（市政工程专业论文）城市污水处理厂污泥物化法减量试验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占处理水量的0 3 o 5 左右( 以 含水率9 7 计) 。污泥需要及时处理与处置，其目的在于减量、稳定、无害化和综合 利用等，以保证污水处理厂的正常运行和处理效果，防止二次污染。本文结合重庆市 唐家桥污水处理厂的处理工艺，采用物化法对不同性质的污泥进行调理试验，使其脱 水性能得以改善，达到污泥减量的目的。 城市污水污泥为有机污泥，其主要是由亲水性胶体颗粒组成的，脱水性能很差， 因此在脱水过滤之前需加入混凝剂进行调节。污泥过滤比阻抗值是表示污泥过滤特性 的综合指标，其物理意义是指单位重量的污泥在一定压力下过滤时，在单位过滤面积 上的阻力，即单位过滤面积上滤饼单位于重所具有的阻力。它是表示污泥阻扰固液分 离倾向的指标。 因此，本文选用四种高分子混凝剂聚合氯化铝( p a c ) 、聚合硫酸铁( p f s ) 、聚 丙烯酰胺( p a m ) 和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚型阳离子混凝剂( g p f 2 ) 对重庆市唐家桥污水处理厂三种泥样( 初次沉淀混合污泥、浓缩污泥和消化污泥) 分 别作混凝试验。在恒压条件下测定其比阻值，通过比较不同种类混凝剂的不同投量对 污泥比阻值的影响，选择对改善污泥脱水性能显著的混凝剂为最佳混凝剂，同时可得 出该混凝剂的最佳投药量。 另外，本文选择过滤压力、p h 值和搅拌速度等因素，考察其对污泥比阻抗值的 影响大小，从而可看出在不同试验条件下的最佳试验范围。 在此基础上，采用正交试验法，可进一步确定最佳混凝剂的最佳操作条件，以及 得出各种试验因素对结果的影响大小。 通过以上的试验过程，及对试验结果的分析，得出以下结论： 1 ) 四种混凝剂对污泥的脱水性能均有较好的改善作用，通过用量比较及混凝剂 的市场价格对比，g p f 2 的效果最佳。 2 ) 目前一些中小型污水处理厂无消化处理设施，本次试验从浓缩污泥消耗的混 凝剂少于消化污泥方面说明直接脱水生污泥在技术经济上是可行的。 3 ) 通过正交试验，对浓缩污泥的最佳操作条件是：g p f - 2 的投加量为o 0 8 朗， 过滤压力4 0 0g 哪2 ，搅拌速度为快速搅拌2 5 0r r a i n ，慢速搅拌7 0r r a i n 。 消化污泥的最佳操作条件是：g p f - 2 的投加量为o 18 朗，过滤压力4 0 0 唧2 ， 搅拌速度为快速搅拌2 0 0r r a i n ，慢速搅拌6 0r m i n 。 关键词：污泥，混凝，化学调节，脱水减量，正交试验 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h et r e a l r n e n to f t h ew a s t e w a t e r , al a r g eq u a n t i t yo f s l u d g ew i l lb ep r o d u c e d i t s a m o u n ti sa b o u to 3 0 5 o f t h et o t a lw a t e rq u a n t i t yf a c c o r d i n gt ot h ec o n t a i n i n gw a t e r r a t e9 7 ) t h e r ef i r ea b u n d a n th a r m f u la n d p o i s o n o u sm a t e r i a l ，u s e f u lv e g e t a b l en u t r i m e n t ( n i t r o g e n , p h o s p h o r , a n dp o t a s s i u m ) ，o r g a n i c m a t t e ra n dh u m i d i t ye t c o n e o ft h e i n d i s p e n s a b l ew o r k i nm u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n ti ss l u d g et r e a m a e n ta n dd i s p o s a l ， w h o s ep u r p o s ei st om a k et h es l u d g er e d u c i n gv o l u m e , s t a b i l i z a t i o n , h a r m l e s s n e s sa n d s y n t h e t i c a lu s ee t c c o m b i n i n gt h ep r o c e s sc r a f to fc h o n g q i n gt a n gj i a - q i a ow a s t e w a t e r i r e a t m e n tp l a n t , t h i st e x ta d o p t sc h e m i c a lr e g u l a t i n gm e t h o d0 1 1d i f f e r e n ts l u d g e , i m p