污泥的濃縮和脫水.ppt

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5污泥的濃縮和脫水 概述污泥濃縮污泥的調(diào)理污泥脫水污泥的利用 5 1概述 污泥的種類污泥處理的目的和方法污泥中的水分及脫水的難易順序 5 1 1污泥 sewagesludge 的種類 這里的污泥主要是指水處理過程中產(chǎn)生的污泥 根據(jù)來源及水處理方法的不同 可以分為三大類 并可進一步分類初沉污泥生活污水污泥沉淀污泥混凝沉淀沉淀污泥腐殖污泥污泥工業(yè)廢水污泥生物處理污泥剩余活性污泥給水污泥 5 1 2污泥處理的目的和方法 處理目的最終處置方法最終處置前的處理方法 1 處理目的 減容 水處理過程中產(chǎn)生的污泥含水率一般在98 以上 對進一步處理 運輸及利用都帶來困難 衛(wèi)生化和穩(wěn)定化 污泥中一般含有有機物 細菌和病原體 有毒有害物質(zhì) 不經(jīng)處理將對環(huán)境帶來二次污染 回收和利用 污泥中含有許多有益組分 可以回收利用 a 用作建筑材料b 農(nóng)肥c 生產(chǎn)沼氣 有機污泥 2 最終處置方法 棄置適用于化學性質(zhì)和生物性質(zhì)較穩(wěn)定的污泥 填埋適用于有機污泥 降解過程中產(chǎn)生惡臭 海上棄置同 地下深埋量少 有二次污染 溶出 產(chǎn)生氣體 易著火 固化棄置含大量有害物質(zhì) 焚燒適用于有機污泥 可減容 滅菌消毒 3 最終處置前的處理方法 方法濃縮 消化 脫水 干燥 焚燒 固化 工藝系統(tǒng) 主要四類a 重力濃縮 機械脫水 處置脫水濾餅b 重力濃縮 機械脫水 焚燒 處置灰分c 重力濃縮 消化 機械脫水 處置濾餅d 重力濃縮 消化 機械脫水 焚燒 處置灰分 5 1 3污泥中的水分及脫水的難易順序 按水分在污泥中的存在形式可分為四種 見圖5 1 間隙水 顆粒間中的水 約占70 左右 毛細管結合水 顆粒間隙形成的毛細管中的水 約占20 左右 表面吸附水 顆粒表面的水 約占7 左右 內(nèi)部水 顆粒內(nèi)部或微生物細胞內(nèi)的水 約占3 左右 脫水時由難 易 依次為 內(nèi)部水 表面吸附水 楔形毛細管結合水 裂紋毛細管 結合水 間隙水 圖5 1污泥水分的存在形式 5 2污泥濃縮 thickening 前已述及 污泥的濃縮是為了減容 為污泥的后續(xù)處理創(chuàng)造條件 故它是預處理作業(yè) 由于方法簡單 成本低 又是必須的作業(yè) 污泥濃縮的方法主要有三種 重力濃縮 氣浮濃縮 離心濃縮 其中 應用最多的是重力濃縮 重力濃縮法其他濃縮法三種方法的比較 5 2 1重力濃縮法 gravitythickening 原理設備 1 原理 基本原理在重選一節(jié)中已介紹 屬自由沉降的范疇 因固體含量 3 如圖5 2 污泥由中空給料管給入自由沉降區(qū)B 固體靠自重迅速下沉 到達D區(qū)后 匯集成緊密接觸的類似纖維海綿狀的團塊結構 繼續(xù)下降至E區(qū) 然后排出 在B D之間有一個過渡區(qū) 該區(qū)已非自由沉降 下沉粒子受到已到達該區(qū)粒子的阻力 所以下沉速度變緩 C區(qū)的大小取決于B D區(qū)的沉降速度 圖5 2濃縮機的濃縮過程示意圖A區(qū) 澄清區(qū) B區(qū) 自由沉降區(qū) C區(qū) 過渡區(qū) D區(qū) 壓縮區(qū)E區(qū) 濃縮物料區(qū) 2 設備 通常采用連續(xù)式濃縮池 圖5 3 主要參數(shù)直徑從 6 m 100 m 小直徑 1 8 20m 中心傳動大直徑 20m 周邊傳動攪拌速度 線速度2 20cm s停留時間 6 