污泥压砖

2．2污泥减量技术传统的活性污泥处理工艺会产生大量剩余污泥，给污泥处理系统带来极大的负荷。如果将污泥减量化，从源头上减小污泥量，将会对污泥的后缀处理工作带来极大的好处。而要让污泥减量化就必须从源头开始着手，从污水处理工艺上做些文章才行。现今污泥减量化技术主要有以下工艺:2．2．1臭氧污泥减量技术这一工艺是由日本的H．Yasui等学者提出的，其基本原理是在常规活性污泥法中将污泥回流分为两部分:一部分直接回流;另一部分用臭氧处理后再回流。在臭氧的作用下，细菌体外的多糖类及细胞壁成分转化为特别易生物降解分子，回流到曝气池中后作为微生物生长的底物被降解，从而使整个系统向外界排放的生物固体数量减少。研究表明臭氧可以削减50%左右的剩余污泥量［4］，同时可提高污泥的沉降性能。当合理控制臭氧的投量和回流污泥量，该工艺也可实现剩余污泥零排放。臭氧污泥减量技术工艺流程图［4］杨肖杰，程丽华．剩余活性污泥处理技术及发展趋势［J］．齐鲁石油化工，2009，37(1):71－74．2．2．2超声波破解的污泥减量技术利用超声波进行污泥减量，主要利用超声波作用于液体时会在液体中产生大量气泡，这些气泡随声波改变大小并瞬间破灭，气泡破灭产生强大水力剪切力使污泥破碎成小碎块，微生物的细胞壁被破坏，细胞质溶出，使污泥中颗粒态的化学需氧量转变为溶解态后进一步被微生物所降解，同样也可达到减少污泥量的作用。通过实验证实，超声波处理污泥不仅能够有效地强化细胞的可降解性，可减少污泥的产量20%～50%左右［11］，而且能够提高污泥脱水的效率，提高污泥的稳定性。但同时，超声波处理使污泥处理的成本和能耗有所加大。［11］曹秀芹，陈君，王洪臣，等．超声处理对活性污泥系统污泥减量效果的研究［J］．环境污染治理技术与设备，2006，7(6):85－88．2．2．3生物减量技术生物法污泥减量技术工艺流程图利用原生动物的捕食作用可以降低污泥的产量。目前常用的是两段法，第一阶段为分散细菌阶段，停留时间比较短，以利于细菌以分散状态存在，避免生成菌胶团，反应器为恒化器;第二阶段为捕食者阶段，这一阶段的停留时间一般较长，以利于原生动物的捕食，反应器可以采用活性污泥或生物膜反应器［12］。加入原生动物捕食减少了12%～43%的细菌生物量［13］，从而减少了污泥生成量。［12］翟小蔚，潘涛，W．Ghyoot，等．利用原生动物削减剩余活性污泥产量［J］．中国给水排水，2000，16(11):6－9．［13］陈声贵，许木启，杨向平，等．原生动物在活性污泥中的作用［J］．生态学杂志，2002，21(3):47－51，80．2．2．4膜分离污泥减量技术膜分离污泥减量技术是利用膜的过滤作用，代替二沉池进行固液分离，将污泥全部截留在反应器内，使得反应器内污泥浓度提高，污泥负荷低，且污泥龄很长。这一方面使得出水水质很好，另一方面使污泥自身氧化，减小剩余污泥产量，甚至能够达到无剩余污泥排放。试验中常采用淹没式中空纤维膜生物反应器(SMBR)作为反应器［14］。膜生物反应器可以人为控制剩余污泥的排放量，虽然膜生物反应器在实际工程应用中投资相对较高，但由于污泥龄长，处理水的水质好，可以大大节省日常运行费用，因而，也是一种较好的污泥减量技术。膜分离技术工艺流程图［14］杨造燕，匡志花，顾平，等．膜生物反应器无剩余污泥排放的研究［J］．城市环境与城市生态，1999，12(1):16－18．可以看到，虽然污泥减量化技术比传统的污泥处理投资更高，但从整体考虑却更符合可持续发展的思想，这种从源头控制和治理污泥的污水处理工艺，符合“清洁生产”、“绿色生产”的原则，从兼顾环境生态效益、社会效益和经济效益的角度来说具有更广阔的发展前景。所以，在本着从源头治理的原则，在污水处理厂的工艺选择上应同步考虑污泥的后缀处理问题，从大局着想，不要盲目追求局部的经济效益。2．3污泥建材利用污泥中除了含有有机物外，还含有20%～30%的无机物，主要是硅、铁、铝、钙等，与许多建筑材料常用的原料成分相近，可以利用污泥中的成分及其焚烧产物制造建筑材料。污泥的建材利用包括有生产水泥、制轻质陶粒、制生化纤维板、制砖、制轻质骨料和路基材料等。