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市政污泥脱水技术进展

  【摘要】污泥处理与处置问题是世界性难题,而无论采取何种处置方式,污泥的脱水干化都是其必要前提。对现有的污泥脱水干化技术进行了研究,分别介绍了污泥浓缩技术、脱水技术和干化技术,详细阐述了其各自的现有技术手段、达到的干化效果和研究进展。并指出物理化学调理联合机械脱水是目前主流的脱水技术,而热干化是最为成熟的干化技术。重点描述了目前工程上应用比较多的工艺技术,以及污泥的脱水干化对于污泥农用、燃料化、焚烧和填埋等处理处置方式的积极作用。 

  【关键词】污泥;浓缩;脱水;深度脱水 

  前言 

  随着我国社会和经济的高速发展,污水处理工业有了长足的发展。污泥是污水处理过程中的副产物,是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥具有双面性:一方面污泥中含有氮磷等营养物质和大量有机质,使其具备了制造肥料和作为燃料的基本条件;另一方面污泥中又含有大量病原菌,寄生虫和生物难降解物质以及较多的重金属离子和有毒有害物质[3]。因此市镇污水处理厂污泥处理问题越来越得到人们的重视。我国目前使市政污泥达到无害化处理常用的方式主要有卫生填埋、焚烧和堆肥三种方式。但是,这几种方法对环境影响较大,且污泥焚烧的投资运行成本较高,不适宜在我国广泛运用。水泥窑中污泥焚烧新技术的应用, 一方面可在一定程度上处置污泥废弃物,减少城市污泥的无序排放;另一方面还可有效利用污泥中有机燃料的热值,减少水泥熟料煅烧过程中一次能源的使用。 

  1、污泥中水分存在形式 

  污泥中的固体颗粒主要为胶体粒子, 有复杂的结构,与水的亲和力很强。污泥中所含水分有四种存在形态,即空隙水、毛细结合水(简称毛细水)、表面吸附水(简称吸附水)和内部结合水(简称内部水)。空隙水是指大小污泥颗粒包围着的自由水分,它并不与固体直接结合,因而很容易分离,利用重力作用,就能将其分离出来。空隙水一般占污泥中总含水量的70%。毛细结合水是指在污泥颗粒接触面上由毛细压力结合,或充满于污泥与污泥颗粒之间或充满于污泥本身裂隙中的水分。毛细水约占污泥中总含水量的20%。由于毛细水和污泥颗粒之间的结合力较强,需借助较高的机械作用力和能量才能去除这部分水分。表面吸附水是通过表面张力的作用吸附在污泥表面上的水分。这部分水比毛细水更难脱除,需要在污泥中加入能起絮凝作用的电解质,使污泥颗粒呈不稳定状态而粘附在一起,最后沉降下来。内部结合水是指包含在污泥中微生物细胞体内的水分。这种内部结合水与固体成分结合得很紧密, 要去除这部分水分,必须破坏细胞膜,使细胞液渗出,由内部结合水变为外部液体。表面吸附水和内部结合水总共约占污泥总含水量的10%。 

  2、污泥脱水技术 

  针对污泥的不同脱水要求,国内外发展了不同的污泥脱水技术。概括起来,主要分为物理脱水(污泥浓缩、机械脱水等)和化学脱水(污泥调理)两大类。 

  2.1 污泥浓缩 

  污泥浓缩去除的主要是污泥的空隙水,由于污泥水分中空隙水所占的比例最大,因此污泥浓缩是减少污泥体积最经济有效的方法。目前污泥浓缩最常用的方法有:重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。污泥经过浓缩后,含固率提高到5%~10%,为污泥的进一步脱水提供了基本的条件。 

  2.2 污泥机械脱水 

  机械脱水是以过滤介质两侧的压力差为推动力,通过强制污泥水分经过过滤介质形成滤液,并使固体颗粒截留在介质上形成滤饼的方式来实现污泥脱水的过程。常用方法主要有压滤脱水法,真空吸滤脱水法和离心脱水法。机械脱水的目的是进一步提高污泥的含固率,主要将污泥颗粒间的毛细水和部分表面吸附水分离出来,这部分水占污泥总含水量的10%~25%。最新设计了一种机械加压污泥脱水机,采用液压缸加压的方式驱动过滤组件对污泥进行固液分离,其污泥脱水工艺流程见图2。其脱水过滤单元利用钢架结构进行支撑,钢架的外形为长方体结构,可以根据污泥的处理量进行模块化的拼装,大大提高了设备的适应性和产量可调能力。使用该设备可将污泥的含水率从90%降到50%以下。研制了用于污泥脱水的柔韧管压榨机。该柔韧管压榨机采用了独特的过滤组件结构,排渣系统,施压系统和压紧力发生机构。用该柔韧管压榨机实际处理含水率80%的泥饼,可以把含水率降至60%以下,并且将污泥的处置成本降低了43%。设计一种电动压滤脱水机并实际应用于污泥脱水,在最佳工况条件下可将污泥含水率降低25%,其污泥脱水费用仅为其他污泥脱水方法的十分之一。机械脱水后,污泥的体积可以减小至原有的1/10以下,含固率提高至20%左右,从而有利于污泥的后续处理。 

