第五章-固体废物的脱水

固体废物处理与处置第五章固体废物的脱水固体废物处理与处置固体废物处理与处置脱水方法2概述1第五章固体废物的脱水固体废物处理与处置5.1概述⒈高湿废物⑴污泥表5.1代表性污泥的含水率名称含水率/%初沉污泥混凝污泥活性污泥空气曝气纯氧曝气生物滴滤池污泥慢速滴滤快速滴滤厌氧消化污泥初沉污泥活性污泥污泥脱水泥饼959398～9996～98939785～9090～9470～80固体废物处理与处置5.1概述⑵畜禽粪便表5.2畜禽粪便的各组分平均含量固体废物处理与处置5.1概述内部结合水间隙水毛细结合水表面吸附水⒉污泥中水分的存在形式固体废物处理与处置5.2脱水方法表5.2常用脱水方法脱水方法含水率（%）推动力能耗（kw·h/m3）脱水后污泥状态浓缩重力浓缩气浮浓缩离心浓缩95～97重力浮力离心力0.001～0.01近似糊状机械脱水真空过滤压力过滤滚压过滤离心过滤水中造粒60～8555～7078～8680～8582～86负压压力压力离心力化学、机械力1～10泥饼泥饼泥饼泥饼干化冷冻、湿式氧化热处理干燥焚烧10～400～10热能热能热能1000颗粒灰固体废物处理与处置5.2脱水方法5.2.1污泥的浓缩5.2.2污泥的调理5.2.3污泥的机械脱水固体废物处理与处置5.2.1污泥的浓缩⒈重力浓缩浓缩是减小污泥体积最经济有效的方法，其中，重力浓缩是使用最广泛和最简便的浓缩方法。图5.1不带中心传动间歇式浓缩池清液进泥排泥清液排泥进泥固体废物处理与处置5.2.1污泥的浓缩图5.2浓缩池构造示意图进料搅拌刮泥架升高位置进料挡板管柱流向污泥出口倾斜刮板溢流堰分离液出口固体废物处理与处置5.2.1污泥的浓缩图5.3有刮泥机及搅动栅的连续式重力浓缩池1－中心进泥管；2－上清液溢流堰；3－排泥管；4－刮泥机；5－搅动栅23514固体废物处理与处置5.2.1污泥的浓缩⒉气浮浓缩法气浮浓缩与重力浓缩相反，依靠大量微小气泡附着在颗粒上，形成颗粒-气泡结合体，进而产生浮力把颗粒带到水表面达到浓缩的目的。图5.4气浮浓缩工艺流程刮泥机进水室污泥气浮池出水管浮渣排除澄清水排水压缩空气溶气罐减压阀加压泵固体废物处理与处置优点：浓缩度高等。缺点：基建费用和操作费用较高等。5.2.1污泥的浓缩按照亨利定律，在一定温度下，空气在液体中的溶解度与空气受到的压力成正比。根据气浮原理，气浮浓缩的适应对象应该是疏水性污泥。气浮浓缩池分为圆形和矩形两类，见图5.5。⑴气浮浓缩原理⑵气浮浓缩的适应性⑶气浮浓缩池的结构⑷气浮浓缩法的优缺点固体废物处理与处置5.2.1污泥的浓缩图5.5气浮池基本形式清液进泥马达刮板浮泥刮板沉泥（a）圆形气浮池进泥加压回流水排沉泥传动链带刮板刮板马达浮泥（b）矩形气浮池清液固体废物处理与处置5.2.1污泥的浓缩⒊离心浓缩法离心浓缩利用固体颗粒和水的密度差异，在高速旋转的离心机中，固体颗粒和水分分别受到大小不同的离心力而使其达到固液分离的目的。由于离心力远远大于重力，因此离心浓缩法占地面积小，造价低，但运行费用及机械维修费用较高，因此应用较少。目前用于污泥离心分离的设备主要有倒锥分离型离心机和螺旋卸料离心机两种。固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理⒈污泥调理的目的是为了提高污泥浓缩脱水效率的一种预处理方法，目的是为了经济地进行后续处理而有计划地改善污泥的性质。有机质污泥（包括初沉污泥、腐殖污泥、活性污泥及消化污泥）均是以有机微粒为主体的悬浊液，颗粒大小不均匀且很细小，具有胶体特性。由于和水有很大的亲和力，可压缩性大，过滤比阻抗值也大，因而过滤脱水性能较差。其中活性污泥由各类粒径胶体颗粒组成，过滤比阻抗值高，脱水更为困难。固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理表5.3加药、洗涤法对消化污泥的调理效果调理方法混凝剂投量（%）比阻抗（S2/g）调理后pH加入混凝剂FeCl3-4.413.422.331.116×1091.6×1090.092×1090.047×1090.097×1098.37.56.44.22.5洗涤-1.1×1097.4洗涤后加FeCl31.664.216.779.3013.500.14×1090.027×1090.026×1090.027×1090.035×1096.75.85.24.22.5洗涤后加聚合氯化铝0.220.861.322.205.368.601.0×1090.12×1090.068×1090.021×1090.028×1090.044×1097.47.36.86.76.45.8固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理⒉污泥的调理方法污泥的调理方法主要有洗涤（淘汰调节）、加药（化学调节）、热处理及冷冻熔融法。