（环境工程专业论文）化学混凝污泥脱水性能研究.pdf

摘要 摘要 工业废水本身性质决定了其一般采用化学方法处理，其中化学混凝法又是比 较常用的方法，由此产生了大量含水率相当高的化学混凝污泥。对化学混凝污泥 脱水性能的研究，对于污泥的减量化具有重要意义，并且将为后续处理节约大量 成本，产生可观的经济效益。 本试验研究东莞樟村水质净化厂一级强化混凝处理工艺处理东莞运河污水 所产生的化学混凝污泥脱水问题，并试图对其调质机理进行分析，为污水厂的污 泥脱水工艺改进提供技术依据，探索出一条适用于此种新型污泥脱水工艺的新途 径。 首先对化学混凝污泥特性进行了测定，原始污泥p h 值为6 5 - - 7 0 ，含固率 为0 6 一1 5 ，v s t s 为1 0 2 0 ，热值过低无法测出；与剩余活性污泥等其 他类型污泥相比，污泥试样中氮、磷元素含量相对较低，钾元素相对较高，且有 机物和腐殖质含量很低，无机物含量很高，并且，除铜、锌、镉三项元素超标以 外，化学混凝污泥中其他指标均符合我国酸性土壤污泥农用标准。接着采用全面 试验法测定以不同量投加2 5 种不同类型的p a m 有机高分子药剂之后过滤速度、 滤液浊度等脱水性能指标指标的变化，选择出化学调理效果较好的几种絮凝剂。 然后采用正交试验法进一步确定最佳混凝剂及其最佳投加量和最佳操作条件，分 别考察p a m 种类、投加量、过滤压力三种因素变化，并以过滤时间( t t f ) 、滤液 浊度、滤饼含固率作为评价指标。最后对效果较好的四种药剂进行了成本分析。 结果显示：性价比较高和效果最好的p a m 药剂为阳离子型z 8 11 0 ，每吨湿污泥 ( w s ) 投药量为0 0 5 k g t - 1 w s ，过滤压力为2 0 k p a ，在此条件下的t t f 为1 4 s ， 滤液浊度为6 8 7 ，滤饼含固率为9 2 7 ，药剂成本约为2 0 0 元t - w s 。 化学混凝污泥的p a m 药剂调理机理进行试验研究的结果表明：化学混凝污泥 无机物含量高、颗粒细小且高度亲水，结合水含量高。化学混凝污泥性质、污泥 调理、机械脱水对于整个污泥脱水过程而言是三位一体的，必须综合考虑。最佳 调理药剂应该能全面改善化学混凝污泥的脱水速率和脱水程度，而不仅只是改善 某一方面，即应该使加药调理后的化学混凝污泥脱水速率尽量加快，而脱水程度 在短时间内也能达到较高水平。 关键词：化学混凝；污泥脱水；污泥调理；p a m 广东t 业大学一学颀七学位沦文 a b s t r a c t t h es t u d ym a i n l yf o c u so nt h ed e w a t e r i n gp r o b l e m so fc h e m i c a lf l o c c u l a t i o n s l u d g eg e n e r a t e df r o mt h et r e a t i n go ft h ew a s t e dw a t e ri nd o n g g u a nc a n a lb yu s i n g a l le n h a n c e df l o c c u l a t i o np r o c e s si nd o n g g u a nz h a n g c u nw a t e r - p u r i f y i n gp l a n t 。 b a s e do nas e r i e so fr e l a t i v es c i e n t i f i ce x p e r i m e n t s ，t h ep r e s e n ts t u d yt r yt oa n a l y s e t h ef u n c t i o n a lm e c h a n i s mo ft h ec o a g u l a n t st ot h ec h e m i c a lf l o c c u l a t i o ns l u d g ea n d p r o v i d ed e w a t e r i n gt e c h n i q u e sf o rt h ep l a n t 。 t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h eo r i g i n a lc h e m i c a lf l o c c u l a t i o ns l u d g ea r e ：p hi s6 5 7 0 s o l i dc o n t e n ti s0 6 1 5 ，v s t si s1 0 2 0 ，a n dh e a tv a l u ei st o ol o wt ob e m e a s u r e d 。t h e nt h r o u g ht h ee x h a u s t i v ee x p e r i m e n t ，t h es t u d ys e l e c t st h ec h e m i c a l f l o c c u l a t i o ns l u d g et om a k ec o a g u l a n te x p e r i m e n tw i t h2 5d i f f e r e n tc o a g u l a n t sa n d s e v e r a lk i n d so ft h e i rd o s a g e s ，r e g a r d st h ef i l t r a t i o nr a t e ，f i l t r a t et u r b i d i t ya st a r g e t s ， t a k e st h ec o a g u l a n t sw h i c hc a ni m p r o v et h ed e w a t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h es l u d g e d r a m a t i c a l l ya st h eo p t i m u mc o a g u l a n t a n dt h e nu s i n go r t h o g o n a lt e s t t of u r t h e r d e t e r m i n et h eb e s tc o a g u l a n ta n dt h eb e s td o s a g ea n dt h eb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o n s ， h a s p e c t i n gt h ec h a n g e so fp a mt y p e ，d o s a g e 、f i l t e r i n gp r e s s u r e 、t a k i n gt i m et of i l t e r ( t t f ) ，f i l t r a t et u r b i d i t ya n d i t ss o l i dc o n t e n to fs l u d g ec a k e sa st h e e v a l u a t i o ni n d e x e s 。 