城市污水處理廠污泥的調(diào)理課件

⒈污泥調(diào)理的目的污泥調(diào)理是為了提高污泥濃縮脫水效率的一種預(yù)處理方法，目的是為了經(jīng)濟地進行后續(xù)處理而有計劃地改善污泥的性質(zhì)。有機質(zhì)污泥（包括初沉污泥、腐殖污泥、活性污泥及消化污泥）均是以有機微粒為主體的懸濁液，顆粒大小不均勻且很細(xì)小，具有膠體特性。由于和水有很大的親和力，可壓縮性大，過濾比阻抗值也大，因而過濾脫水性能較差。其中活性污泥由各類粒徑膠體顆粒組成，過濾比阻抗值高，脫水更為困難。5.2.2污泥的調(diào)理城市污水處理廠污泥的調(diào)理一般認(rèn)為，進行機械脫水的污泥，其比阻抗值在（0.1～0.4）×109S2/g之間較為經(jīng)濟，但各種污泥的比阻抗值均大于此值(見表5.3)。因此，為了提高污泥的過濾、脫水性能，有必要對污泥進行調(diào)理。城市污水處理廠污泥的調(diào)理污泥的調(diào)理方法主要有洗滌（淘汰調(diào)節(jié)、水力調(diào)理）、加藥（化學(xué)調(diào)節(jié)）、熱處理及冷凍熔融法（物理調(diào)理）。以往主要采用洗滌法和以石灰鐵鹽、鋁鹽等無機混凝劑為主要添加劑的加藥法。近年來，高分子混凝劑得到廣泛應(yīng)用，并且后兩者方法也受到重視。特別在以污泥作為肥料再利用時，為了不使有效成分分解，采用冷凍熔融是有益的。在有液化石油氣廢熱可供利用時，用冷凍熔融法更為有利。選定上述調(diào)理工藝時，必須從污泥性狀、脫水的工藝、有無廢熱可利用及整個處理、處置系統(tǒng)的關(guān)系等方面綜合考慮決定。⒉污泥的調(diào)理方法城市污水處理廠污泥的調(diào)理⑴污泥的洗滌污泥的洗滌適用于消化污泥的預(yù)處理，洗滌可以節(jié)省加藥（混凝劑）用量，降低機械脫水的運行費用。污泥加藥調(diào)節(jié)所用的混凝劑，一部分消耗于揮發(fā)性固體（中和膠體有機顆粒），一部分消耗于污泥水中溶解的生化產(chǎn)物。生物泥經(jīng)過厭氧消化，使揮發(fā)性固體含量降低，但在污泥厭氧消化的甲烷發(fā)酵期，會同時產(chǎn)生鈣、鎂、銨的重碳酸鹽，使消耗于液相組分的混凝劑數(shù)量激增。污泥水的重碳酸鹽堿度的濃度可由數(shù)百mg/L增加到2000～3000mg/L。按固體量計算，堿度增加了60倍以上。所以消化污泥直接投加混凝劑是很不經(jīng)濟的，需要進行污泥的洗滌處理，洗滌用水為污泥的2～5倍，目的就是降低堿度，節(jié)省混凝劑用量。一般情況下，經(jīng)洗滌以后，混凝劑的消耗量可節(jié)省50%～80%。城市污水處理廠污泥的調(diào)理洗滌水可用二次沉淀池出水或河水，污泥洗滌過程包括用洗滌水稀釋污泥、攪拌、沉淀分離、撇除上清液。洗滌工藝可分為單級洗滌、兩級或多級串聯(lián)洗滌等多種形式。其中兩級串聯(lián)逆流洗滌效果最好，其工藝流程見圖5.6。城市污水處理廠污泥的調(diào)理由于大小不同的顆粒有不同的沉降速度及有機微粒的親水性，故污泥洗滌能去除部分有機微粒，還能降低污泥的粘度，提高污泥濃縮、脫水效果。