r o v i n g t h e d e h y d r a t i o np e r f o r m a n c e o f t h e s l u d g e t h et e s tp r o c e s si sa sf o l l o w s ： f i r s t l y , t a k ea n a l y s i so f t h r e e k i n d s o f s l u d g e s e c o n d i y , t a k ec o m p l e t ee x p e r i m e n t s ，a n dc h o o s e f o u rk i n d so f p o l y m e r c o a g u l a n t s t o m a k ec o a g u l a n te x p e r i m e n t 谢mt h r e ek i n d so f s l u d g e ( p r i m a r ys e t t l i n gs l u d g e t h i c k e n i n g s l u d g ea n dd i g e s t e ds l u d g e ) r e s p e c t i v e l y s l u d g ed e w a t e r i n gi so f t e nc h a r a c t e r i z e db yt h e s l u d g ef i l t e r a b i l i t y , e x p r e s s e d a st h es p e c i f i cr e s i s t a n c et of i l t r a t i o n ( s r f ) m o s ts r fv a l u e s a r cb a s e do nf i l l a a t i o np l o t so ft h ei n v e r s ef i l t r a t i o nr a t e ( d v d 叼v e r s u st h ea c c u m u l a t e d f i l t r a t e v o l u m e ( 乃，s u c hp l o t sy i e l d l i n e a r r e l a t i o n s h i p sd u r i n g f i l t r a t i o no f n o n - c o m p r e s s i b l es t r u c t u r e s u n d e rt h es t a b l ep r e s s l l r ec o n d i t i o n , t h es p e c i f i cr e s i s t a n c eo f s l u d g ei st e s t e d a c c o r d i n gt ot h ed o s a g e , w e c a nc o n c l u d et h eo p t i m u m c o a g u l a n tw i t hi t s o p t i m u md o s a g e t h e nw es h a l lc h o o s et h r e ef a c t o r st h a ta r e v e r yi m p o r t a n t t ot h e s p e c i f i cr e s i s t a n c eo f t h es l u d g e ( t h ef i l t r a t i o np r e s s u r e ，p hv a l u ea n dt h em i x i n gr a t e ) t ot e s tt h e i ri n f l u e n c eo n t h ed e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c t h e nw ec a r ld e t e r m i n et h eo p t i m u me x p e r i m e n t a ls c o p eo f e a c hf a c t o r b a s e d0 i lt h ea b o v e - m e n t i o n e dr e s u l t s ，t h e s t u d yu s e so r t h o g o n a ld e s i g n t e s to n t h i c k e n i n gs l u d g e ( f r e s hs l u d g e ) a n dd i g e s t e ds l u d g et om a k e af l l l t h e rs t e pd e t e r m i n i n ga n o p t i m u mo p e r a t i v e c o n d i t i o no f t h eo p t i m u m c o a g u l a n t t h r o u g h t h ee x p e r i m e n ta n a l y s i s ，t h es t u d ym a k e st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 ) f o u rk i n d so fc o a g u l a n t sa l lc a nd e c r e a s et h es p e c i f i cr e s i s t a n c eo f t h es l u d g ea n d i m p r o v e t h ed e w a t e r i n g c h a r a c t e r c o m p a r e dw i t h t h e i rd o s a g ea n dm a r k e t p r i c e ，g p f - 2i s t h eb e s t i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 2 ) f o u rk i n d so fc o a g u l a n t sa l l c a l ll o w e rt h ec o n c e n t r a t i o no ft pa n dc o d i nt h e f i l t r a t e o fw h i c h , p a c se f f e c to i lp h o s p h o r u sr e m o v a li sb e s t ，a n dg p f 一2r e d u c et h e c o n c e n t r a t i o no f c o dw e l l 3 1t h eo p t i m u m o p e r a t i o nc o n d i t i o no f t h i c k e n i n gs i u d g ei st h a tt h ed o s a g eo fg p f 一2 i so 0 8 鲋，f i l t e rp r e s s u r ei s4 0 0g e r a ：，q u i c km i x i n gr a t ei s2 5 0r m i n , a n ds l o wr a t ei s 7 0 r m i r l t h eo p t i m u mo p e r a t i o nc o n d i t i o no f d i g e s t e ds l u d g ei st h a tt h ed o s a g eo fg p f 一2i s o 1 8 g 1 ，f i l t e rp r e s s u r ei s 4 0 0g e r a 2 ，q u i c km i x i n gr a t ei s2 0 0r m i n ，a n ds l o wr a t ei s 6 0 r r a i n k e yw o r d s ：s l u d g e ，c o a g u l a t i o n , c h e m i c a lr e g u l a t i o n , d e h y d r a t i o n , o r t h o g o n a ld e s i g n t e s t 1 1 1 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 在城市污水和工业废水处理的过程中，产生很多沉淀物与漂浮物。有的是从 污水中直接分离出来的，如沉砂池中的沉渣、初次沉淀池中的沉淀物、隔油池中 的油渣等。这些均属于沉渣类，其特点是颗粒较粗，密度较大，易脱水，但流动 性较差，不易用管渠输送口 。有的是在处理过程中产生的，如化学沉淀污泥与生 物化学法产生的活性污泥或生物膜。一座二级污水处理厂，产生的污泥量约占总 处理污水量的o 3 o 5 ( 体积) ，如进行深度处理，污泥量还可能增加o 5 】0 倍。这些物质必须及时处理与处置，才能保证污水处理厂的正常运行和处理效果， 保护环境，变害为利，变废为宝。随着环境保护事业的不断发展，对污泥的处理 必须予以充分的重视。 1 1 问题的提出及研究的意义 1 1 1 问题的提出 举世瞩目的三峡水利枢纽工程于2 0 0 3 年完成了一期蓄水，在2 0 0 9 年将形成 二期蓄水。建成后的三峡工程将发挥极大的航运、防洪、拦沙等效益，但同时对 库区的水污染控制及水环境保护也提出了更高要求。二期蓄水后，三峡至重庆主 城将形成巨大的库区，蓄水达到3 6 0 多亿立方米。三峡库区的水环境保护已成为 我国及世界关注的重大环境问题之，已引起国家高度重视，并投入巨资予以治 理。 常规活性污泥工艺在污水的生物处理过程中产生大量的生物污泥，需要经浓 缩、消化、脱水及处置等步骤。这需要大量的基建投资和高昂的运行费用：从处 理到最终处置，污泥的运行费用约为污水处理厂总运行费用的4 0 ( 烘干) 6 5 ( 焚烧) 左右。污泥的最终处置常采用填埋、填海或用于农业。但随着可用土地 的减少，以及考虑到人体的健康，在污泥用于农业之前必须进行进一步处理，污 泥的最终处置越来越困难。限制污泥农用的经济后果是相当大的，根据欧盟各国 家的统计，处理成本将由农用的7 5 欧元吨上升到焚烧的4 0 0 欧元吨。据德国 的数据显示：污泥热处理费用将达到6 0 0 欧元吨【2 】。因此，这使人们对于能减 少污泥产量的处理工艺更加感兴趣。 重庆计划修建两座大型污水处理厂。其中：唐家沱污水处理厂总规模4 0 万立 方米日，鸡冠石污水处理厂总规模旱季8 0 万立方米日。