，脱水的难易程度不同，可用脱水性能表示。污泥比阻γ:在1m2过滤面积上，截留1kg干泥时，滤液通过所需克服的阻力。γ9.81×1013m/kg，不易脱水γ在其中，脱水性能中等γ4.9×1012m/kg，易脱水5.1概述——污泥的性质指标污泥比阻：根据经验公式可知，过滤基本公式dV/dt=PA2/u(rwV+RA)积分求解可得t/V=bV+a污泥比阻为r=2bPA2/uw.根据过滤时间和滤液体积t/V和V的关系曲线求斜率b，计算r.水处理实验中涉及到污泥比阻的测定实验。5.1概述——污泥的性质指标2）污泥的脱水性能浓缩达到97%左右，为了进一步降低含水量，减小体积，以利于污泥的输送、处理和处置，都必须对污泥进行脱水处理。不同性质的污泥，脱水的难易程度不同，可用脱水性能表示。污泥毛细管吸水时间：污泥与滤纸接触时，在毛细管作用下，污泥中的水分在滤纸上渗透1cm距离所需的时间。CST值测定仪器5.1概述——污泥的性质指标3）挥发性固体与灰分挥发性固体烘干后的污泥在550-600度下完全燃烧后的损失量。挥发性固体能够近似地表示污泥中有机物含量，又称为灼烧减量。灰分则表示无机物含量，又称为固定固体或灼烧残渣。5.1概述——污泥的性质指标4）污泥的可消化性污泥中的有机物是消化处理的对象，其中一部分是能被消化分解的，另一部分是不易或不能被消化分解的，如纤维素等。常用可消化程度来表示污泥中可被消化分解的有机物数量。5）污泥中微生物生活污泥、医院排水及某些工业废水(如屠宰场废水)排出的污泥中，含有大量的细菌及各种寄生虫卵。为了防止在利用污泥的过程中传染疾病，必须对污泥进行寄生虫卵的检查并加以适当处理。5.1概述——污泥处理的目的(1)降低水分，减少体积。以利于污泥的运输、储存及各种处理和处置工艺的进行。(2)使污泥卫生化，稳定化。污泥常含有大量的有机物，也可能含有多种病原菌，有时还含其他有毒有害物质。必须消除这些会散发恶臭、导致病害及污染环境的因素，使污泥卫生而稳定无害。(3)通过处理可改善污泥的成分和性质。以利于应用并达到回收能源和资源的目的。5.1概述——污泥处理方法污泥浓缩消化干化预处理机械脱水干燥与焚烧最终处理5.1概述——污泥处理方法（1）污泥浓缩方法有重力浓缩法和气浮浓缩法。（2）污泥的消化是在人工控制条件下，通过微生物的代谢作用使污泥中的有机物质稳定化。（3）污泥调理是污泥机械脱水前的预处理，其目的是改善污泥脱水性能，提高脱水设备的生产能力。5.1概述——污泥处置的方法(1)污泥的利用：农肥、沼气及建筑材料(2)污泥的处置：填埋、焚烧及投弃5.2污泥浓缩污泥浓缩的目的就是降低污泥中水分，缩小污泥的体积，但仍保持其流体性质，有利于污泥的运输、处理与利用。浓缩后污泥含水率仍高达85％～90％以上，可以用泵输送。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩、气浮浓缩与离心浓缩。5.2污泥浓缩——污泥中水分1）间隙水70％－－浓缩法去除2）毛细结合水20％－－离心、真空等机械脱水法去除3）表面吸附水7％－－加热法去除4）内部(结合)水3％－－生物法破坏细胞膜或高温加热法、冻融法去除5.2污泥浓缩——污泥中水分1）间隙水被大小污泥块固体包围着的间隙水，并不与固体直接结合，作用力弱，因而很容易分离。这部分水是污泥浓缩的主要对象。当间隙水很多时，只需在调节池或浓缩池中停留几小时，就可利用重力作用使间隙水分离出来。间隙水约占污泥水分总量的70％。重力浓缩，污泥浓缩的脱水对象主要是间隙水。5.2污泥浓缩——污泥中水分2）毛细结合水在细小污泥固体颗粒周围的水，由于产生毛细现象，形成毛细结合水。各类毛细结合水约占污泥中水分总量的20％。由毛细现象形成的毛细结合水受到液体凝聚力和液固表面附着力作用，要分离出毛细结合水需要有较高的机械作用力和能量，可以用与毛细水表面张力相反的作用力，例如离心力、负压抽真空、电渗力或热渗力等，常用离心机、真空过滤机或高压压滤机来去除这部分水。5.2污泥浓缩——污泥中水分3）表面吸附水污泥常处于胶体状态，例如活性污泥属于凝胶，污泥的胶体颗粒很小，比表面积大，故表面张力作用吸附水分较多。表面吸附水的去除较难，特别是细小颗粒或生物处理后污泥，其表面活性及剩余力场强，粘附力更大，不能用普通的浓缩或脱水方法去除。