8小時 太長 厭氧發(fā)酵強化措施a 加傾斜板 增大沉降面積 縮短沉降距離 b 加絮凝劑 效果 由固體含量0 3 2 5 提高到3 6 優(yōu)點 操作 管理好 費用低 缺點 占地面積大 效率低 圖5 3連續(xù)式濃縮池 continuousthickeners 1 中心進料管 2 上清液溢流堰 3 底流排出管 4 刮泥機 5 攪動柵 5 2 2其他濃縮法 其他濃縮法有兩種 1 氣浮濃縮法 Air liftconcentrationmethod 利用清水加壓溶氣 減壓釋放氣泡來粘附污泥顆粒上浮的濃縮方法 圖5 4 2 離心濃縮法 centrifugalthickening 利用離心力增大污泥中固態(tài)顆粒和水的密度差以達到固液分離的濃縮方法 圖5 5 圖5 4氣浮濃縮法1 浴氣罐 2 加壓泵 3 水池 4 氣浮濃縮池 5 減壓閥 圖5 5離心濃縮機示意圖 a 倒錐分離板形離心機 b 螺旋卸料離心機 5 2 3三種方法的比較 1 重力濃縮法 操作簡單 處理費用低 但 占地面積大 效率低 3 6 2 氣浮濃縮法 效率高 5 7 速度快 時間為重力法的1 3 污泥穩(wěn)定性好 混入了空氣 不易腐敗 但 基建費和操作費用高 管理復雜 3 離心濃縮法 效率高 污泥可被濃縮到74 78 速度快 螺旋卸料型 直徑300 400處理速度可達50m3 h 但 動力和維修管理費高 一般不采用 美國用于活性污泥的濃縮 5 3污泥的調(diào)理 adjustment 目的及內(nèi)容化學調(diào)理淘洗 洗滌 加熱加壓調(diào)理 熱處理或蒸煮處理 冷凍融化 5 3 1目的及內(nèi)容 1 目的 為提高污泥的脫水和過濾性能 是脫水和過濾的預處理 2 內(nèi)容 化學調(diào)理 加藥調(diào)理 淘洗 洗滌 普通采用加熱加壓調(diào)理 蒸煮調(diào)理 冷凍融化調(diào)理 受到重視 5 3 2化學調(diào)理 污泥中的固態(tài)粒子均為水合物 基本上是一種穩(wěn)定的膠體懸浮液膠粒具有很強的布朗運動 運動時 擴散層的配衡離子大部分脫離 膠粒表面產(chǎn)生剩余電荷 是為電動電位 電位 如圖5 6 相同的電性使之相互排斥 形成穩(wěn)定分散體系 化學調(diào)理的目的是 通過加藥 壓縮雙電層 達到脫穩(wěn)作用 通過加藥 用橋連作用將其聚集為絮凝體 小變大 電位有 有 實際上 污泥中的分散相全部都帶負電 壓縮雙電層 采用高價陽離子凝聚劑 硫酸鋁 聚合氯化鋁橋連作用 高分子絮凝劑 活性基團為陽離子 又有很高的聚合度 如聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺 3 絮凝劑 CH2 CH n C O NH2這是一種非離子型絮凝劑 分子量一般為400 800萬 最高達1200萬 活性基團為酰胺基 由于其非離子特性 可以在很寬的pH范圍內(nèi)使用 并對溶液中的金屬離子不敏感 化學調(diào)理的作用實質(zhì)上是通過加藥使粒子由小變大 加速沉降過程 圖5 6膠體粒子的電動電位 5 3 3淘洗 洗滌scrubbing 淘洗是將污泥與3 4倍污泥量的水混合而進行沉降分離的一種脫水方法 僅適用于消化污泥 目的在于降低其堿度和濃度 堿度 過量的OH離子使粒子表面荷同名負電荷相互排斥 呈穩(wěn)定懸浮狀態(tài) 濃度 濃度高 黏度大 阻礙沉降 稀 粘度小 越接近自由沉降 消化污泥 指厭氧消化產(chǎn)生的污泥 在厭氧發(fā)酵過程中 會產(chǎn)生大量鈣鎂 氨的重碳酸鹽 使其pH升高 OH 這種污泥進行化學調(diào)理時 會消耗大量的凝聚劑 如 2FeCl3 3Ca HCO3 2 