据估算，两座污水处理 厂每天将产生1 2 0 吨干污泥，若含水率为8 0 ，则污泥量达到6 0 0 吨，其处理茸h 出路都是很大的问题，迫切需要污泥的减量化技术，以降低污泥的处理或处置费 重庆大学硕士学位论文i 绪论 用。为了有效而经济的进行污泥填埋、干燥、焚烧及进一步处置，必须充分的脱 水而减量化，把污泥当作固态物质来处理，所以在整个污泥处理系统中，过滤、 脱水是最重要的减量化手段之一，也是不可缺少的预处理工序。 1 1 - 2 研究的意义 污泥处理的目的是减量、稳定、无害化及综合利用。污泥处置就是解决处理 后污泥的最终出路。按污泥的最终处置途径划分：有填埋，工业利用，土地利用， 海洋抛弃等。随着环境问题的突出，人们已认识到污泥处理、处置的优先顺序是 减容、利用、废弃。因此，污泥减量是处在第一位、最重要的一环。污泥经适当 处理后，如果符合卫生标准则可进行综合利用，在消化过程中产生的污泥气( 沼 气) 可作为能源或化工利用。污泥总量减小，可大大降低污泥最终处置的费用。 可见污泥的处理是积极的，甚至是生产性的。 重庆主城区排水工程是重庆市利用世界银行贷款工程总项目中的一个重要组 成部分，是综合治理三峡库区污染的主要措施之一，旨在采取工程措施，实藐保 护长江、嘉陵江水体水质，改善重庆主城区的环境和卫生面貌，提高居民健康水 平；创造良好的社会环境，为社会经济持续发展创造条件。 1 2 污泥的种类及性质 1 2 1 污泥种类 城市污水处理厂从污水中分离出来的固态总称为生活污水污泥。在城市污水 处理厂中通常还分离出工业废水的固体。根据污泥从污水中分离的过程，可将其 分为如下几类： 沉淀污泥：初次沉淀池中截留的污泥，包括用药剂沉淀下来的污泥； 生物处理污泥：在生物处理的过程中，由污水中悬浮状、胶体状或溶解状的 有机污物组成的某种活性物质，称为生物处理污泥。这种生物活体中的大部分固 体是由细菌块( 或菌群) 组成的。根据生物处理方式的不同，又可区分为下列两 种： 生物滤池污泥：采用生物滤池处理时产生的污泥； 活性污泥：采用活性污泥法处理时产生的污泥。在这一处理过程中，一部分 污泥，即回流污泥作为接触体而在曝气池中循环；多下来的剩余活性污泥则送去 进一步处理。 因此，进行生物处理的现代污水处理厂的污泥，是沉淀污泥与生物处理污泥 的混合污泥。 生活污水污泥一般均易腐化，可进一步区分如下： 生污泥：从沉淀池( 初次沉淀池和二次沉淀池) 处理后排出来的沉淀物或悬 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 浮物； 浓缩污泥：生污泥经浓缩处理后得到的污泥。 消化污泥：生污泥经厌氧分解后得到的污泥。 1 2 2 污泥陛质 以有机物为主要成分的称为污泥。城市污水处理厂每天要产生大量的污泥。 污泥的主要特性是有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，比重较小，含水率 高且不易脱水，呈胶状结构的亲水性物质，易用管渠输送。 污泥中含有大量植物生长所必须的肥份、微量元素，其中的有机质是良好的 土壤改良剂。但其中还含有很多有毒物质，如细菌、致病微生物、寄生虫卵及重 金属离子等【3 。表1 1 【4 】是一份较完整的城市污水处理厂的沉淀污泥、活性污泥和 消化污泥组成的大致状况。污泥中的主要有机物有油脂、蛋白质和碳水化合物等 三娄。 表1 1 污泥组成 t a b l e1 1t h ee o n s i i _ t u l i o no f s l u d g e 、 类别初沉污泥活性污泥消化污泥 成分 ( )( )( ) 有机物 6 0 8 06 5 7 54 5 6 0 总灰分 2 0 4 02 5 3 84 0 5 5 非溶解性灰分 1 7 3 52 0 3 03 5 5 0 戊聚糖 1 o2 11 5 油脂( 乙醚溶解物) 7 3 55 1 23 5 1 7 半纤维素 3 2 1 6 纤维索 3 87 o +0 6 木质索 5 88 4 蛋白质2 2 2 83 7 51 6 2 1 注：包括木质素。 污泥中含有大量的n 、p 、k 、c a 及有机质，而且n 、p 以有机态为主，同时 污泥中还有许多植物所必须的微量元素，可以缓幔释放，具有长效性。因此，污 泥是有用的生物资源，是很好的土壤改良剂( 有机腐质) 和肥料。我国城市污水 处理厂各种污泥所含肥分见表1 2 5 1 。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 表1 2 污泥肥分表 t a b l e1 2t h e n u t r i t i o no f s l u d g e 类别 初沉污泥活性污泥消化污泥 成分 ( )( )( ) 总氮2 33 3 7 71 6 3 4 磷( 以p 2 0 s ) 计 1 30 7 8 4 30 6 0 8 钾( 以k 2 0 ) 计 0 1 0 50 2 2 0 4 4 1 3 污泥中水分的存在形式及其分离 污泥的容积取决于污泥的含水率。污泥中的含水率很高，一般为9 6 9 9 。8 ， 体积很大。因此，为了减少污泥容积，必须研究将其所含水分与污泥固体分离的 既卫生又经济的有效方法。这种脱水处理，不仅大大减少了污泥数量，而且还可 作为利用污泥中有效肥料成分的预处理措施。 污泥中的水分按其存在状态共分为四种，即间隙水、毛细水、吸附水和结合 水，见图1 1 所示。 