其中用污泥生产水泥既可资源利用，又可降低污泥危害性，但污泥中含活性阴离子氯，可造成钢筋发生小孔腐蚀，限制了用污泥制水泥的应用范围，同时制造水泥时能量消耗较大。用污泥制砖可用焚烧或非焚烧法，采用焚烧则会造成环境的污染，不采用焚烧方法时用污泥制砖的经济效益并不高，所以已经较少应用污泥制砖。用污泥制生化纤维板可制作成物理力学性能达国家三级硬质纤维板标准的板材，这些板材能用来作建筑材料或制造家具。利用污泥作建筑材料可以将污泥中的有毒有害物质固化或分解，使“二次污染”的风险降至最小，可实现资源、能源的充分利用。对于重金属含量偏高、不宜农用的污泥是一种经济有效的资源化方法。虽然利用污泥作为建筑材料现阶段在技术上还没完全地成熟，但从多方面的研究发现用污泥作建筑材料具有广阔的发展空间。污泥脱水技术污泥中的水分主要有自由水和结合水两种形式，而难以脱除的是结合水，所以结合水的脱除决定了污泥脱水效果的好坏。因此本实验研究采用外加添加剂的方法，通过改变污泥的结构性状，使污泥中的结合水得以大量脱除，以有效解决污泥入窑的问题。本实验研究测试了几种污泥调理添加剂对污泥脱水性能的改善效果。其中，聚丙烯酰胺脱水效果较差，抽滤后污泥的含水率仍然在70%以上。生石灰对污泥含水率的降低有一定的效果。矿渣的效果较好，但仍不如粉煤灰。而无水AlCl3和粉煤灰联用对污泥脱水性能的提高效果最明显。本次实验研究还从污泥泥饼的微观结构、Zeta电位以及结合水含量方面分析了添加剂对市政污泥脱水性能改善的机理。主要研究结论包括：（1）确立了粉煤灰与无水AlCl3联用调理污泥的方法。结果表明，当每100mL污泥中投加20g粉煤灰与10g无水AlCl3时，污泥的脱水效果最好，真空抽滤后污泥泥饼的含水率降低到了30%以下，污泥的比阻也大大降低，不足原来的1/100，抽滤速率明显加快。（2）粉煤灰的掺入能够很好地分散污泥，增加了滤饼的孔隙率，使水分更容易从滤饼中脱离出来。而粉煤灰与无水AlCl3联用，由于无水AlCl3具有一定的腐蚀性，可以进一步增加污泥颗粒表面的孔隙率，获得更好的脱水效果。（3）100mL污泥中投加20g粉煤灰与10g无水AlCl3，可以将污泥的Zeta电位绝对值降到最低，即将污泥量颗粒间的排斥力降到最低，利于污泥颗粒的凝聚沉降脱水。（4）粉煤灰与无水AlCl3联用可以改变污泥颗粒的性质，使污泥中的大部分结合水转化为自由水从而被脱除。1.2污泥中水分存在形式污泥中的固体颗粒主要为胶体粒子，有复杂的结构，与水的亲和力很强。污泥中所含水分有四种存在形态，即空隙水、毛细结合水（简称毛细水）、表面吸附水（简称吸附水）和内部结合水（简称内部水）[7]，如图2-1所示。空隙水是指大小污泥颗粒包围着的自由水分，它并不与固体直接结合，因而很容易分离，利用重力作用，就能将其分离出来。空隙水一般占污泥中总含水量的70%。毛细结合水是指在污泥颗粒接触面上由毛细压力结合，或充满于污泥与污泥颗粒之间或充满于污泥本身裂隙中的水分。毛细水约占污泥中总含水量的20%。由于毛细水和污泥颗粒之间的结合力较强，需借助较高的机械作用力和能量才能去除这部分水分。表面吸附水是通过表面张力的作用吸附在污泥表面上的水分。这部分水比毛细水更难脱除，需要在污泥中加入能起絮凝作用的电解质，使污泥胶体颗粒电荷得到中和后呈不稳定状态而粘附在一起，最后沉降下来。内部结合水是指包含在污泥中微生物细胞体内的水分。这种内部结合水与固体成分结合得很紧密，要去除这部分水分，必须破坏细胞膜，使细胞液渗出，由内部结合水变为外部液体。表面吸附水和内部结合水总共约占污泥总含水量的10%。污泥中水分存在的形式1.3污泥脱水技术针对污泥的不同脱水要求，国内外发展了不同的污泥脱水技术。概括起来，主要分为物理脱水（污泥浓缩、机械脱水等）和化学脱水（污泥调理）两大类。1.3.1物理脱水①污泥浓缩污泥浓缩去除的主要是污泥的空隙水，由于污泥水分中空隙水所占的比例最大，因此污泥浓缩是减少污泥体积最经济有效的方法。目前污泥浓缩最常用的方法有：重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等[8]。