污水处理技术工艺

城市污水厂剩余污泥脱水技术

在阐述污泥脱水性能影响因素的基础上,介绍了近十年来城市污泥传统脱水技术、常用脱水技术和新型污泥脱水技术,并根据现有技术的最新研究成果,对今后的研究方向进行了展望。

随着社会的发展和人民生活水平的提高,我国污水处理技术发展迅速。截至2016年9月,全国共有污水处理厂3976座,污泥年产量超过3×107t,成为世界上最大的污泥生产企业。污泥的大规模生产给污泥的输送和处理带来了巨大的经济和环境负担。污泥组成复杂,性质不稳定。如果直接排放到自然环境中,会对周围的土壤、水体和空气造成严重污染,并排放恶臭气体,影响人类的生活。因此,如何科学、合理地处理污泥,使其减量化、资源化、无害化、稳定化,已成为环保界关注的焦点。

1污泥的特性和分类

污泥具有非常高的水分含量,可达到99%甚至更高。它还含有植物营养素,如重金属,有机物,氮和磷,以及有毒有害的有机物质。污泥絮状物处于胶状态,容易引起变质,甚至引起流行病,可能造成二次污染。一般来说,根据污水源的特点,污泥可分为生活污泥和工业污泥。污泥中有四种形式的水分:间隙水,毛细管结合水,表面吸附水和内部结合水。

表1污泥中的水分分布

aa01.jpg

2影响污泥脱水的因素

2.1

胞外聚合物(EPS)是一种高分子有机聚合物,主要聚集在污泥的胶体微生物细胞外。一般认为,EPS占活性污泥总有机质的50%-90%。由于存在亲水官能团(如羟基)和具有复杂网络结构的细菌胶束,EPS可以改变污泥颗粒的表面特性,提高其亲水性和粘度。

例如,"刘轶"等实验研究表明,细胞外聚合物对污泥脱水的性能有显著影响,而细胞外蛋白质含量、细胞外多糖含量和总eps含量对污泥脱水性能没有显著影响。然而,许多学者的研究并没有达成一致。例如,冯等人认为低含量的s-eps(可溶性细胞外聚合物)可以促进细粒污泥的絮凝化和沉积,这有助于提高污泥的凝结效果,从而提高脱水性能。提出最优的ss-eps含量约为400~500毫克/升。yuan等人也发表了类似的结论,但他们得出的结论是最优的s-eps含量只有15~18mg/l。对动态学机理的研究还有待于继续。

2.2

当颗粒粒径分布在污泥中时,颗粒污泥的比例越大,污泥的脱水性能越差。因为污泥越细,水化程度越高,从而影响污泥的脱水性能。

大量研究表明,污泥脱水的关键是释放内束缚水,仅去除毛细束缚水和表面吸附水远远达不到污泥脱水的目的。冯等人指出污泥的最佳粒径在80μm~90μm之间,污泥的比阻和毛细管时间同时达到最小。此时,污泥粒径的增大或减小都会加剧污泥的脱水性能。阳极粉的最佳粒径为129.87μm,这可能是由于污泥的类型和性质不同所致。

2.3

Zeta潜在污泥颗粒具有双电层结构,并由带负电荷的微生物胶束颗粒组成。 Zeta电位的高度对污泥胶体颗粒的凝结和沉降性质具有决定性影响,这反过来影响污泥的脱水性能。

一般来说,zeta电位在-5~0 mV时能获得较好的凝血效果。李敏“在研究中发现,pH值和介质性质也会影响zeta电位。等等。进一步指出,EPS是影响污泥颗粒表面电荷的最重要因素,PN和HS对EPS中Zeta电位的贡献最大。

2.4

黏度污泥是一种具有黏度和弹性的非牛顿流体。因此,粘度是评价污泥流变性能、化学调节效率和脱水性能的重要参数。

LI研究发现,LB-EPS对污泥的粘度有显著影响,污泥粘度越高,污泥的脱水性能越差。陈某的研究表明,污泥粘度与滤饼含水率呈正相关(R≥0.84),但随着粘度的增加,滤饼含水率先降低后升高,污泥脱水的最佳粘度为2 0~2 5 mPa·s。

近年来,邢奕等研究表明,pH值的波动也会影响污泥的脱水性能。当pH值为3.03时,CST和污泥滤饼含水率降至最低,污泥脱水性能最好。

3污泥脱水技术

污泥脱水过程主要分为四个部分:1)污泥浓度,污泥初步脱水; 2)污泥淬火和回火,改变污泥的絮状结构; 3)污泥脱水,减少污泥量; 4)污泥的最终处置。

3.1传统污泥脱水工艺

3.1.1

污泥干燥的传统方法是自然干燥。主要方法有污泥池法、砂床干燥法和冷冻脱水法。自然干燥成本低,操作简单,但也有消耗时间长、有毒有害物质多、脱水不完全等缺点。自然干燥通常需要4至5周。第一周可以将污泥的含水量降低到60英寸左右。4~5星期后,污泥的含水量通常小于10英寸,但为了确保脱水,该工艺只能在气候干燥的地区使用。