常要用混凝方法加入电解质混凝剂，以达到凝结作用而易于使污泥固体与水分离。5.2污泥浓缩——污泥中水分4）内部(结合)水一部分污泥水被包围在微生物的细胞膜中形成内部结合水。内部水与固体结合得很紧，要去除它必须破坏细胞膜。用机械方法是不能脱除的，但可用生物作用(好氧堆肥化、厌氧消化等)使细胞进行生化分解，或采用其他方法破坏细胞膜，使内部水变成外部液体从而进行去除。以上3、4两部分水约占污泥中水分的10％，都可以采用人工加热干化热处理或焚烧法去除。5.2污泥浓缩——重力沉降分类1）自由沉降：颗粒互不干扰2）絮凝沉降：颗粒间相互黏结，逐渐变大3）拥挤（成层）沉降：颗粒相互干扰，成为一个整体下沉，溶液与颗粒层有明显的界面4）压缩沉降：上层颗粒将下层颗粒的水分挤压出来5.2污泥浓缩——评价指标1）浓缩污泥浓度：排泥管采样分析。2%-5%2）固体回收率：浓缩固体量与流入固体量的比值。浓缩池90%-95%。3）分离率：上清液溢流量与流入污泥量比值5.2污泥浓缩——设备重力浓缩设备气浮浓缩设备离心浓缩设备重力浓缩设备——间歇式浓缩池5.2污泥浓缩——设备5.2污泥浓缩——设备5.2污泥浓缩——设备优点:浓缩度高,固体物质回收率达99%,停留世间短,适应性强缺点:基建费用和操作费用高,管理复杂.表面吸附水表面张力作用吸附水分较多离心浓缩法5.2污泥浓缩——设备离心浓缩法5.2污泥浓缩——设备5.3污泥调理——调理方法污泥调理是污泥浓缩和机械脱水前的预处理，改善污泥浓缩和脱水性能，提高处理效率。洗涤(淘洗调节)加药(化学调节)热处理冷冻熔融法5.3污泥调理——污泥的洗涤用于消化污泥的预处理，去除部分有机微粒，降低污泥的黏度，提高污泥的浓缩、脱水效果。节省加药(混凝剂)用量，降低机械脱水的运行费用。洗涤过程包括用洗涤水(二次沉淀池出水或河水)稀释污泥、搅拌、沉淀分离撇除上清液。洗涤后上清液BOD5与悬浮物浓度常高达2000mg/L以上，必须回流到污水处理厂处理，不能直接排放污泥用作土壤改良剂或肥料时，不宜采用洗涤工艺5.3污泥调理——加药调理加药调理，也称化学调理，是在污泥中加入助凝剂、混凝剂等化学药剂，促使污泥颗粒絮凝，改善其脱水性能。5.3污泥调理——加药调理助凝剂：调节污泥的pH值供给污泥以多孔状网格的骨骼改变污泥颗粒结构破坏胶体的稳定性提高混凝剂的混凝效果，增强絮体强度。主要有硅藻土、珠光体、酸性白土、锯屑、污泥焚烧灰、电厂粉尘及石灰等惰性物质。使用方法:直接加入污泥中,投加量为:10到100mg/L。或是配制成1%到6%的糊状物使用。5.3污泥调理——加药调理混凝剂：无机混凝剂与高分子混凝剂无机混凝剂：电解质化合物，主要有铝盐（水合硫酸铝，明矾和三氯化铝）和铁盐（三氯化铁，绿矾和硫酸铁）；高分子混凝剂：高分子聚合电解质，包括有机合成剂及无机高分子混凝剂两种。有机合成剂：国内广泛使用高聚合度非离子型聚丙烯酰胺(PAM)(简称聚丙烯酰胺，又叫三号混凝剂)及其变性物质。无机高分子混凝剂：主要是聚合氯化铝(PAC)。5.3污泥调理——热处理将污泥加热，可使部分有机物分解及亲水性有机胶体物质水解，同时污泥中细胞被分解破坏，细胞膜中水游离出来，故可提高浓缩性与脱水性能。这种过程称为污泥的热处理，也叫蒸煮处理。污泥的热处理对于脱水性能差的活性污泥特别有效。5.3污泥调理——热处理活性污泥的泥团内含有内部水，即使用添加剂脱水，这些水分也难以分离。加热处理，可使细胞分解、蛋白质原生质被释放的同时，蛋白质和胶质细胞膜被破坏，形成由可溶性蛋白酶(缩多氨酸)、氨氮、挥发酸及碳水化合物组成的褐色液体，留下矿物质和细胞膜碎片提高了污泥的沉降性能和脱水性能。5.3污泥调理——热处理分类高温加压处理法：把污泥加温到170～200℃，压力为10～15MPa，反应时间1～2h。热处理后的污泥，经浓缩即可使含水率降低到80～87％。再经机械脱水，泥饼含水率可降低到30～45％。低温加压处理法：反应温度较低（在150℃以下），有机物的水解受到控制，与高温加压法比较，分离液中的BOD5浓度低40％～50％，臭气也比较少。5.3污泥调理——冷冻熔融处理法冷冻熔融法：是为了提高污泥的沉淀和脱水性能而使用的预处理方法。污泥一旦冷冻到-20℃后再熔融，温度大幅度变化，使胶体脱稳凝聚且细胞膜破裂，细胞内部水分得到游离，从而提高了污泥的沉淀性能和脱水性。5.4污泥脱水为有