  2.3 污泥调理 

  经过浓缩和消化,污泥中的固体物主要由亲水性带负电的胶体颗粒组成,污泥水与污泥固体颗粒的结合力很强,比阻值较大,脱水性能较差。为了改善污泥脱水的性能,提高机械脱水的效果,需要通过调理来改变污泥的理化性质, 减少胶体颗粒与水的亲和力,为固液分离创造条件。污泥调理方法主要有物理调理法、化学调理法和微生物调理法三大类。三种方法在实际中都有应用,但以化学调理法为主,原因是化学调理方法操作简单,投资成本较低,调理效果较稳定,是目前比较合理的方法。化学调理药剂又包括无机调理剂和有机调理剂。 

  2.3.1 无机调理剂 

  污泥调理无机药剂主要使用铁盐、铝盐、石灰和粉煤灰。硫酸铝是世界上水和废水处理中使用最早、最多的药剂。自19 世纪末美国首先将硫酸铝用于给水处理以来,一直就被广泛采用。无机高分子药剂产业始于日本,于上世纪60 年代后期在世界各地发展起来。它比原有传统药剂效能更高而价格相应较低,因而有逐步成为主流药剂的趋势。研究粗细两种粉煤灰对水厂污泥脱水性能的改善污泥,污泥比阻大幅度降低,使用粗粉煤灰对污泥脱水后泥饼含水率降至40%。在单独投加粉煤灰20g/mL 污泥时,泥饼含水率最低,为50.8%。用干化的明矾污泥做为调理剂调理污泥发现,当干化污泥投加量为20g/100mL湿污泥,搅拌时间为80s 时,脱水效果最好,污泥比阻降到0.3×1011m/kg。其中,起主要调理作用的是硫酸铝。无机药剂用于污泥脱水可以把含水率降到较低的水平,并且能加强絮体的结构。但是无机药剂存在着投加量大、成本高、对设备有腐蚀等缺点,而且会显著降低污泥的热值,不利于污泥焚烧。同时无机调理剂对过滤速度的提高不如有机调理剂。 

  结束语 

  城市污泥的脱水干化是污泥农用、填埋、燃料化和焚烧等处置方式的前提。由于污泥特殊的胶体结构,污泥的脱水干化变得异常困难。污泥的干化一般需要经过污泥浓缩、污泥脱水和污泥干化三个过程。污泥浓缩仅能去除污泥中的部分自由水和间隙水,应用领域有限。污泥脱水是污泥干化的重要一步,污泥脱水普遍存在脱水效率不高的问题,如何根据污泥性质选择合适的脱水设备、如何优化脱水机械设备、如何选择合适的絮凝剂、如何选择适当的物理调理方法达到高效地脱水将是今后研究的方向。污泥干化主要以热干化为主,其他新兴干化技术也得到了部分应用,污泥干化今后的研究方向是改进106环境工程。 

  参考文献: 

  [1]赵庆祥.污泥资源化技术[J].北京: 化学工业出版社,2013:8-9. 

  [2]董立文,张鹤清,汪诚文等.造纸污泥的电渗透脱水效果. 

  [3]陈聪.机械加压污泥脱水机的研究[D].2013. 

  [4]张民良.用于活性污泥脱水的柔韧管压榨机的研制[J].中国给水排水,2013,22( 17) 

  [5]田禹,王宁.冻结熔融法对大豆类食品污水污泥脱水性能的影响及应用研究[J].环境工程,2014,22(2):10-12. 

  [6]源亮君,汤兵,薛嘉韵.生化污泥调理技术研究进展[J].工业安全与环保,2013,30( 2) : 26-28. 

  [7]吴朝阳,陈荷娟,芮延年等.高压脉冲放电裂解带式压榨活性污泥高干度脱水机制[J].环境工程,2013,25(1):40-42.

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