为了避免二次污染和降低成本,许多技术都是以微生物为基础的。污泥生物干燥方法是快速分配污泥中的水分,降低污泥中的水分含量,使物料保持较高的热值,便于焚烧或再利用作肥料。该技术虽未得到推广应用,但具有很高的开发价值和广阔的应用前景。

3.1.2

机械脱水是污泥脱水最常用的方法。常用的脱水机有离心分离器、压滤机、真空过滤机等。污泥与水的分离主要依靠过滤介质两侧的压差作为驱动力。

但是,通过机械脱水不能直接有效地降低污泥的含水量。 李华等实验研究表明,石化企业污水处理厂的污泥经过浓缩和机械脱水后,污泥的含水率仍高达85%。而且,污泥干燥成本高的问题没有解决。

目前,国家提倡污泥含水率降低到60%以下。介绍了南京某污水处理厂高压双隔膜压滤系统。与带式脱水机和离心脱水机相比,高压双隔膜污泥压滤机的脱水效果有了很大的提高,脱水后污泥含水率达到45%。

3.2常见的脱水工艺

3.2.1

酸性处理工艺酸性处理污泥的机理是在酸性条件下,活性污泥的细胞外聚合物被破坏水解,改变污泥的水分配,并从污泥的牙线或细胞释放出部分间隙水。从而达到提高污泥脱水性能的效果。

酸处理与絮凝剂的联合使用可以有效地减少药物用量。采用H2SO4对污泥进行预处理,并与阳离子PAM处理的污泥进行比较,经H2SO4预处理、板框压滤30min后,泥饼含水率降低5.9%(从76.14%降至70.24%),脱水性能得到改善。同样的洪晨研究还表明,在酸性条件下,表面活性剂的效果较好,污泥饼的含水率明显降低。当pH值为3且表面活性剂用量为93.75mg / g时,水含量和比电阻可分别降至60.12%和0.59×1013m / kg。

3.2.2

氧化过程是利用强氧化剂破坏污泥颗粒的细胞结构和胶体结构,释放内部束缚水,提高污泥脱水性能。

常用的工艺是芬顿工艺,在实际操作中也有很好的效果。例如,梁秀娟等用芬顿氧化处理。当ph值为2.0时,添加的h2o2和fe2+分别为428毫克和428毫克(干泥)和42.8毫克(干泥)。反应时间为1.5h,反应温度为80°C时,tss从18.66克/升下降到4.82克/升。毛细管水时间和比阻值分别从98.6秒和6.03×1011 s2/克下降到18.9秒和8.42×1010s2/克。

3.2.3

冻融技术可以有效压缩污泥的絮体结构,提高污泥的脱水性能。污泥中的水分子在冻结时会形成不规则的冰针,这些冰针不断压缩污泥絮体中的自由水,破坏絮体的网络结构,释放大部分间隙水。

例如,陈悦佳的研究表明,在较高的温度(-5℃)下冷冻和解冻可以更彻底地解码污泥,最大限度地释放细胞内的有机物。在将污泥在-5℃(约5小时)完全冷冻后,将其转移至相对低的温度以继续固化,并且可以获得更好的冻融效果。而李恺等研讨了冷融手艺与化学疗养联结对污泥脱水的影响,得出在-15℃,外貌活性剂CTAC投加量为7.38g/L时,将污泥含水率降至62%摆布。由于冷冻温度的不同,可能是由于整体调理方式的不同。

3.2.4

污泥脱水应用最广泛的方法是将调制器与机械脱水相结合。调谐剂分为化学调谐剂和生物调谐剂两类,化学调谐剂分为凝结剂和絮凝剂两类。目前广泛应用于机械絮凝剂和有机聚合物絮凝剂的污水处理厂。无机制絮凝剂是电解质化合物,主要是铁和铝。虽然没有机理的絮凝剂价格低廉,容易获得,但用量大,处理效果不理想。因此,近年来逐渐开始被有机聚合物絮凝剂所取代。天然生物聚合物絮凝剂具有经济效益和环境效益,但仍处于研究阶段。