2fe OH 3 3CaCl2 6CO2該反應消耗了作為凝聚劑的FeCl3 采用淘洗 可使FeCl3用量減少一半 5 3 4加熱加壓調(diào)理 熱處理或蒸煮處理 通過加熱加壓 使部分有機物分解或水解 顆粒結構改變 內(nèi)部水游離出來 以改善污泥的濃縮和脫水性能 高溫熱處理 溫度170 200 加壓1 1 5Mpa反應時間40 120min高溫加熱后再濃縮 含水率可降至80 87 污泥的容積可減少幾十倍 低溫熱處理 溫度 150 常壓有機物不易水解 進入分離液的BOD約降低40 50 不需二次處理 是主要發(fā)展方向 熱處理優(yōu)點 明顯改善脫水性能 不需加藥 可殺死病原菌 5 3 5冷凍融化調(diào)理 Freeze thawtreatment 將污泥冷凍至 20 后再融化 由于溫度的大幅度變化 使膠體脫穩(wěn)凝聚 水化膜破裂 內(nèi)部水游離 從而大大提高污泥的沉淀和脫水性能 優(yōu)點 能耗比熱處理低 冷凍473KJ kg污泥 熱處理753KJ kg 有機物不分解 不需對分離液二次處理 缺點 時間長 5h以上 設備 冷凍融化槽在進行冷凍融化調(diào)理時 冷凍速度具有如下影響 緩慢冷凍 可形成大的冰晶體 融化時水易與固體分離快速冷凍 形成小的冰晶體 融化時水易被固體重新吸收 5 4污泥脫水 dewatering 概述真空過濾脫水壓濾脫水滾壓脫水離心脫水主要脫水方式的比較 5 4 1概述 污泥經(jīng)濃縮后 含水率一般仍 90 對其進一步的處理和處置 仍是不經(jīng)濟的 所以 濃縮只是脫水的預處理 而脫水才是污泥最重要的減量化手段 或者說 脫水才是污泥處置前不可缺少的預處理作業(yè) 濃縮與脫水的比較濃縮 污泥的含泥量提高 但污泥的含水率仍大于含泥量 脫水 污泥的含水率降低 并且含水率低于含泥量 這種比較只是對固廢中的污泥而言 若粒度較粗 含泥量較高 濃縮也可使含水率小于含泥量 污泥脫水的類型真空式 利用濾材兩邊的壓差 如圓筒真空過濾機壓榨式 利用機械擠壓 如壓濾機離心式 利用離心力 如離心過濾機 5 4 2真空過濾 vacuumfiltering 真空過濾機 vacuumfilters 的結構工作原理工藝流程改進與發(fā)展 1 結構 過濾機的結構見圖5 7 過濾機主要有以下部分組成筒體 分配頭 料漿槽 位于筒體下端 接納被過濾的污泥 傳動裝置驅(qū)動筒體旋轉(zhuǎn) 攪拌器為防止污泥沉淀 在料漿槽內(nèi)有往復擺動的攪拌囂 濾布一般使用人造纖維布 錦綸 滌綸 丙綸 尼龍等 圖5 7圓筒真空過濾機的結構1 9 左右分配頭 2 喉管 3 筒體 4 刮板 5 主軸承 6 料漿槽 7 攪拌器 8 傳動機構 筒體 過濾機的主體 鋼板焊制 表面分成一定數(shù)量的軸向貫通的過濾室 室與室之間嚴格密封 過濾室鋪設過濾板 作用 支撐濾布 并形成濾液通道 整個筒體包裹過濾布 過濾布用膠條 麻繩嵌在隔條的繩槽內(nèi) 再以50 80mm的間距用鋼絲把濾布固定在筒體上 筒體的一端有一喉管 與分配頭相連 以一個濾室為例 如圖5 8 圖5 8一個過濾室的截面圖1 隔條 2 筒皮 3 過濾板 4 管子 5 膠條 6 濾布 分配頭 分配頭是過濾機的重要部件 其一面與喉管密合保持滑動接觸 另一面通過管子與真空泵 鼓風機相連 通過它控制過濾機的各個過濾室依次進行過濾 卸料 及清洗濾布 2 工作原理 工作原理見圖5 9 仍以一個室為例 該過濾室隨筒體旋轉(zhuǎn) 開始處于筒體下部 浸在污泥中 過濾室經(jīng)管子 喉管與分配頭的I區(qū)接通 室內(nèi)為負壓 水透過濾布進入過濾室 被真空泵抽向機外 濾布表面形成濾餅 過濾室脫離液面后 進入脫水區(qū) II 進一步脫水 