5污泥的浓缩和脱水

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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(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
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)：
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）
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。


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。 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。 既无需动力，也不要高差。
离心泵抽水:(见图5-12)

.自动排液装置（见图5-13）

图5-11 利用压差分离
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）
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(gravity thickening)
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。
污泥脱水的类型

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5-6 胶体粒子的电动电位5.源自.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。
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：
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）。


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。
初沉污泥 混凝沉淀 沉淀污泥 腐殖污泥 剩余活性污泥 给水污泥
生活污水污泥
沉淀污泥
污泥
工业废水污泥
生物处理污泥
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
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
∴ 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。

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。 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


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
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