近年来,研究人员发现调理剂的组合往往能达到单一调理剂所不能达到的效果。例如,郦光梅比较了有机聚合物絮凝剂调理污泥与氯化铁,硫酸铝和氯化铝的影响。结果表明,加入混凝剂调理后污泥比电阻降低了70%。污泥的比电阻率比单独的有机高分子絮凝剂高33%。研究了聚丙烯酰胺-硫酸铁复合调理剂对活性污泥脱水性能的影响。达到了同样的脱水效果。与单独使用相比,PAM和Fe2(SO4)3的用量减少了一半以上。熊唯试验表明,赤石膏和阴离子有机高分子絮凝剂LT25使污泥絮体的分形维数由1.38提高到1.71,复合后泥饼的含水量比不加石膏处理的泥饼低7.1%。

表2常见的无机絮凝剂

aa02.jpg

3.3近年来开发的新的污泥脱水技术

3.3.1

超声波处理工艺对污泥的超声处理主要是利用声能。超声波能在液体中产生空穴作用,形成极端条件,局部产生高温高压,产生强烈的水剪切力,破坏污泥中的细菌胶束,释放细胞内束缚水,从而提高污泥的脱水性能。

超声波处理的主要技术指标是超声频率和超声时间。结果表明,当超声频率为2 5 KHz时,声能密度为0.0 8W≤mL,超声时间为6 0s,超声频率为2 5 KHz,声能密度为0.0 8W≤mL,超声时间为6 0s。污泥的比电阻比原污泥低67.0%。认为过高的声能密度不利于提高污泥的脱水性能。韩青青等研究结果表明,最佳超声时间为10分钟,超声能量密度为0.8W/ml。这种差异可能是由不同来源的污泥和泥质造成的。

3.3.2

生物浸出工艺以其成本低、无二次污染、能有效去除污泥中的重金属离子等优点成为近年来研究的热点。生物浸出是通过硫杆菌对硫的直接氧化或亚铁离子的间接氧化产生酸化作用,能有效去除污泥中的重金属离子,杀菌除臭。研究表明,生物浸出也能改善污泥的脱水性能。

例如,对肖凌鹏的研究表明,生物淋洗的pH值为2.0时,污泥的脱水性能有较大的提高;而当pH值低于2.0时,污泥的脱水性能变差。生物淋洗的pH值为2.0时,污泥的脱水性能有较大的提高,≤为2.5时,污泥的脱水性能明显下降。浸出污泥的比电阻从1.26×1014m / kg降至8.14×1012m / kg,降低了93.54%。当渗滤液污泥的pH值恢复到6.0时,污泥的比电阻继续下降到8.27*1011m/kg,总下降率为99.34%。污泥由难脱水状态变为易脱水状态。一些学者也结合其他预处理技术,如陈泓,将生物浸提与芬顿工艺相结合,使用生物浸提。污泥的比抗性和滤饼的含水量分别由5.89×1011s2/g和88.75<unk>降至1.26×1011s2/g和82.85<。

3.3.3

电渗透过程中的固体颗粒和液体在电场的作用下定向运动,并通过多孔固体滤膜过滤,从而实现固液分离。李亚林等试验结果表明,电渗透技术可以改善污泥的脱水性能。机械压力为18.83kPa,污泥厚度为1.13 cm,电压梯度为60V≤cm,初始含水率为87.45%。污泥含水率可降至49.14%。李亚林还将铁盐和过硫酸盐与电渗透作用结合起来,使污泥的含水量降至60%以下。与单独电渗工艺相比,泥饼更加均匀,有利于后续处理。

表3污泥脱水技术对比

aa03.jpg

4污泥脱水技术的应用

4.1

污泥干燥技术的应用目前,污泥干燥焚烧是一种重要的污泥处置方法。该方法具有污染物分解彻底、尾气不易造成二次污染等优点。然而,与污泥焚烧有关的臭气处理和设施需要增加。

深圳盐田垃圾焚烧厂的炉排垃圾焚烧是中国第一个。混合污泥约为40t / d,所有指标如烟尘排放均达到欧共体标准。华电滕州鑫源热电公司于2008年底成功运行150MW市政污泥干化焚烧系统。该系统采用电厂锅炉烟气干燥城市污泥(含水量75%~80%),混合后污泥(约5%)被送到锅炉进行动力传输。燃烧。

4.2

污泥机械脱水的难点在于脱水后的污泥含水率仍在70%-80%之间,能耗较高。田禹“及其他用真空过滤法测得的比电阻。结果表明,当污泥含水率小于97%时,污泥的比电阻明显增大。由此可见,当污泥含水量较低时,污泥中的固体物质可能会吸附在一起,增加内部束缚水的量,从而影响污泥脱水效果。与现有技术相比,桑德集团开发的电渗透污泥脱水技术具有投资少、节能的双重效果。

该公司将“电渗透”与“板式过滤器”相结合,将污泥含水量从80到85降低到60到40,且不添加任何介质。总耗电量约为80~120k。2014年,完成了25吨/天的示范项目。在一年的运行时间内,脱水泥饼的含水率小于40<unk;GT;,低热值达到4186~5443kj,部分热能被回收。

