1、5 污泥的濃縮和脫水 v 概述v 污泥濃縮v 污泥的調(diào)理 v 污泥脫水v 污泥的利用 5.1 概述v 污泥的種類v 污泥處理的目的和方法 v 污泥中的水分及脫水的難易順序 5.1.1 污泥(sewage sludge)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(jìn)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(jìn)

2、一步處理、運(yùn)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(jī)物，細(xì)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(jī)污泥） （2）最終處置方法 棄 置 適用于化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)較穩(wěn)定的污泥填埋 適用于有機(jī)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(jī)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(jī)械脫水處置脫水濾餅 b

3、.重力濃縮機(jī)械脫水焚燒處置灰分 c.重力濃縮消化機(jī)械脫水處置濾餅 d.重力濃縮消化機(jī)械脫水焚燒處置灰分 5.1.3 5.1.3 污泥中的水分及脫水的難易順序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(xì)管結(jié)合水：顆粒間隙形成的毛細(xì)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(xì)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(xì)管結(jié)合水裂紋毛細(xì)管結(jié)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

4、是為了減容，為污泥的后續(xù)處理創(chuàng)造條件，故它是預(yù)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(yīng)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(gravity thickening)原理設(shè)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(dá)D區(qū)后，匯集成緊密接觸的類似纖維海綿狀的團(tuán)塊結(jié)構(gòu),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(dá)該區(qū)粒子的阻力,

5、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(jī)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(shè)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（1.820m）：中心傳動 大直徑（20m）：周邊傳動 攪拌速度：線速度220cm/s 停留時間：68小時，太長，厭氧發(fā)酵強(qiáng)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0.32.5%提高到36%優(yōu)點(diǎn)：操作、管理好，費(fèi)用低。缺點(diǎn)：占地面積大，效率低。 圖5-3 連續(xù)式濃縮池(continuous thickener

6、s)1-中心進(jìn)料管；2-上清液溢流堰；3-底流排出管；4-刮泥機(jī)；5-攪動?xùn)?.2.2 其他濃縮法其他濃縮法有兩種： （1）氣浮濃縮法(Air-lift concentration method)： 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(centrifugal thickening)： 利用離心力增大污泥中固態(tài)顆粒和水的密度差以達(dá)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(jī)示意圖(a). 倒錐分離板形離心機(jī)；(b). 螺旋卸料離心機(jī)5.2.3 三種方法

7、的比較（1）重力濃縮法：操作簡單，處理費(fèi)用低； 但：占地面積大，效率低（36）（2）氣浮濃縮法：效率高（57） 速度快（時間為重力法的13） 污泥穩(wěn)定性好，（混入了空氣，不易腐敗） 但：基建費(fèi)和操作費(fèi)用高，管理復(fù)雜。（3）離心濃縮法：效率高（污泥可被濃縮到7478） 速度快（螺旋卸料型，直徑300400處理速度可 達(dá)50m3/h） 但：動力和維修管理費(fèi)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)v 目的及內(nèi)容 v 化學(xué)調(diào)理 v 淘洗（洗滌） v 加熱加壓調(diào)理（熱處理或蒸煮處理） v 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

8、濾性能，是脫水和過濾的預(yù)處理。 （2）內(nèi)容： 化學(xué)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(xué)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(qiáng)的布朗運(yùn)動，運(yùn)動時，擴(kuò)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(xué)調(diào)理的目的是： 通過加藥，壓縮雙電層，達(dá)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(shí)際上，污泥中的分散相全部都帶負(fù)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

9、劑，活性基團(tuán)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 CO NH2 這是一種非離子型絮凝劑，分子量一般為400800萬，最高達(dá)1200萬。活性基團(tuán)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(xué)調(diào)理的作用實(shí)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34倍污泥量的水混合而進(jìn)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(fù)電荷相互排斥，呈穩(wěn) 定懸浮狀態(tài)； 濃度

10、：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(jìn)行化學(xué)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(yīng)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(jī)物分解或水解，顆粒結(jié)構(gòu)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?zé)崽幚恚簻囟?70200 加壓 11.5Mpa 反應(yīng)時間 40120min 高溫加

11、熱后再濃縮，含水率可降至8087； 污泥的容積可減少幾十倍。 低溫?zé)崽幚恚簻囟?50； 常壓 有機(jī)物不易水解，進(jìn)入分離液的BOD約降低4050， 不需二次處理，是主要發(fā)展方向。熱處理優(yōu)點(diǎn)：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-thaw treatment) 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(diǎn)：能耗比熱處理低，（冷凍473KJ/kg污泥，熱處理753KJ/kg）有機(jī)物不分解，（不需對分離液二次處理） 缺點(diǎn)：時間長（5h以上） 設(shè)備：冷凍融化槽 在進(jìn)行冷凍融

12、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(jìn)一步的處理和處置，仍是不經(jīng)濟(jì)的，所以，濃縮只是脫水的預(yù)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(yù)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

13、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(jī) 壓榨式：利用機(jī)械擠壓，如壓濾機(jī) 離心式：利用離心力，如離心過濾機(jī)5.4.2 真空過濾（vacuum filtering） 真空過濾機(jī)(vacuum filters)的結(jié)構(gòu) 工作原理 工藝流程 改進(jìn)與發(fā)展 （1）結(jié)構(gòu) 過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)見圖5-7。 過濾機(jī)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(fù)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

14、機(jī)的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)筒體 過濾機(jī)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(yán)格密封； 過濾室鋪設(shè)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5080mm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(jī)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