但是當(dāng)循環(huán)用水時，有機微粒會逐漸在水中富集。故洗滌后上清液BOD5與懸浮物濃度常高達(dá)2000mg/L以上，必須回流到污水處理廠處理，不能直接排放。此外，洗滌水會將污泥中的氮帶走，降低污泥肥效。所以當(dāng)污泥用作土壤改良劑或肥料時，不適宜采用洗滌工藝。對濃縮生污泥進行洗滌的效果較差，可采取直接加藥進行調(diào)理。城市污水處理廠污泥的調(diào)理⑵加藥調(diào)理加藥調(diào)理的原理就是在污泥中加入助凝劑、混凝劑等化學(xué)藥劑，促使污泥顆粒絮凝，改善其脫水性能。加藥調(diào)理(化學(xué)調(diào)理)采用得較為普遍，其實質(zhì)是向污泥中投加各種絮凝劑，使污泥形成顆粒大、孔隙多和結(jié)構(gòu)強的濾餅。無機調(diào)理劑有三氯化鐵、三氯化鋁、硫酸鋁、聚合鋁等；有機調(diào)理劑有聚丙烯酰胺等。無機調(diào)理劑價廉易得，但用量大，pH值的影響大；而有機調(diào)理劑則與之相反。綜合應(yīng)用2~3種絮凝劑，混合投配或依次投配，能提高效能。城市污水處理廠污泥的調(diào)理①混凝原理由于污泥中的固體顆粒是水合物，細(xì)小而帶電，所以污泥會形成一種穩(wěn)定地膠體懸浮液，使污泥中固體和水的分離比較困難。因此，要解決固液分離，就必須要破壞污泥膠體的穩(wěn)定性。加藥處理可以減少離子和水分子的親合力，使粒子可以得失電子或共享電子。實際上，廢水中的全部分散相粒子都帶負(fù)電，造成相互之間的靜電排斥，以維持其穩(wěn)定地分散體系。分散相微粒和分散介質(zhì)帶著相反符號的電荷而形成雙電層。雙電層分為兩個部分：吸附層和漫散層，統(tǒng)稱為漫散雙電層。根據(jù)這種雙電層模式，表面帶負(fù)電的微粒，其外部周圍是集中了陽離子的雙電層。兩個相同電荷微粒接近時，由于靜電斥力大于范德華力而不能相結(jié)合形成大顆粒。要使膠體顆粒相互凝聚，必須設(shè)法中和污泥顆粒所帶電荷，并取消或壓縮被顆粒吸附著的雙電層厚度。城市污水處理廠污泥的調(diào)理①混凝原理由于各類混凝劑產(chǎn)生的離子常常帶正電荷，與帶負(fù)電荷的污泥顆?；ハ辔⒅泻停闺姾蓽p小，從而降低了斥力并在范德華力的作用下克服靜電斥力而凝聚。同時，加入混凝劑后，污泥中的離子濃度增加，通過正負(fù)電荷的靜電吸引，使粒子迅速靠近，破壞壓縮雙電層厚度，也促使顆粒凝聚長大，從而改善其脫水沉降性能。城市污水處理廠污泥的調(diào)理混凝劑通常，所用的混凝劑的離子價越高，對中和膠體電荷量及壓縮雙電層厚度也越有利。所以鋁鹽、鐵鹽及高聚合度混凝劑的混凝效果是比較好的。在各類混凝劑中，無機混凝劑的主要作用是中和電荷、壓縮雙電層、降低斥力，一般鐵鹽或鋁鹽加入污泥后會形成帶正電荷離子，即Fe3+或Al3+，往往易水解形成氫氧化物絮體而促進混凝作用。故混凝效果與pH有很大關(guān)系，例如以鋁鹽作為混凝劑時：pH小于4時，鋁成為Al3+的狀態(tài)；pH大于4時，生成Al8(OH)204+和Al6(OH)53+等帶正電荷高價氫氧化物聚合體，有利于中和污泥顆粒的負(fù)電荷及加強吸附作用；pH在8.2以上時，氫氧化鋁明顯地溶解成為鋁酸離子AlO2-而喪失了混凝作用。