進入 區(qū) 為休止區(qū) 或為過渡區(qū) 正壓與負壓的轉(zhuǎn)換 進入 區(qū) 與分配頭的鼓風管道相通 鼓風機將有正壓的風吹入過濾室 吹落濾餅 并在進入料漿槽之前 清洗濾布 圖5 9過濾機的工作原理圖 3 工藝流程 真空過濾的工藝流程見圖5 10 工藝流程的組成真空過濾機 前已介紹 氣水分離器真空系統(tǒng)鼓風機空氣平衡桶 圖5 10真空過濾工藝流程1 過濾機 2 氣水分離器 3 風包 4 真空泵 5 鼓風機 氣水分離器 真空泵將水和氣一起抽出 水不能進入真空泵 在此之前需進行氣 水分離 氣 水分離有三種方式 利用壓差分離 見圖5 11 氣水分離器中是負壓 要使水壓大于空氣負壓 將氣水分離器下底安裝在距地溝9m的高度 真空負壓 9m水柱 缺點 過濾機要安裝在較高位置 離心泵抽水 見圖5 12 配置專用離心泵 從分離器底部抽水 缺點 增加設備和動力消耗 自動排液裝置 見圖5 13 既無需動力 也不要高差 圖5 11利用壓差分離1 過濾機 2 氣水分離器 3 真空泵 4 鼓風機 圖5 12利用離心泵抽水1 過濾機 2 氣水分離 3 真空泵 4 鼓風機 5 離心泵 圖5 13利用自動排液裝置分離1 過濾機 3 真空泵 4 鼓風機 6 自動排液裝置 自動排液裝置工作原理示意圖 自動排液裝置工作原理 下設有一對排液箱 6 箱中的浮子懸掛在杠桿 2 的兩端 此時 左邊排液箱由橡膠閥 4 將其與氣水分離器隔絕 而空氣閥 3 打開與大氣相通 形成正壓 單向閥 7 打開排出滹液與此同時 右邊排液箱與氣水分離器相通 形成負壓 空氣閥 3 和單向閥 7 關閉 水靠自身重力進入排液箱 隨著濾液增加 浮子 5 所受浮力增大 當其浮力大于真空作用于左邊排液箱 的橡皮閥 4 時 通過杠桿的作用使左 右兩邊的狀態(tài)互換 如此交替進行 實現(xiàn)了連續(xù) 自動排液 該裝置克服了前兩種排液方式的缺點 真空系統(tǒng) 一般采用真空泵 真空度為450 600mm汞柱 每平方米過濾面積需吸氣量約0 8 1 3m3 min 真空泵一般有兩種 水環(huán)式 允許濾液帶入泵中短期運轉(zhuǎn) 易維護 但功率大 柱塞式 功率小 但不允許進液 維護工作量大 已逐漸為水環(huán)式淘汰 新技術 采用水噴射泵 利用水的射流原理產(chǎn)生負壓 優(yōu)點 與水泵配套 本身無運動部件 效率高 生產(chǎn)費用低 鼓風機 提供正壓空氣卸料并清洗濾布 鼓風壓力 0 1 0 3kg cm2 每平米濾餅空氣量0 2 0 5m3 min 空氣平衡桶 俗稱風包 儲存空氣并保持一定壓力 或調(diào)節(jié)壓力 4 改進與發(fā)展 圓筒真空過濾機技術成熟 應用廣泛 運行穩(wěn)定 但由于濾布緊貼在轉(zhuǎn)鼓上 清洗不充分 易堵塞 影響其效率 其改進途徑有 鏈帶式轉(zhuǎn)鼓真空過濾改善料漿性質(zhì) a 鏈帶式轉(zhuǎn)鼓真空過濾 鏈帶式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機的結構見圖5 14特點自動卸料 無需壓縮機 兩次沖洗 防堵塞 降低濾餅水分 濾布洗清槽 并設三角打布器 濾布再生性好 適合粘度大的污泥 圖5 14鏈帶式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機1 卸料輥 2 洗滌輥 3洗滌槽 4 進口輥 5 沖洗水 6 三角打布器 b 改善料漿性質(zhì) 添加助濾劑或凝聚劑 使顆粒細 粗降低粘度 可提高產(chǎn)量 但濾餅水分略有增加 5 4 3壓濾脫水 pressurefiltering 概念 利用機械壓縮作用的過濾脫水方法 類型 