水 附水 图1 1 污泥中水分存在状态 f i g1 1 t h es t a t u so f t h e l i q u i di ns l u d g e 间隙水。被大小污泥固体包围着的间隙水，并不与固体直接结合，因而相 对容易分离。污泥中间隙水约占污泥含水量的7 0 ，只需在中间调节池中停留几 小时，其容积就能显著减少。因此，借助于自然重力场或者机械产生的人工力场 ( 采用浓缩或者气浮方式) 用较小的力可分离间隙水。浓缩是减容的主要方法。 毛细( 结合) 水。在高度密集的细小污泥固体颗粒周围的水，由于产生毛 细现象，可以构成如下几种结合水： 间隙毛细结合水一充满于固体与固体之间的空间的间隙毛细结合水： 楔形毛细结合水一在固体颗粒的接触面上由于毛细压力的作用结合成楔形毛 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 细结合水； 裂隙毛细结合水一充满于固体本身裂隙中的毛细水。 + 毛细水约占污泥总水分的2 0 。要去除毛细压力作用下的结合水，只需施以 与毛细水表面张力的合力相反的作用力。例如，利用离心力( 离心分离机) 、负压 ( 真空过滤机) 、电渗力或热渗力等。 吸附水。粘附在细小污泥或小颗粒表面上的水。要使胶体状颗粒的结合水 与固体分离是十分困难的，而分离吸附水则更为困难。需要采用混凝剂辅助进行 分离，并借助于外界机械产生的较大压力差( 负压或者高压) 或者机械重力场分 离毛细水和附着水。 内部水。微生物细胞内部的液体。一部分污泥被包围在微生物的细胞膜中， 间隙水、毛细水。吸附水等都是外部液体，而细胞液则是内部液体。这种内部水 与固体结合得很紧。要去除这些内部水，必须破坏细胞膜【l 】。 因此，使用机械方法难以奏效。但细胞液还是可以得到压缩的。为了去除这 种内部水，可以通过好氧或厌氧菌的作用，使细胞在污泥中进行生物分解( 好氧 氧化、堆肥化、厌氧消化) ，或采用高温加热和冷冻等措旋。这时，内部水又成了 外部液体的形式。 吸附水和内部水共占污泥水分的1 0 ，由于与污泥颗粒结合紧密，只能用人 工加热、干化焚烧等方法才能将其去除。 不同脱水方式的脱水效果列于表1 3 中。 表1 3 不同脱水方式及脱水效果 t a b l e1 3d i f f e r e n td e h y d r a t i o n l l a n n e r $ w i t l lt h e i r d e h y d r a t i o ne f f e c t 脱水方法脱水装置脱水后含水率( )脱水后的污泥状态 浓缩重力、气浮、离心 9 5 9 7近似糊状 自然于化千化场 7 0 8 0 泥饼状 真空过滤真空转鼓、真空转盘等 6 0 8 0泥饼状 机 压滤板框压滤等 4 5 8 0 泥饼状 械 滚压带式向对压榨、水平压榨 7 8 8 6泥饼状 脱 水 离心离心脱水机8 0 8 5泥饼状 水中造粒水中造粒机8 2 8 6泥饼状 热处理冷冻、湿式氧化、热处理 干化烘干1 0 4 0粉状、颗粒状 焚烧各种焚烧炉 0 1 0 灰状 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 4 污泥处理方法 污泥处理的主要目的在于： 其，减少污泥最终处置前的容积。污泥一般由比较松散的小块组成，含水 率较高。因此，污泥的容积可达其所含固体容积的数倍。为了既卫生而又经济的 将自住宅和工厂的粪便、废弃物( 垃圾) 送往污水处理厂，水起了重要的作用， 但在处理厂又必须使这些水从污泥、废弃物中分离并去除之。 其二，使污泥卫生化和稳定化。污泥中含有大量的有机物，而且可能含有医 学上极其危险的病原菌。必须使含有病原菌同时又散发出恶臭的腐化物质减少并 使其分解。 污泥处理的一般方法以及流程的选择主要决定于当地条件、环境保护要求、 投资情况、运行费用及维护管理等多种因素。污泥处理的大致组合形式如图1 2 【6 】 所示。 重力浓缩、气浮浓缩，其它浓缩 化粪池，双层沉淀池，消化池 晒砂池，干化场 化学调节，淘洗，热处理，冷冻处理 真空过滤，压滤，滚压脱水，微孔挤压，离心脱水，水中造粒 多段焚烧炉、回转焚烧炉，立式焚烧炉，硫化床焚烧炉 投海，填地或用作农田肥料 图1 2 污泥处理流程图 r i g1 2 t h ef l o wc h a r t o f s l u d g et r e a t m e n t 为达到上述两个目的，可以单独或综合的使用下列各种方法。 ( 1 ) 浓缩。为了使能够沉淀的大块污泥迅速沉淀，在将污泥缓慢搅拌以后使 重庆大学硕士学位论文1 绪论 之进行长时间的沉淀。结果污泥被浓缩，含水率降低。 ( 2 ) 消化。除了使污泥中的腐化物质厌氧分解以外，还使污泥中的胶体物质 气化、液化、稳定化或分解，进而使污泥中的水分与固体分离。 ( 3 ) 好氧分解。代替厌氧消化的，是通过好氧氧化作用使污泥中的有机物矿 化。就上述厌氧消化而言，有时也称为好氧消化。 ( 4 ) 药剂处理。与自来水、污水的化学混凝处理情况相同，通过投加化学药 剂促进污泥脱水。 ( 5 ) 污泥淘洗。用比较清洁的水预先洗去污泥中对药剂处理或浓缩有不良影 响的物质。 ( 6 ) 空气干化。将污泥撤在干化场上，通过向空中蒸发或向干化场渗透减少 污泥中的水分。 ( 7 ) 机械脱水。采用真空过滤机、压滤机、离心分离机、筛滤机等进行污泥 脱水。 ( 8 ) 人工加热干化。加热污泥，蒸发污泥中的水分，使之几乎完全干化。 ( 9 ) 焚烧。将消化前的剩余活性污泥或消化污泥预先进行人工干化，再单独 与其它可燃物一道焚烧。 污泥处理也可作如下的组合： 湿式燃烧法是指在液态下对污泥加温加压，并压入压缩空气，使污泥中的有 机成分，包括溶解的，悬浮的及其它还原性无机物利用空气中的氧气进行氧化去 除，从而改变污泥的结构与成分，使脱水性能大大提高的方法，也称为湿式氧化 法。 1 5 国内外污泥处理、处置发展概况 1 5 1 世界各国污泥处理处置方法 任何一种污泥减量技术都应在减少污泥产量的同时，不影响工艺的效率或效 能p j 。目前，对污泥减量技术的一些研究重点都是针对活性污泥的增生污泥的减 量。比如，利用细菌的捕食，建立起由多种多样的微生物组成的复杂生态系统， 其中有多条较长的食物链，以此达到污泥减量：利用微生物强化，通过选择性投 加外部细菌进入系统，增加了系统中细菌的浓度和代谢活性，达到污泥减量；另 外还可利用代谢终止、投加酶i s 】、超声波、生物细胞溶解系统吼臭氧【1 0 】等方法 达到污泥减量。另外，针对污泥脱水前的预处理，也研割出了多种混凝荆，从最 初的无机混凝剂，到高分子混凝剂，微生物絮凝剂等等，所需药剂用量越来越小， 重庆大学硕士学位论文1 绪论 毒副作用越来越小，处理效果也越来越好，在污泥最终处置前使其容积得以进 步减小。 而在对污泥的处置过程中，常见的主要有以下几种方法：卫生填埋、污泥农 用、污泥焚烧、污泥干化和热处理、污泥堆肥以及海洋倾倒等。随着人们生态环 境意识的加强，卫生填埋、污泥堆肥和倾倒等方法所占比例越来越小，有的甚至 己被禁止使用。近年来，污泥焚烧以及土地利用所占比例有所增加，日本、德国 等国家污泥焚烧较为普遍，污泥焚烧对污泥的无害化处理彻底，剩余灰渣还可用 来作为建筑材料【1 1 1 。在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的6 0 以上，欧 盟也在1 0 以上c 2 3 。近年来，美国、加拿大以及欧共体的一些国家正积极推行低 成本、环境影响小的污泥土地处理技术”。污泥农用正在成为世界各国主要的污 泥处置方法。许多国家城市污泥的农用率在7 0 以上，有的高达8 0 以上【“。此 外，用微波干燥污泥，经试验证明在技术上也是可行的，经济上与传统方法也有 可比性f 1 2 m 】。 从污泥处理处置趋势分析，今后污泥利用方向将会是土地利用和热能利用。 污泥农用将会向更安全地利用方向发展。 1 5 2 我国污泥处理处置存在的问题 污水处理中的污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，在全国现有污水处理 设施中有污泥稳定处理设施的还不到1 4 ，处理工艺和配套设备较为完善的还不 到1 1 0 1 2 1 ，能够正常运行的为数不多，污泥直接摊放造成的二次污染必须予以充 分的重视。目前我国污水处理量和处理率虽然不高( 4 5 ) ，但城市污水处理厂 每年排放干污泥大约3 0 万吨，而且还以每年大约1 0 的速度增长。污水处理效 率的提高，必然导致污泥数量的增加。我国传统的污泥处理处置基建投资大、负 荷低、安全性要求高，运行管理难度大、运行经验缺乏等问题，所以造成设备闲 置，浪费极大。我国存在大量小型污水处理厂，其污泥绝大部分未能得到妥善处 置，污泥处置已经成为污水处理厂设计、运行中必须优先考虑的重要环节。污泥 处理和处置不仅是我国而且是世界面临故技术挑战， 对于污水处理厂的污泥处理、处置系统的装备，发达国家在2 0 世纪6 0 年代 就已经达到先进的成套化水平，而我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，而且 对污泥处理处置重视不够。虽然8 0 年代中期建设了大型污水处理厂污泥处理也 采用中温厌氧消化，但是污泥处理技术和设备几乎全部需要引进。近十多年来， 城市污泥处理技术中某些单项专用设备有较大发展，但是污泥处置和最终出路方 面尚属试验研究阶段。比如，污泥焚烧，由于其投资大、管理复杂、运行费用较 高，在我国未能全面推广使用。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 6 研究目的和内容 1 6 1 研究目的 本试验的研究目的主要有以下两方面： 为了减少污泥最终处置的体积，最关键的一环在于污泥脱水。污泥脱水前 进行的一系列减量手段，虽然含水率有一定下降，但还是有9 5 左右，呈液态， 且有机质污泥的脱水性能差，因此在机械脱水前污泥必须进行预处理，使其比阻 值在适合机械脱水的范围内，最常见的处理方法是化学调节法。经化学调节后的 污泥脱水性能得到改善，经机械脱水后污泥体积大为减少，呈圆体，的后续处置 打下起好的基础。 结合重庆市唐家桥污水处理厂污泥处理的实际情况，对污泥的脱水性能及 其影响因素进行较系统的研究，确定化学调节法的最佳混凝剂和晟佳投量及最佳 操作条件，为污泥机械脱水的预处理提供工程设计和运行管理的工艺参数，为污 泥的最终处置和利用奠定基础。 1 6 2 研究内容 取污水处理厂不同种类的污泥进行性质分析； 采用不同的混凝剂及不同投量对污泥进行减量化试验研究，筛选出较好的 一种或几种混凝剂，确保用最少的混凝剂达到最佳的脱水效果。 分析不同的试验条件对污泥比阻值的影响大小，得出各种因素的最佳试验 范围； 在上述基础上进行正交试验，确定污泥脱水的最佳操作条件。