因此，鋁鹽作為混凝劑，污泥的pH在5～7之間效果最好。高鐵鹽要求的pH以5～7時的混凝效果較好，可以迅速形成Fe(OH)3絮體。亞鐵鹽作為混凝劑時，最適宜的pH范圍是8.7～9.6。城市污水處理廠污泥的調(diào)理通常同時使用石灰以調(diào)整到適當(dāng)?shù)膒H值范圍。此外，石灰還起到除臭、殺菌，使污泥易于過濾及穩(wěn)定化等作用。石灰一般不單獨作為混凝劑，投加石灰主要起助凝作用，補給OH-,以中和鐵鹽所造成的酸性，改良濾餅從過濾介質(zhì)上剝離的性能。添加無機藥劑的工序有利于真空脫水或加壓脫水，然而存在著以下不足：由于添加百分之幾到20%的金屬鹽和5%～25%的石灰，需增加設(shè)備并使濾餅數(shù)量增加，不利于進一步處理和利用；從藥劑中帶入有害物質(zhì)，在焚燒污泥時，Ca2+會使Cr3+氧化為毒性更大的Cr6+；石灰粉塵會影響工作環(huán)境；Ca(OH)2分解會耗熱，降低濾餅熱值，不利于焚燒處理。城市污水處理廠污泥的調(diào)理高分子混凝劑中和污泥膠體顆粒的電荷及壓縮雙電層這兩個作用，與無機電解質(zhì)混凝劑相同。高分子混凝劑的混凝特點在于：由于它們的長分子，可構(gòu)成污泥顆粒之間的“架橋”作用，并且能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到網(wǎng)羅作用，促進凝聚過程，故能提高脫水性能。特別是改性后的高分子聚合電解質(zhì)，架橋作用更強。因非離子型的鏈?zhǔn)蔷砬?，變性后，極性基團被拉長展開，增強了架橋與吸附能力，混凝效果可提高6～10倍。此外高分子混凝劑能迅速吸附污泥顆粒，絮體比無機混凝劑更牢固，結(jié)合力更大。城市污水處理廠污泥的調(diào)理②助凝劑助凝劑本身一般不起混凝作用，而是調(diào)節(jié)污泥的pH，供給污泥以多孔狀格網(wǎng)的骨骼，改變污泥顆粒結(jié)構(gòu)，破壞膠體的穩(wěn)定性，提高混凝劑的混凝效果，增強絮凝強度。助凝劑主要有硅膠土、珠光體、酸性白土、鋸屑、污泥焚燒灰、電廠粉塵及石灰等惰性物質(zhì)。助凝劑的使用方法有兩種：一種是直接加入污泥中，投加量一般為10～100mg/L；另一種是配制成1%～6%的糊狀物，預(yù)先粉刷在轉(zhuǎn)鼓真空過濾介質(zhì)上，成為預(yù)覆助濾層，隨著轉(zhuǎn)鼓的運轉(zhuǎn)，每周刮去0.01～0.1mm。待刮完后再涂上。城市污水處理廠污泥的調(diào)理③混凝劑污泥調(diào)理常用的混凝劑包括無機混凝劑與高分子混凝劑兩大類。無機混凝劑是一種電解質(zhì)化合物，主要有鋁鹽和鐵鹽等。高分子混凝劑是高分子聚合電解質(zhì)，包括有機合成劑及無機高分子混凝劑兩種。國內(nèi)廣泛使用的高聚合度非離子型聚丙烯酰胺（PAM）及其變性物質(zhì)。無機高分子混凝劑主要是聚合氯化鋁（PAC）。城市污水處理廠污泥的調(diào)理④混凝劑的選擇在無機混凝劑中，鐵鹽所形成的絮體密度大，因此需要的藥劑量較少，特別是對于活性污泥的調(diào)節(jié)，其混凝效果相當(dāng)于高分子聚合電解質(zhì)。