以往主要采用洗涤法和以石灰铁盐、铝盐等无机混凝剂为主要添加剂的加药法。⑴污泥的洗涤污泥洗涤后废水一级洗涤槽一级洗涤后污泥第一混合槽二级洗涤废水二级洗涤槽二级洗涤后污泥第二混合槽洗涤水P表5.3加药、洗涤法对消化污泥的调理效果固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理混凝剂的选择混凝原理助凝剂⑵加药调理混凝剂固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理使用混凝剂还应注意以下几点：①当用三氯化铁和石灰药剂时，需先加铁盐再加石灰，这时过来速度快，节省药剂。②高分子混凝剂与助凝剂合用时，一般应先加助凝剂压缩双电层，为高分子混凝剂吸附污泥颗粒创造条件，才能最有效地发挥混凝剂的作用。③机械脱水方法与混凝剂类型有一定联系。④泵循环混合或搅拌会影响混凝效果，增加过滤比阻抗，使脱水困难。固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理⑶热处理①高温加压处理法处理后污泥热交换器污泥反应管冷却器锅炉蒸汽（a）污泥/污泥热交换——蒸汽直接吹入方式污泥热交换器处理后污泥加热器加热反应管（b）污泥/污泥热交换——间接加热方式污泥热交换器锅炉热交换器冷却水处理后污泥水（热载体）（c）污泥/水/污泥热交换——间接加热方式图5.7污泥热处理法固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理②低温加压处理法图5.8低温加压吹气式热处理系统空压机下水处理厂污泥生污泥浓缩槽浓缩生污泥贮槽破碎机高压隔膜泵热交换器贮气罐反应器自动阀脱臭装置除砂装置锅炉自动排泥阀热处理污泥浓缩槽分离液热处理污泥贮槽脱水设备滤液去生物处理固体废物处理与处置热处理法的优点可以大大改善污泥的脱水性能热处理污泥经机械脱水后便于进一步的处置需加药剂，不增加泥饼量由于加热处理,从卫生学看也是有利的应性强，可适用于各种污泥5.2.2污泥的调理固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理处理法的缺点容易在管壁结垢，高温区管壁和T形回弯头等处腐蚀和磨损发生恶臭，向处理场地周围散发BOD及COD偏高，需要二次处理需要高温高压操作和蒸汽加热，处理时间长达30min以上设备费用、操作费用高焚烧相比，污泥发热量低。固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理⑷冷冻熔融处理法图5.9冷冻熔融处理流程图冷冻熔接槽热盐水贮槽溢流污泥接受贮槽自来水非放射性废气放射性废水污泥泵沉降分离器冷盐水贮槽热盐水循环泵盐水冷却器冷盐水循环泵冷冻机TIRTIRTIRTSFI0～20℃固体废物处理与处置5.2.2污泥的调理表5.4污泥干固体浓度、冷冻温度与冷冻时间和脱水性能污泥固体浓度/%冷冻时间/min滤饼含水率/%冷冻时间/min滤饼含水率/%冷冻时间/min滤饼含水率/%4.27.911.015.2157180260-56.351.955.2-10510212511451.748.754.253.6--57---63.5-固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水⒈基本原理污泥机械脱水方法有真空吸率法、压滤法和离心法等，其基本原理相同。污泥的机械脱水是以过滤介质两面的压力差作为推动力，使污泥水分被强制通过过滤介质，形成滤液；而固体颗粒被截留在介质上，形成滤饼，从而达到脱水的目的。固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水造成压力差推动力的方法有4种：①依靠污泥本身厚度的精压力（如干化场脱水）；②在过滤介质的一面造成负压（如真空吸率脱水）；③加压污泥把水分压过介质（如压滤脱水）；④造成离心力（如离心脱水）。固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水图5.10过滤的基本过程1－滤饼；2－过滤介质滤液12δδ'固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水1.