同时，对正 交表中的数据进行方差分析，确定各因素影响的显著性。 重庆大学硕士学位论文2 污泥的化学调节 2 污泥的化学调节 2 1 混凝机理 2 1 1 胶体稳定性 所谓“胶体稳定性”，是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶 体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。 动力学稳定是指颞粒布朗运动对抗重力影响的能力。胶体粒子很小，布朗运 动剧烈，本身质量小而所受重力作用小，布朗运动足以抵抗重力影响，故而能长 期悬浮于水中，称动力学稳定，粒子愈小，动力学稳定性愈高。 聚集稳定性是指胶体粒子之间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用大于 吸引作用而不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大，从而表面能很大， 在布朗运动作用下，有自发的相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的斥力 作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。不言而喻，如果粒子表面同性电 荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动 力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性，关键在于聚集稳定 性。 胶体的聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位，即f 电位。f 电位愈 高，同性电荷斥力愈大。图2 1 1 7 】表示粘土胶体双电层示意。胶体滑动面上( 或 称胶粒表面) 的电位即为f 电位，庐为总电位。胶体运动中表现出来的是f 电位 而非函电位。带负电荷的胶核表面和扩散于溶液中的正电荷离子正好电性中和， 构成双电层结构。 + 一 + 一 + 一 + 图2 1 胶体双电层结构示意图 f i g2 1 t h es i g n a lf i g u r eo f c o l l o i d a ld o u b l ee l e c t r i c a ll a y e r 1 0 重庆火学硕士学位论文 2 污泥的化学调节 分散相微粒和分散介质带有相反符号的电荷而形成双电层。由液层与固体表 面的关系可以把双电层分为两部分：吸附层和漫散层，统称为漫散双电层。根据 这种双电层模式，表面带负电的微粒，其外部周围是集中了阳离子的双电层。两 个相同电荷微粒接近时，由于静电斥力大于范德华力不能相结合而长成大颗粒。 要使胶体微粒互相凝聚，必须设法中和污泥颗粒所带电荷，并取消或压缩被颗粒 吸附羞的双电层厚度。 2 1 2d l v o 理论 由于污泥中的固体粒子是水合物，细小而带电，所以污泥形成一种稳定的胶 体悬浮液，使污泥中固体和水的分离，即浓缩和脱水都比较困难。为了解决这个 问题，需要破坏污泥胶体的稳定性，因此可以进行加药处理，其目的是减少粒子 和水分子之间的亲和力，使粒子增加凝聚力和粗大化。 d l v o 理论从胶粒之间相互作用能的角度阐明胶粒相互作用理论，认为悬浮 液及溶胶的稳定性是由静电斥力和范德华吸引力相互作用达到平衡而形成的。当 两个带同性电荷的胶体微粒相互趋近时，系统能量的变化是吸引能加上排斥能的 总和。图2 2 ”剐表示两个微粒在不同距离时的吸引能、排斥能以及两者加合的总 能量变化的曲线。 b、j v r 电排斥力 丌汴： 2 9 、a 1 c 1 3 9 0 、盐基度9 0 ) 和聚合硫酸铁( p f s ) ( 红褐色液体、f e 3 + u 1 3 、盐基度9 1 4 ) ，两种有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺( p a m ) ( 白色颗粒、 分子量4 0 0 万) 和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚型阳离子混凝剂( g p f 2 ) ( 白色颗粒、分子量5 0 0 万、单体为d m c ( 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵) 和s m c ( 丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵) ) 。 4 1 4 试验装置 试验装置为自制的比阻测定装置，示意图如图4 2 所示。 图4 2 污泥比阻测试装置 f i g 4 2t h ed e v i c ef o r t e s t i n gt h es p e c i f i cr e s i s t a n c eo f s l u d g e 1 一古氏漏斗中1 0 c m ( 内衬滤纸) ；2 一带刻度量瓶 3 一真空表；4 一通气口；5 一阀门；6 一稳压瓶：7 一胶塞 4 1 5 试验进度安排 整个试验自2 0 0 2 年6 月开始，至2 0 0 3 年6 月结束，历时1 2 个月。