位于上海白龙港污水处理厂旁边。采用“加FeCl3+CaO化学调质+隔膜加压过滤”工艺。调理剂用量分别为8%FeCl3和20%CaO;工程主要设备现有板框隔膜式压滤机26台,过滤压力一般在1.0 MPa以上。经过4个月的试运行,泥饼含水率稳定在60%以下,目前已稳定运行。然而,添加20%的CaO,污泥容量将增加20%以上,这给后续的处理和处置带来了困难,这是一个亟待解决的问题。

当污泥脱水处理厂污泥中重金属含量达到“城市污水处理厂污泥处理制砖污泥”的要求时,可考虑对污泥进行“化学改性+机械脱水”处理。在烧结砖原料的页岩、粘土或炉渣中添加20%,制成砖。它不会影响砖的成型和含水率,这样才能达到污泥减量、无害化处理和资源利用的目的,既经济又达到最终处置的目的。

4.3

超声波技术在污泥脱水中的应用超声波脱水技术是近年来出现的一种主要的污泥脱水技术。目前,中国仍处于实验室研究阶段,该技术已应用于国外的污泥。在减排方面,最成功的应用是德国Bamburg市政污水处理厂。

污水处理厂原设计能力为3万m/d,污泥经超声波预处理。运行3个月后,沼气产量增加30%,污泥停留时间由25天缩短到18天,满足了后续污泥脱水处理的要求。并非所有的污泥都需要超声波处理,处理能力一般为剩余污泥的30%左右。从投资角度看,超声波处理污泥脱水各侧的能耗约为3度,设备投资仅需部分池建成本。

与其他技术相比,采用超声波技术脱水污泥具有二次污染、快速分解、设备简单等优点。超声波的频率没有尽可能高。诸如"马守贵"等研究表明,低频超声(28.7千赫)在污泥脱水方面优于高频超声(40千赫);然而,超声波技术在使用过程中消耗的能量很大。这限制了其在污泥脱水处理中的推广应用。如果超声波得到改善,能耗得到降低,可以广泛用于污泥的处理。浪费是一种财富。生产污泥资源。

表4常用污泥处理方法的比较

aa04.jpg

污泥脱水存在的问题及展望

目前,我国污泥的稳定性和无害性较低,存在严重的“重水轻泥”现象。因此,有必要加大污泥脱水研究投入,制定相关法律法规,加大政策支持力度。和监管体系。目前,无机絮凝剂和有机絮凝剂广泛应用于污水处理厂,其中大部分会对环境造成二次污染,不利于污泥的资源化利用。因此,没有二次污染和优异性能的生物絮凝剂已成为未来研究的方向。而且,单一类型的脱水方法的脱水效果通常是有限的,并且难以达到人们的期望。未来,污泥脱水技术需要开发出各种处理技术的组合,如Fenton试剂和CPAM复合调理污泥,无机混凝剂和壳聚糖复合调理污泥,优化超声波联合絮凝剂,强化污泥脱水等,可以利用单一技术,相互学习,达到高效脱水的效果。一般来说,提高污泥的调理效果,降低成本,减少环境危害是污泥调节技术未来发展的主要方向。近年来出现的污泥调节技术仍处于试验阶段。在未来,应加快研究的步伐。一旦应用于实际情况,就应该致力于其机理的研究,并为其应用提供可靠的依据。

城市污水厂剩余污泥脱水技术

优质文章推荐

更专业的污水处理工程设计、工程总包服务

鸿淳环保公司成立以来一直专注于为企业提供更专业的污水处理方案,切实解决客户的污水处理难题。运用我们自主研发的多项专利技术和专利设备已成功为全国各地的众多企业提供了专业的污水处理方案,尤其是在两广地区,已有超过30个不同行业不同污水类型的成功案例并系统正常运行稳定出水达标。雄厚的技术实例、专业产品和高效服务水平,一定能成为您值得信赖的污水处理解决专家。

foto
鸿淳环保运用自主研发的污水处理专利技术,针对客户实际情况,一站式轻松解决污水处理困扰
  • 更节省成本的污水处理方案
  • 占地更少的系统规划
  • 有效降低污水处理成本
  • 博士级专家免费提供技术方案
  • 多行业领域丰富成功实例经验
  • 完善的售后服务确保出水达标

公司一直与国内著名专业设计院紧密合作,拥有一批具有丰富理论知识和时间经验的水处理专家,经长期的技术研发和经验积累,成功研发出多项污水处理的专利技术,在实际的运用中取得良好的效果和口碑。我们的团队拥有更专业的污水处理工程设计、方案定制能力,设备的采购、安装调试及运行管理一站式解决客户污水处理难题。