城市污泥调理深度脱水与卫生填埋技术-PPT演示文稿

TNCM1
MgO-CaO-SiO2 白色粉末 80~120目 ≤500秒 ≤3.5 ≤5.5
≤4.0
≤0.1 ≤0.8
5~10
TNCMF1
CaO-MgO-SiO2 白色粉末 80~120目 ≤500秒 ≤3.5 ≤3.5
≤5.0
≤0.1 ≤0.8
5~10
TNCMC
CaO-MgO-SiO2-ClO2 白色粉末 80~120目 ≤500秒 ≤3.5 ≤3.5
最优条件: S2O82− 1.2 mmol/gVSS、Fe(II) 1.5 mmol/gVSS CST削减率达90%(1 min)
11
序号 技术参数
调理剂型号
1 氧化物组成
2 外观 3 粒径（目） 4 活性度（s）
5 不溶物质量分数（%）
6 烧失量质量分数（%）
7 三氧化硫质量分数（%）
8 氯化物质量分数（%） 9 堆积密度/（g/ml） 10 投加量（%占含水率80%污泥）
Table 1 Characteristics of sewage sludge used in this study before conditioning.
Water content (%) 98.24±0.19
pH 6.95±0.15
Viscosity (mPa·s) 268.40±2.42
CST (s) 210±14.07
600
800
1000
1200
1400
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
烧结温度（℃）
MgCl2溶液浓度（mass%）
❖ M1（水泥-MgO-硫酸镁）调理固化
抗压强度（Kpa）
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0 1
30％M1 20％M1 10％M1 5％M1
应用于污泥强化脱水
10
污泥调理与强化脱水 铁-硫(Fe(II)/S2O82−)氧化调理强化脱水—Fe(II)-S2O82−添加剂量优化
1 min
Fig.1. Variation of dewaterability in Fe(II)-K2S2O8 system at pH = 6.95: (a) the initial concentration of S2O82− was varied in the presence of Fe(II) (1.5 mmol/gVSS), and (b) the initial concentration of Fe(II) was varied in the presence of S2O82− (1.2 mmol/gVSS).
D. CSH2
E. 12CaO·7Al2O3
F. CaO
ABBC
B AD
A A B CB B B
A
Aluminate
E E
E EF
F
EE E
E E
EE
E
E EE E
EEEF
EF E
0
10
20
30
40
50
60
70
2-Theta (degrees)
X-Ray diffractograms of the CPC （硅酸盐水泥） and aluminate（高性能铝系固化剂）.
无侧限抗压（kP）：50~100
无侧限抗压（kP）：50~100
无侧限抗压（kP）：50~100
抗剪强度（kP）：25~50
抗剪强度（kP）：25~50
抗剪强度（kP）：25~50
抗剪强度（kP）：25~50
pH：9~10
pH：9~10
pH：8~9
pH：8~9
12 优点
对污泥具有普适性
成本较低
对含油污泥或其他比阻较高
Schematic of plate and frame filter press
优点
高溶解性、强氧化性(2.60 V)、受 pH影响小等
传统调理与强化脱水技术
超声预(Feng et al., 2009)、冻融(Diak et al., 2011)、电解预处理 (Yuan et al., 2011)、铝酸钙调理(Zhen et al., 2011)等
70
2-Theta (degrees)
X-Ray diffractograms of the various pastes
氯氧镁水泥
胶凝无机材料：水泥，石膏，氯氧镁水泥
镁水泥原理：
5MgO+ Mg2+ + 2Cl- +13H2O → 5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O
3MgO+ Mg2+ + 2Cl- +11H2O → 3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O
4 52.1 47.3 58.6
5 51.9 46.5 58.1
养护时间
投加量8％
抗压强度 含水率
浸泡 1d 后含水率
1 55.2 56.2 67.3
2 56.6 49.3 58.7
3 54.8 46.9 57.2
4 54.3 46.3 56.6
5 53.6 44.3 56.9
养护时间
投加量12％抗 含压 水强 率度
污泥持水性
100
90
含水率
湿度
气温
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
时间（d）
污泥风干过程含水率变化
100 90 80 70 60
曲阳污泥含水率 白龙港污泥含水率 气温 空气湿度
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
时间（d）
污泥晾干过程含水率变化
氧化镁 MgO 78.69％ 其中活性MgO 58.7％
氯化镁 MgCl2 ≥45%
180
6.6
优点：凝结硬化快 机械强度高
MgO的吸附碘值（mg/g） PH值
160
6.4 6.2
粘结性好
140
120
6.0 5.8
阻燃、隔热
100 5.6
80
5.4
60
5.2
40
5.0
20
4.8
4.6 0
4.4
400
3
5
7
9
固化时间（d）
11
13
对于含水率在80％以下的污泥，固化剂添加量为5％时， 固化时间小于2d，可满足污泥填埋要求
❖ 工程应用
原生污泥含水率 80％
养护时间
投加量5％
抗压强度 含水率
浸泡 1d 后含水率
1 52.3 58.4 68.4
2 53.8 51.5 64.1
3 52.5 48.5 60.2
新型铁-硫强化预处理技术
S2O82− + 2e−→2SO42− Eo = 2.01 V
(1)
S2O82− + heat/UV→2SO4−•
(2)