污泥经过浓缩后，含固率提高到5%~10%，为污泥的进一步脱水提供了基本的条件[9]。②机械脱水机械脱水是以过滤介质两侧的压力差为推动力，通过强制污泥水分经过过滤介质形成滤液，并使固体颗粒截留在介质上形成滤饼的方式来实现污泥脱水的过程。常用方法主要有压滤脱水法，真空吸滤脱水法和离心脱水法[10]。机械脱水的目的是进一步提高污泥的含固率，主要将污泥颗粒间的毛细水和部分表面吸附水分离出来，这部分水占污泥总含水量的10%~25%。[8]苗兆静.污泥调理中调质条件对污泥脱水性能的影响[D]．湖北：武汉理工大学，2005，11．[9]宋宪强．新型复合混凝剂应用于污泥脱水的研究[D]．广东：中山大学，2005，9．[10]韩云中．中小污水处理厂初沉污泥脱水技术研究[D]．河南：华北水利水电学院，2006，5．1.3.2污泥化学脱水经过浓缩和消化，污泥中的固体物主要由亲水性带负电的胶体颗粒组成，污泥水与污泥固体颗粒的结合力很强，比阻值较大，脱水性能较差。为了改善污泥脱水的性能，提高机械脱水的效果，需要通过调理来改变污泥的理化性质，减少胶体颗粒与水的亲和力，为固液分离创造条件。污泥调理方法主要有物理调理法、化学调理法和微生物调理法三大类，三种方法在实际中都有应用，但以化学调理法为主，原因是化学调理方法操作简单，投资成本较低，调理效果较稳定，是目前比较合理的方法。化学调理剂又包括无机调理剂和有机调理剂。1.4污泥脱水的基本理论虽然市政污泥的粒径分布非常广，往往粒径分布跨越数量级，但是市政污泥经过浓缩和消化，污泥中的自由水分基本被去除，固体物主要由亲水性带负电的胶体颗粒组成，因此可以用胶体的理论来阐述污泥脱水。1.4.1压缩双电层作用胶团双电层的构造决定了在胶粒表面处反离子的浓度最大，随着胶粒表面向外的距离越大则反离子浓度越低，最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度减小。当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ξ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，也就是溶液中离子浓度高的胶体间斥力比离子浓度低的要小。胶粒间的吸力不受水相组成的影响，但由于扩散层减薄，它们相撞时的距离就减小了，这样相互间的吸力就大了。可见其排斥与吸引的合力由斥力为主变成以吸力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚、脱稳。胶体结构示意图1.4.2电性中和胶体粒子表面一般带有负电荷，粒子间有静电斥力，因而使胶体分散体系长期保持稳定。胶体粒子间除了静电斥力外，同时还有范德华引力(一种分子间作用力)。静电斥力和范德华力均随胶粒间距离减小而增大，但斥力的增大有一个限度，而引力的增大能达到相当大的数值，因而斥力和引力的合力会随胶粒间距离的缩短由相斥而转为相吸。由此可知，若能减小或消除胶粒的表面电荷，则因范德华引力的作用，使胶粒相互碰撞发生凝聚。胶粒表面电荷的中和可以通过无机或有机阳离子凝聚剂的相互作用来实现，当凝聚剂在水中的组分靠近胶粒表面或被吸附到胶粒表面上时，即可使胶粒表面负电荷减少或消失。因此一般来说，凝聚剂的电荷愈多，达到相同效果投加量愈少。1.4.3吸附架桥吸附架桥作用机理主要是指高分子物质与胶粒的吸附与桥连。有机高分子凝聚剂的吸附架桥理论认为，伸展在水中的线性聚合物分子链上的活性基团与胶体表面的氢键结合，或静电引力，离子键及配位键结合，通过架桥方式将多个胶体粒子随意地束缚在聚合物分子的活性链节，尾端活性基团上，从而形成桥联状的粗大絮体颗粒。即使胶体间的静电斥力阻碍其有效碰撞结合，但只要聚合物分子链长超过胶粒间的有效排斥距离，就会产生凝聚作用。1.4.4网捕或卷扫当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离，称为网捕或卷扫作用。这