15、風(fēng)機(jī)相連，通過它控制過濾機(jī)的各個過濾室依次進(jìn)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(fù)壓。水透過濾布進(jìn)入過濾室，被真空泵抽向機(jī)外，濾布表面形成濾餅。 過濾室脫離液面后，進(jìn)入脫水區(qū)（II），進(jìn)一步脫水。 進(jìn)入?yún)^(qū)，為休止區(qū)，或?yàn)檫^渡區(qū)（正壓與負(fù)壓的轉(zhuǎn)換）進(jìn)入?yún)^(qū)，與分配頭的鼓風(fēng)管道相通，鼓風(fēng)機(jī)將有正壓的風(fēng)吹入過濾室，吹落濾餅，并在進(jìn)入料漿槽之前，清洗濾布。圖5-9 過濾機(jī)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(jī)（前

16、已介紹） 氣水分離器真空系統(tǒng) 鼓風(fēng)機(jī) 空氣平衡桶 圖5-10 真空過濾工藝流程1過濾機(jī)；2氣水分離器；3風(fēng)包；4真空泵；5鼓風(fēng)機(jī) 氣水分離器真空泵將水和氣一起抽出，水不能進(jìn)入真空泵，在此之前需進(jìn)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(fù)壓，要使水壓大于空氣負(fù)壓。將氣水分離器下底安裝在距地溝9m的高度，真空負(fù)壓9m水柱。 缺點(diǎn)：過濾機(jī)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(diǎn)：增加設(shè)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(jī)；2-氣水分離器；3-真

17、空泵；4-鼓風(fēng)機(jī)圖5-12 利用離心泵抽水1-過濾機(jī)；2-氣水分離；3-真空泵； 4-鼓風(fēng)機(jī)；5-離心泵；圖5-13 利用自動排液裝置分離1-過濾機(jī)；3-真空泵；4-鼓風(fēng)機(jī)；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(shè)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(fù)壓，空氣閥（3）和單向閥（7）關(guān)閉，水靠自身重力進(jìn)入排液箱，隨著濾液增加，浮子（5）所受浮力增大，當(dāng)其浮力大于真空作用于左邊排液箱，的橡皮

18、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(jìn)行，實(shí)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(diǎn)。真空系統(tǒng)一般采用真空泵，真空度為450600mm汞柱，每平方米過濾面積需吸氣量約0.81.3m3/min；真空泵一般有兩種：水環(huán)式：允許濾液帶入泵中短期運(yùn)轉(zhuǎn)。易維護(hù)，但功率大。 柱塞式：功率小，但不允許進(jìn)液，維護(hù)工作量大，已逐漸為水環(huán)式淘汰。新技術(shù)： 采用水噴射泵，利用水的射流原理產(chǎn)生負(fù)壓。優(yōu)點(diǎn)：與水泵配套，本身無運(yùn)動部件，效率高，生產(chǎn)費(fèi)用低。 比較試驗(yàn)結(jié)果 機(jī)型 真空計算壓力 ,(Mpa) 濾餅厚度 mm 單位處理量 t/(m3.h) 水分 (%) 耗電 kw.h/臺 耗

19、水 t/臺.h SSB-65 水噴射泵 62.7 15.4 0.69 9.2 24.0 0.8 SZ-4 水環(huán)真空泵 57.3 14.1 0.64 94 46.5 2.4 鼓風(fēng)機(jī) 提供正壓空氣卸料并清洗濾布。鼓風(fēng)壓力：0.10.3kg/cm2；每平米濾餅空氣量0.20.5m3/min 空氣平衡桶 俗稱風(fēng)包，儲存空氣并保持一定壓力； 或調(diào)節(jié)壓力。 （4）改進(jìn)與發(fā)展 圓筒真空過濾機(jī)技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，運(yùn)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(jìn)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(jī)的結(jié)構(gòu)見圖5-14 特點(diǎn) 自動卸料，無需壓縮

20、機(jī)； 兩次沖洗：防堵塞，降低濾餅水分； 濾布洗清槽，并設(shè)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(jī)1-卸料輥；2-洗滌輥；3洗滌槽；4-進(jìn)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(xì)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(pressure filtering) 概念：利用機(jī)械壓縮作用的過濾脫水方法。 類型： 自動板框壓濾機(jī)：應(yīng)用廣泛； 廂式全自動壓濾機(jī)：成本高，僅用于特殊情況。 自動板框壓濾機(jī)(filter presses)。 結(jié)構(gòu)（見圖5-15） 工藝過程（見圖5-16） 壓緊進(jìn)料壓干卸

21、料圖5-15 自動板框壓濾機(jī)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(jìn)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516（a） 滾壓軸處于上下垂直的位置（圖5-17a）。 特點(diǎn)是：瞬時、連續(xù)、壓力大、反復(fù)施壓。 水平式：見圖516（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(diǎn)：連續(xù)受壓、壓力小、壓榨時間長。 滾壓脫水的特點(diǎn) 滾壓脫水前必須

22、經(jīng)化學(xué)調(diào)理，以降低粘性，經(jīng)濃縮以降低流動性。 優(yōu)點(diǎn)：可連續(xù)操作（與壓濾機(jī)相比）；濾餅含水率低（與真空過濾機(jī)比）。圖5-16（a）對置式滾壓脫水機(jī)圖5-16（b）水平式滾壓脫水機(jī)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(centrifugal dewatering) 離心過濾機(jī)的圓筒高速旋轉(zhuǎn)（12008500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(yùn)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(dá)7080。 優(yōu)點(diǎn)：不需濾布，不發(fā)生堵塞 缺點(diǎn)：機(jī)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(jī) 構(gòu)造：見圖5-18 特點(diǎn) 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