过滤开始时，滤液仅须克服过滤介质的阻力。当滤饼逐渐形成后，还必须克服滤饼本身的阻力。通过分析可得出著名的卡门（Carman）过滤基本方程式：2.根据卡门公式知，在压力一定的条件下过滤时，与成直线关系，直线的斜率与截距是：3.可见比阻值为：22fRtrVVPAPA2,2fRrbaPAP22PAbr固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水图5.11比阻测定装置及t/V—V直线图自来水水射器通气口真空表漏斗100mL量筒稳压瓶t/V0abV（a）（b）固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水4.由的定义可写出下式：5.根据液体平衡关系可写出：6.根据固体物质平衡关系可写出：7.由5、6可得：或0()fkfQQCQ0fkQQQ00ffkkQCQCQC00()kffkQCCQCC00()fkkfQCCQCC固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水8.将式7带入式4，并设可得：9.固体回收率等于滤饼中的固体重量与原污泥中固体重量之比值，用%表示。10.将式（5-7）带入上式得0fC00kkCCCC00100kkQCRQC00()100()kfkfCCCRCCC固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水⑶机械脱水过滤产率由式1若忽略过滤介质的阻抗，即，可写成：或设滤饼干重为W,则,带入上式得：所以可得过滤产率计算式：0fR22trVVPA222()()VPtAr过滤体积过滤面积WVWV2222(),()WPtWPtArAr1/22WPtAr滤饼干重（）过滤面积221/21/21/21/2222222()()()()cccWPtPtmPmPmLAtrtrtrtrt固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水又称滤布，包括由棉、毛、丝、麻等天然纤维及各种合成纤维制成的织物，以及由玻璃丝、金属丝等织成的网状物。包括细砂、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质，多应用于深层过滤；是具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板。①织物介质②粒状介质③多孔固体介质⑷过滤介质固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水⒉真空过滤脱水⑴真空过滤机图5.12转鼓真空过滤机Ⅰ—滤饼形成区；Ⅱ—吸干区；Ⅲ—反吹区；Ⅳ—休止区；1—空心转鼓；2—污泥槽；3—扇形格；4—分配头；5—转动部件；6—固定部件；7—与真空泵通的缝；8—与空压机通的孔；9—与各扇形格相通的孔；10—刮刀；11—泥饼；12—皮带输送器；13—真空管路；14—压缩空气管路IⅡⅢⅣⅣ1342596785610121314固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水图5.13链带式转鼓真空过滤机洗涤轴洗涤槽刮刀卸料轴α冲洗管固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水⑵真空过滤设计主要是根据原污泥量、过滤产率决定所需过滤面积A与过滤机台数。所需过滤机面积WfAL固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水例今有污泥量为Q0=25m3/h，用化学调节预处理，助凝剂石灰投加量10%（占污泥干固体重量），助凝剂铁盐5%（占污泥干固体重量），设计真空转鼓过滤机。解原污泥浓度C0=2%=20kg/m3，Q0=25m3/h，W=20×25=500kg/h。过滤产率L=3.45kg/(m2·h)，所加助凝剂与混凝剂分别为10%，2%，，由式（5-12）得：若每台真空过滤机的过滤面积为19m2，则需真空过滤机，取10台。25001.151.151923.45WfAmL固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水⒊压滤脱水⑴压滤脱水设备图5.14板框压滤机头板框板框滤布固体废物处理与处置5.2.3污泥的机械脱水图5.15自动