但其腐蝕性較強，不便貯藏與運輸。投加量較大時，需用石灰作為助凝劑調(diào)節(jié)pH；鋁鹽混凝劑形成的絮體密度較輕，藥劑量較多，但腐蝕性弱，便于貯藏與運輸。城市污水處理廠污泥的調(diào)理高分子混凝劑的主要特點是藥劑消耗量大大低于無機混凝劑，最常用的高分子混凝劑有聚丙烯酰胺及其變性物和聚合氯化鋁。聚合氯化鋁的投加量一般在3%左右，聚丙烯酰胺的投加量一般在1%以下，而無機混凝劑的投加量一般為7%～20%。與無機混凝劑相比，高分子混凝劑還有以下優(yōu)點：處理安全，操作容易，腐蝕性小（金屬鹽混凝劑有腐蝕性，一般不能用于離心脫水機工藝）；濾餅量增加很少；濾餅用作燃料時，發(fā)熱量高，焚燒后灰燼少。為了和水混合，高分子混凝劑最好呈液態(tài)，其次是顆粒狀或小片狀；但前者運輸費用高，后者價格較貴。國外已廣泛采用高分子混凝劑來進行污泥脫水前調(diào)理，僅在高分子混凝劑太不經(jīng)濟或?qū)ξ勰嗝撍阅芴岣邿o效時才使用金屬鹽無機混凝劑，在污泥臭氣嚴(yán)重或污泥不需要充分消化直接填埋時則常常采用石灰。城市污水處理廠污泥的調(diào)理使用混凝劑還應(yīng)注意以下幾點：①當(dāng)用三氯化鐵和石灰藥劑時，需先加鐵鹽再加石灰，這時過來速度快，節(jié)省藥劑。反之則不是。②高分子混凝劑與助凝劑合用時，一般應(yīng)先加助凝劑壓縮雙電層，為高分子混凝劑吸附污泥顆粒創(chuàng)造條件，才能最有效地發(fā)揮混凝劑的作用。高分子混凝劑與無機混凝劑聯(lián)合使用，也可以提高混凝效果。③機械脫水方法與混凝劑類型有一定聯(lián)系。通常，真空過濾機使用無機混凝劑或高分子混凝劑效果差不多，壓濾脫水對混凝劑的適應(yīng)性也較強。離心脫水則要求使用高分子混凝劑而不宜使用無機混凝劑。④泵循環(huán)混合或攪拌會影響混凝效果，增加過濾比阻抗，使脫水困難。故需注意適度進行。城市污水處理廠污泥的調(diào)理⑶熱處理熱處理也叫蒸煮處理，是將污泥加熱，使部分有機物分解及親水性有機膠體物質(zhì)水解，污泥中的細(xì)胞也被分解和破壞，使細(xì)胞膜中的水游離出來。這樣可提高污泥的濃縮性能和脫水性能，對于脫水性較差的污泥十分有效。熱處理法可分為高溫加壓處理法和低溫加壓處理法兩種。城市污水處理廠污泥的調(diào)理①高溫加壓處理法高溫加壓處理法是把污泥加溫到170～200℃，壓力為10～15Mpa，反應(yīng)時間1～2h。熱處理后的污泥，經(jīng)濃縮即可使含水率降低到80%～87%，比阻抗降低到1.0×108S2/g。再經(jīng)機械脫水，泥餅含水率可降低到30%～45%。城市污水處理廠污泥的調(diào)理高溫加壓熱處理工藝有多種形式，主要差別在于對污泥加熱方式不同。其工藝流程如圖5.7所示。其中，（a）是水蒸氣直接吹入反應(yīng)管內(nèi)加熱污泥的方式，污泥混合良好，受熱均勻；（b）除反應(yīng)管外，增設(shè)加熱器間接加熱污泥的方式，污泥在熱交換器與處理后污泥換熱后，在加熱器內(nèi)被高溫水或熱風(fēng)間接加熱到所需要的溫度，為了避免污泥堵塞熱交換器，事前必須過篩及破碎；（c）是以水為過熱載體的間接加熱方式，這種方式比其它兩種熱效率高。