其问经历 了以下几个阶段： 试验准备阶段( 2 0 0 2 年6 月2 0 0 2 年1 0 月) 结合重庆城市污水处理厂污泥减量化与综合利用研究计划任务书，针对物 化法污泥减量化技术研究，查阅收集相关资料，进行试验方案设计，试验装置的 3 0 重庆大学硕士学位论文4 试验内容 制作、安装以及试验药品和测试仪器的准备等。 试验研究阶段( 2 0 0 2 年1 1 月2 0 0 3 年6 月) 试验研究分两阶段进行。第一阶段( 2 0 0 2 年1 1 月2 0 0 3 年3 月) 进行最佳 混凝剂的选择。 第二阶段( 2 0 0 3 年4 月2 0 0 3 年6 月) 在第一阶段研究的基础上采用正交试 验法，确定最佳操作条件。 试验数据整理分析阶段 备阶段试验结束后，根据所得数据，对其进行整理分析，并绘出变化曲线图， 为下一步试验做准备。 4 1 6 试验方法 ( 1 ) 测原污泥固体物质浓度c 。； ( 2 ) 将各种混凝剂配成不同浓度的水溶液； ( 3 ) 用混凝剂的水溶液的不同投加量调节污泥，将调节好的1 0 0 r n l 污泥倒 入古氏漏斗中，在一定的真空度下进行定压过滤，记录不同过滤时间t 及其所对 应的滤液体积v 。 ( 4 ) 在直角坐标系中，以t v 为纵坐标，v 为横坐标作直线，其斜率即为b 值。本试验采用对伽v 作线性回归求出斜率值。 ( 5 ) 由式( 4 5 ) 算出滤饼的固体物质浓度g ，以式( 4 4 ) 求得w ，再由式 ( 4 3 ) 即可计算出污泥比阻抗值r 。 4 1 7 试验过程 ( 1 ) 全面试验。将各种混凝剂配成不同浓度的水溶液，取不同体积的溶液滴 加到1 0 0 m l 污泥中，混合均匀，由上述试验方法测得在不同混凝剂的不同投加量 下的不同性质污泥的比阻抗值。由此可得出比阻随投量的变化曲线，根据混凝剂 投量的多少，可选出较好的一种或几种混凝剂及其投量。 ( 2 ) 研究不回的影响因素对污泥比阻值的影响。在试验中，选取对混凝效果 影响较大的因素：p h 值，过滤压力，搅拌速度等对同一混凝剂的同一投量作对比 试验，由此可得出污泥过滤脱水在各种试验条件下的最佳试验范围。 ( 3 ) 正交试验。由以上试验所得的结果，选取适当的因素和水平作污泥比阻 抗值的正交试验。从正交试验中可得到影响试验结果的因素重要性排列，及其该 试验的最佳操作条件。 ( 4 ) 方差分析。对正交试验表中的数据进行方差分析，通过各因素变差的比 较，可以判断每一因素对总结果影响的显著性。 同时，在测定污泥比阻值时，用试验仪器测试污泥的悬浮固体浓度( m l s s ) ， 挥发性悬浮固体浓度( m l ，v s s ) ，化学需氧量( c o d ) ，总氮( t n ) ，总磷( t p ) 重庆大学硕士学位论文4 试验内容 及其滤液c o d ，t n ，t p 。具体测试方法如表4 ，1 e 6 3 1 。 表4 1 测试项目及方法 t a b l e4 1t e s t i n gi t e ma n di t sm e t h o d 测试项目测试方法测试仪器 m l s s减重法1 0 5 烘箱 n s s 灼烧减量法6 0 0 马弗炉 c o d 重铬酸钾氧化法h a c h 分光光度计 t n碱性过硫酸钾氧化法 h a c h 紫外分光光度计 t p 钼锑抗分光光度法h a c h 紫外分光光度计 p h精密p h 试纸 温度温度计 4 2 污泥物化法减量初步试验 4 2 1 原污泥的性质 生活污水污泥为有机污泥，是一个复杂的，不均匀的分散体系，水是分散介 质，分散系包括三部分：( 1 ) 平均粒径小于1 0 微米的胶体颗粒；( 2 ) 平均粒径 在1 1 0 0 微米之间的超胶体颗粒；( 3 ) 由亲水性胶体聚集成的大颗粒。试验表明， 污泥的9 0 是由亲水性超胶体颗粒和大颗粒的凝聚体组成。各种污泥均是以有机 物微粒为主的悬浊液，流动性较好，颜色较深，易腐化变质，p h 值接近7 。唐家 桥污水处理厂污泥的具体性质见表4 2 。 表4 2 原污泥主要性质 t a b l e4 2t h ep r i m a r yc h a r a c t e ro f t h eo r i g i n a ls l u d g e 测试指标初沉污泥浓缩污泥消化污泥 含水率( ) 9 6 2 3 9 7 4 99 5 0 2 9 6 5 4 9 3 4 4 9 4 8 8 有机物含量( ) 7 3 8 9 7 6 1 26 0 9 0 6 5 4 55 2 7 8 5 8 2 9 比阻r ( 1 0 9 s 2 g ) 1 4 9 1 4 2 4 9 9 72 51 4 9 4 8 8 2 82 5 6 4 7 3 6 3 9 2 c o d ( t o g a ) 1 5 0 0 0 1 9 2 0 01 9 7 5 0 2 4 3 0 02 0 0 0 0 3 5 3 0 0 t n ( t o g a 8 8 0 8 09 2 8 1 1 4 71 2 6 4 1 4 0 7 t p ( m g a ) 1 2 0 1 8 21 3 7 1 6 4 1 6 6 2 0 4 滤液c o d ( m 鲫) 2 4 73 1 23 4 3 滤液t p ( m 酣) 1 0 51 2 02 1 2 重庆火学硕士学位论文4 试验内容 4 2 2 原污泥的比阻值 首先对各种性质的污泥进行空白试验，在真空度为3 0 4 m m 汞柱( 4 0 0 9 c m 2 ) 、 泥温1 5 c ( i j = 0 0 1 1 4 c m s ) 、过滤面积7