自動板框壓濾機 應用廣泛 廂式全自動壓濾機 成本高 僅用于特殊情況 自動板框壓濾機 filterpresses 結構 見圖5 15 工藝過程 見圖5 16 壓緊 進料 壓干 卸料 圖5 15自動板框壓濾機1 主梁 2 濾布 3 固定壓板 4 濾板 5 濾框 6 活動壓板 7 壓緊裝置 8 洗刷槽 圖5 16工作過程1 濾布 2 濾框 3 橡膠模 4 隔板 5 濾板 6 多孔網(wǎng)板 7 上滾筒 8 下滾筒 9 進料口 5 4 4滾壓脫水 滾壓脫水采用的是連續(xù)壓榨方式 一般有兩種形式 對置式 見圖5 16 a 滾壓軸處于上下垂直的位置 圖5 17a 特點是 瞬時 連續(xù) 壓力大 反復施壓 水平式 見圖5 16 b 滾壓軸上下錯開 利用滾軸的壓力和濾布的張力的合力施壓 并有剪切作用 圖5 17b 特點 連續(xù)受壓 壓力小 壓榨時間長 滾壓脫水的特點滾壓脫水前必須經(jīng)化學調(diào)理 以降低粘性 經(jīng)濃縮以降低流動性 優(yōu)點 可連續(xù)操作 與壓濾機相比 濾餅含水率低 與真空過濾機比 圖5 16 a 對置式滾壓脫水機 圖5 16 b 水平式滾壓脫水機 圖5 17a對置滾壓式壓榨方式 圖5 17b水平滾壓式壓榨方式 5 4 5離心脫水 centrifugaldewatering 離心過濾機的圓筒高速旋轉(zhuǎn) 1200 8500轉(zhuǎn) 分 使固態(tài)物料擠向筒壁 螺旋輸送器慢速旋轉(zhuǎn)將固態(tài)物料運往排料口 一般排料口小端為錐形 邊輸送邊擠壓 濾渣的含水率一般可達70 80 優(yōu)點 不需濾布 不發(fā)生堵塞缺點 機械磨損大 動力消耗大 噪音大 類型 有圓筒型 圓錐型和沉降過濾型三種 圓筒型離心脫水機 構造 見圖5 18特點圓筒高速轉(zhuǎn)動 固體顆粒受離心力作用附著于圓筒內(nèi)壁 液體匯集在固體的表層 從另一端排出 螺旋低速旋轉(zhuǎn) 輸送污泥到排料口 并通過擠壓作用使之成為濾餅 圖5 18圓筒型離心脫水機 圓錐型離心脫水機 構造 見圖5 19特點 轉(zhuǎn)筒為錐形 從而越接近排液口 離心力越大 在大直徑端設有分離液室 可以先排出部分液體 污泥經(jīng)分離液室脫水后 在主螺旋推送過程中繼續(xù)脫水 并被擠壓成泥餅排出 圖5 19圓錐型離心脫水機 沉降過濾式離心脫水機 構造 見圖5 20特點將離心濃縮與離心脫水合為一體 離心段直徑大 脫水段直徑小 圖5 20沉降過濾式離心脫水機 5 4 6脫水方式的比較 幾種脫水方式的比較見表5 2 由表5 2真空式 基建費用最低 但殘留水分最高 壓榨式 濾餅水分最低 電耗最高 其他費用次之 離心式 基建費和運轉(zhuǎn)費最高 殘留水分次之 應用不廣 表5 2幾種脫水方式的比較 5 5污泥的利用 用作農(nóng)肥如城市污泥中含N2 7 P1 5 K0 1 0 8 若污泥中重金屬離子含量在容許范圍內(nèi) 可直接用于農(nóng)肥 回收工業(yè)原料軋鋼廢水中的濾渣主要為氧化鐵皮 電鍍廢水污泥可提煉鐵氧體 有機污泥中的蛋白質(zhì)可作飼料 建筑材料污泥焚燒灰摻入粘土和硅砂可制磚 剩余活性污泥中加入木屑 玻纖可壓制板材 無機物為主的污泥可鋪路或用于水泥原料 代粘土 回收能源有機污泥經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣 有機污泥經(jīng)低溫干餾可獲得可燃氣體 氨及焦油 思考題 污泥有哪幾種調(diào)理方法 試簡述之 為什么要進行污泥的濃縮 重力濃縮機的強化措施有哪些 污泥的濃縮方式有哪幾種 各有什么優(yōu)劣 污泥的脫水方式有哪幾種 各有什么優(yōu)劣