城市污水處理廠污泥的調(diào)理②低溫加壓處理法實踐表明，當(dāng)反應(yīng)溫度在175℃以上時，設(shè)備容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，降低傳熱效率。同時，高溫高壓處理后的分離液中溶解性物質(zhì)比原污泥高約2倍，分離液需進行處理。所以低溫加壓處理法便得到了發(fā)展。低溫加壓處理法的反應(yīng)溫度較低（在150℃以下），有機物的水解受到控制，與高溫加壓法相比，分離液的BOD5濃度約低40%～50%，鍋爐容量可減少30%～40%，臭氣也較少，是一種優(yōu)良的調(diào)理方法。城市污水處理廠污泥的調(diào)理低溫加壓吹氣法是一種常用的處理流程，介于濕式氧化和熱處理之間。反應(yīng)器內(nèi)溫度145℃，壓力保持在10Mpa左右，吹入處理污泥10倍體積的高壓空氣。其流程如圖5.8所示。城市污水處理廠污泥的調(diào)理除去砂石、金屬、玻璃片等雜質(zhì)后的污泥被送入貯槽，污泥中的纖維素、碎布、木片等靠破碎機重復(fù)破碎到2cm以下。隨后將污泥用高壓隔膜泵壓入套管換熱器的內(nèi)管中，被環(huán)狀外管內(nèi)流過的反應(yīng)后高溫污泥預(yù)熱到120℃后，送入濕式旋風(fēng)分離器進一步除去常溫下尚未除掉的砂石、金屬屑等，再送入反應(yīng)器。在器內(nèi)被來自鍋爐的蒸汽加熱到150℃，同時與空壓機送來的空氣相接觸使污泥中一部分臭氣成分氧化分解，并使污泥脫水性能提高。反應(yīng)后的熱處理污泥，經(jīng)過上述套管換熱器及自動排泥閥后送入污泥濃縮槽，濃縮后靠高壓泵打入壓濾機內(nèi)。上清分離液送返廢水的生物處理系統(tǒng)。由反應(yīng)器底部吹入的空氣從反應(yīng)器頂部抽出后，送入燃燒式脫臭器脫臭。城市污水處理廠污泥的調(diào)理熱處理法優(yōu)點：①可大大改善污泥的脫水性能；②熱處理污泥經(jīng)機械脫水后，泥餅含水率可降到30%～45%，泥餅體積是濃縮、機械脫水法泥餅的1/4以下，便于進一步的處置；③不需加藥劑，不增加泥餅量；④由于加熱處理，污泥中的致病微生物與寄生蟲卵可以完全被殺滅，從衛(wèi)生學(xué)看也是有利的；⑤適應(yīng)性強，可適用于各種污泥。城市污水處理廠污泥的調(diào)理熱處理法缺點：①為了回收熱量而使用套管熱交換器時，容易在管壁結(jié)垢，且有機物在管壁處結(jié)焦會造成熱交換器高溫區(qū)管壁和T形回彎頭等處腐蝕和磨損；②發(fā)生惡臭，向處理場地周圍散發(fā)；③污泥可溶性分離液含有機物濃度高，BOD及COD偏高，需要二次處理；④需要高溫高壓操作和蒸汽加熱，處理時間長達(dá)30min以上；⑤設(shè)備費用、操作費用高；⑥和焚燒相比，污泥發(fā)熱量低。熱處理法優(yōu)點是主要的，今后污泥熱處理法會有所發(fā)展。城市污水處理廠污泥的調(diào)理⑷冷凍熔融處理法冷凍熔融處理法是為了提高污泥的沉淀性