S2O82− + Fe2+→Fe3+ + SO4−• + SO42−
(3)
SO4−• + e−→SO42− Eo = 2.60 V
(4)
有机污染物的原位化学氧 化修复 (ISCO)
一次性快速脱水至4百度文库%的城市污泥化学调 理与软框压榨技术与设备
赵由才
13917048171 021-65982684
同济大学环境科学与工程学院教授、博导 污染控制与资源化研究国家重点实验室
021-65151653(传真)
zhaoyoucai@tongji.edu.cn
密云路588号国家重点实验室311室
污泥胶体水分分布特征
— 污泥胶体结构复杂，含有大量微生物细胞和胞外聚合物(EPS)，机械脱水难度极大
(A)黄色: 脂类; (B)绿色: 蛋白质; (C)红色: 核酸; (D)淡蓝色: α-多糖; (E)粉红色: 死细胞; (F)蓝色: β-多糖 (Adav, et al., 2008)
7
污泥调理与强化脱水
≤5.0
≤0.5 ≤0.8
3~10
TNCMK1
CaO-K2O-SiO2 白色粉末 30~100目 ≤500秒 ≤3.5 ≤3.5
≤7.0
≤0.1 ≤0.8
3~6
11 调理压滤效果
泥饼含水率（%）：≤60
泥饼含水率（%）：≤60
泥饼含水率（%）：≤60
泥饼含水率（%）：≤60
无侧限抗压（kP）：50~100
❖ 固化污泥的XRD分AA 析 B
Intensity (Counts)
AC0/10-10
AC2/8-10 C
AC3/7-10 C
AC4/6-10
AC5/5-10
A
B
B CCC A C
AB C
A
AB
C CC
C
A A
B
B
C B
A B
A B
BA
AB A
AB
ABB A
C
CBA
AB A
C AB
A
AB CC
A
8.3
31.7
49.9
50.0
100
56.4 166.5
47.8 333.4
新鲜脱水污泥抗压强 度小于10kPa
含水率65％时污泥抗 压强度大于50kPa
含水率60％时污泥抗 压强度大于100kPa
十字板抗剪强度（kPa）
剪切强度
100 80 60 40
30kPa固结 50kPa固结 100kPa固结
城市污泥调理深度脱水与卫生填埋技术
污泥物理和力学性质研究 —力学性质
渗透性能
污泥在50～100kPa下渗透系数为1.21×10-7cm/s～2.07×10-8 cm/s
无侧限抗压强度 渗透性能极低，几乎不透水。
不同含水率污泥的无侧限抗压强度
含水率（%）
73.3
70.9
67.6
65.7
60
抗压强度（kPa）
污泥具有很强的持水性，泥饼含水率降低到65％的过程 较慢，当<65％，污泥越过胶粘状态，含水率下降非常快
污泥臭度
臭度级别
5
新鲜化学污泥具有强
4
烈的臭味，属于六级
3
臭气强度法中的5级
2
1
污泥含水率降低到60％左
0
右时，臭度为3级，臭气强
30
40
50
60
70
80
含水率（％）
度明显减弱，已降到了作
业人员可以接受的程度
浸泡 1d 后含水率
1 58.4 51.2 63.2
2 60.5 47.6 58.8
3 58.7 44.8 55.4
4 58.1 42.2 55.6
5 56.9 41.6 55.1
养护2d后， 固化体抗 压强度和 含水率均 可达到污 泥填埋标
准
❖ 固化污泥的SEM图
晶体形态主要为针状、长柱状，并且彼此相互交叉 连结成网状结构，提供机械强度
8
污泥固化剂 石灰 水泥 氧化镁 NaOH 铝酸钙 碱比酸好 破坏细胞，释放细胞水
铁-硫(Fe(II)/S2O82−)氧化调理强化脱水
23 4
5
1
6
7
1. Feed inlet 2. Filter plate 3. Filter box 4. Filter cake
5. Hydraulic components 6. Filtrate outlet 7. Drain pan
20
0
40 45 50 55 60 65 70 75 80 含水率（％）
各固结压力下污泥含水率与强度的关系
新鲜脱水污泥剪强度 小于5kN/m2；
在30kN/m2、 50kN/m2、100kN/m2 下，当含水率为65％ 时，都能满足填埋要 求的最小强度 25kN/m2
含水率（％） 含水率、湿度（％）和气温（°）
>98%
80%
60%
50%
30%
Mechanical Dewatering
Sanitary Landfill Compost
Drying
Incineration
Energy Consumption
Energy Consumption
5-12 kJ/g-H2O
2593 kJ/g-H2O
污泥无害化处理处置含水率界定
C
C
CBAABA
C AB
A BBA C
BA AB AB ABBA
AB BA A AB
BB A
A. Quartz （二 氧 化 硅）
B. C.
C Etatlrcinitgeite（碳
酸
钙）
（钙 矾 石）
A BA
A
A BA
BA
A C B AB
BA
A B AB
BA
A B AB B
A
0
10
20
30
40
50
60
城市污泥强化深度脱水调理剂研发
污泥处置的关键难点—脱水
微生物细胞和胶体物质造成脱水困难
— 技术难点：强化脱水。含水率<60%，资源化潜力显著增大 — 含水率95-99.5%，机械脱水后仍达80% Miosture Content Requirements of Sewage Sluge
For Further Treatment and Disposal
的污泥有很好的调理效果
对有机质含量较高的污泥有
很好的调理效果 碱度低
对有机质含量较高的污泥有 很好的调理效果 碱度低 投加量小
❖铝酸钙-硅酸盐水泥复合固化剂（M1）
AD CPC
B C
AC
AD C B BC E
B BB B BD C
A B
BACBA
F E
A. Quartz
B. C3S
C. C3A
TSS (g/L) 16.14±0.07
VSS (g/L) 9.57±0.06
毛细吸水时间 (CST)
黏度
Zeta 电位
粒径分布
Capillary Suction Timer (CST)
胞外聚合物 (EPS) ……
三维荧光光谱分析 (3D-EEM)、扫描电 子显微镜（SEM）……
污泥强化脱水机理
EyeTech Particle Size and Shape Analyzer Malvern Zetasizer Nano ZS EEM fluorescence spectroscopy Rotating torque cylinder