f i n a l l y , c o s t sc o m p a r i s o ni s m a d eo nt h eb a s i so ft h e4b e t t e r c o a g u l a n t s 。t h e c o m p a r a t i v er e s u l t ss h o w st h a tp a mz 8 1 10i st h eb e s tc o a g u l a n t ，t h e o p t i m u m c o n d i t i o n sf o rt h ee f f e c to ra d v a n t a g eo ft h es l u d g ed e w a t e r i n gi s ：t h ep r e s s u r e2 0 k p a ， d o s a g e0 0 5 k g t w s ，a n d 科fi s1 4 s ，f i l t r a t et u r b i d k yi s6 + 8 7 n t u ，s o l dc o n t e n ti s 9 2 7 t b ec o s ti s2 0 0 y u a n t “w s b e s i d e s ，t h er e s u l t so ft h ef u n c t i o nm e c h a n i s ms h o wt h a t ：c h e m i c a lf l o c c u l a t i o n s l u d g ec o n t a i n sh i g hc o n t e n to fm i n e r a l s ，s m a l lp a r t i c l e sw i t hh i g hw a t e rc o n t e n t 。t h e s l u d g ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h es l u d g ec o n d i t i o n i n ga n dm e c h a n i c a ld e h y d r a t i o ns h o u l db e r e g a r d e da saw h o l ei nt h ed e w a t e r i n gp r o c e s s ，t h ec o a g u l a n ts h o u l dn o tj u s tt o i m p r o v eas i g l ep a r t i c u l a ra s p e c t t h a ti s ，t h ec h e m i c a lf l o c c u l a t i o ns l u d g ed e w a t e r i n g r a t es h o u l db es p e e d e nu pa sm u c ha sp o s s i b l e ，a n da tt h es a m et i m et h ed e g r e eo f d e h y d r a t i o ni nt h i ss h o r tp e r i o do ft i m ec a na l s or e a c hah i g h e rl e v e l k e y w o r d s ：c h e m i c a lf l o c c u l a t i o n ，s l u d g ed e w a t e r i n g ，s l u d g ec o n d i t i o n i n g ，p a m i l 独创件卢明 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究以及所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表的或撰写过的研究成果，不包含 本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明，并表示谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下所取得的， 论文成果归广东工业大学所有。 申请学位与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导撕签字：乡寄每(o 乙 论文作者签字： 二0 0 八年五月二十日 第章绪论 第一章绪论 引言 随着人们对环境污染控制认识的加深，污水处理厂在各主要城市相续建成并 投入运行。与此同时，在污水处理过程中，必然会产生大量污泥，其数量约占处 理水量的0 3 - - - 0 5 ( 以含水率9 7 计) ；污水处理厂的全部建设费用中用于处理 污泥的费用约占2 0 5 0 ，甚至高达7 0 。所以污泥处理是污水处理系统的重 要组成部分，必须予以充分重视。通常污泥处理使用的单元过程有浓缩、消化和 脱水。污泥脱水是污泥处理最困难的一环，体积庞大的污泥对其外运带来不便， 大大提高了污泥的处理费用。污泥经浓缩、消化后尚有约9 5 - - 一9 7 的含水量乜1 ， 体积仍很大，为了综合利用和最终处置，需对污泥作脱水处理，使液态污泥的物 理性能改变成半固态。整个污泥处理系统中，脱水是最重要的污泥减量化手段， 它可将污泥的体积减到原来的l 1 0 1 5 ，为后续处理创造良好的条件。“。污泥 脱水一般采用自然干化和机械脱水两种方式。一般认为，进行机械脱水的污泥比 阻在( 0 1 - 0 4 ) x 1 0 9 s 2 0 9 叫2 _ f s j 较为经济，但各种污泥的比阻均大于此值。因此 应该以污泥减量化为主要手段，以污泥稳定化为主要目的，以提高污泥脱水性为 切入点来研究开发污泥处理的新工艺。 1 1 污泥处理处置技术 1 1 1 污泥的来源和分类 污水厂污泥( 或污水中的污泥，s e w a g es l u d g e ) 是各种污水处理过程中产生 的泥状物质。其中工业污水处理污泥，由于污水本身性质多变，相应的污水处理 工艺也变化很大，因此，其污水污泥在处理过程中具体产生( 来源) 环节较难定义， 而城市污水厂污泥，则因污水性质和工艺的相似性，其在污水处理过程中的产生 环节相对稳定。有关城市污水厂污泥在污水处理中的产生环节与特征见表1 - 1 。 城市污水厂污泥可按不同的分类准则分类，其中常见的有： ( 1 ) 按污水的来源特征，可分为生活污水污泥和工业废水污泥。 ( 2 ) 按污水的成分和某些性质，可分为有机污泥和无机污泥、亲水污泥和 疏水污泥。 ( 3 ) 按污泥处理的不同阶段，可分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水 广东f ：业大学i ：学硕士学位论文 污泥和干化污泥。 ( 4 ) 按污泥来源分，可分为掇渣、沉砂洮栅渣( 无枫固体颗粒) 、浮渣、初 次沉淀池污泥( 初沉污泥) 、剩余活性污泥( 剩余污泥) 、腐殖污泥和化学污泥。 表i - i 城市海水处理厂的污泥来源 t a b 1 一lt h eo r i g i n a lo fs e w a g es l u d g ef r o mc i v ilw a s t e w a t e rp l a n t s 1 1 2 污泥的特性分析 污泥是城市污水处理及废水处理中不可避免的副产品，成分非常复杂，它包 括混入污水中的泥砂、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、由多种 微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物、重金属元素和盐类、少量的病原微生物、 寄生虫卵等综合固体物质。简单地说，污泥是污水中的固体部分。 污泥的主要特性是含水率高( 可舞达9 9 以上) ，有机物含量高，容易腐化发 臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。 污泥中含有植物生长所需的氮、磷、钾等营养元素以及维持植物正常生长发 育的多种微量元素和能改良土壤结构的有机物及腐殖质，所含的有机物和腐殖质 也是一种窍价值的有机肥料。同时也含有多种病原菌、寄生虫郛、重金满及某些 难降解的有机物。豳于污水来源，污水处理工艺及季节的不同，污泥的组成差异 较大，污泥中有机震含量随季节变化，夏低冬高强1 。 1 1 3 污泥的处理和处置 1 1 3 1 污泥的处理的目的 污泥处理的主要目的在于： ( 1 ) 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 2 第章绪论 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 来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。 ( 2 ) 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。 1 1 3 2 污泥的处理的方法 为达到上述两个目的，可以单独或综合使用下列各种方法： ( 1 ) 浓缩。为了使沉淀性能好的大块污泥迅速沉淀，在将污泥缓慢搅拌以后使 之进行长时i 、日j 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，还可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。将污泥撒在干化场上，通过向空气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 1 所示m3 。 广东。f ：业大学【：学硕士学位论文 爨力浓缁，气浮浓缁。毵它派缩 纯囊浊，碰缓激缝池漓纥潍 鞘骖浚i ：貔场 纯渤溺佟。渤洗，热经理，冷冻经理 咫织越滤。腹澎。缀艇缓承，微强撼l 鬟貔，知缓承，承t ；绣毂 多缀缓饶妒。隧转缓饶妒，巍l 瓷麓烧妒。壤绝眯缓饶妒 援海，壤地缓燧裕农t t j 徽钳 图1 - 1 污泥处理流程图 f i g 1 - 1t h ep r o c e s sc h a r to fs l u d g et r e a t m e n t 1 1 4 污泥处理和处置技术的现状与发展 1 1 4 1 污泥处理的现状 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 能口1 。目前，对污泥减量技术的一些研究重点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、投加酶陋1 、超声波、生物细胞溶解系统呻1 、臭氧们等方法达到 污泥减量。另外，针对污泥脱水前的预处理，也研制出了多种混凝剂，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，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一步 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。近年来，污泥焚 烧以及土地利用所占比例有所增加，同本、德国等国家污泥焚烧较为普遍，污泥 4 第章绪论 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n 。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l o 以上心1 。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n 引。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 以上乜1 。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n 引。 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四分之一，处理工艺和配套设备较为完善的 还不到十分之一，能够f 常运行的为数不多，污泥直接排放造成的二次污染必须 予以充分的重视配1 。据国家环保部公布数字，目前我国污水处理率已达5 6 ，在 2 0 1 0 年年底前将达到7 0 。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的 技术挑战。 1 1 4 2 污泥处理的发展 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。一种有效的处理与处置技术，应当兼顾 到环境生态效益与处理成本的均衡。将来的污泥处理技术必须具有较好的资源经 济性，即少消耗能源、少占用土地和减少二次污染物的排放等，以满足人类社会 的可持续发展的需要。 从二十世纪九十年代初欧共体污泥处理和处置技术的应用情况来看，欧共体 污泥处置中填埋和农用仍占8 0 左右，虽然焚烧处置比例占1 0 ，但从8 4 9 1 年 间，欧共体焚烧处理的污泥绝对量上升了3 8 ，这也代表了一种趋势。同时各发 达国家也对污泥处置利用作了很多尝试和探索，例如污泥热解制油，污泥熔化后 生产建筑材料，如砖、铺路石、陶瓷等，甚至有将污泥熔化后制作了首饰5 1 。 在今后1 0 2 0 年内，我国的城市污水处理量将有大幅度的提高，城市污水厂 污泥的处理量也将上升。对于中、小城市，较小的污泥产生规模和污水成分简单 广东：l ：业大学一i ：学硕士学位论文 以及施用地选择较易等特点，使农用在这样的环境中有充分且适宜的应用条件： 对于较大的城市，现行农用为主的消纳方式，无论是对组织复杂性( 毒害成分) 的适应能力，还是潜在的消纳容量( 消纳经济距离及与农业有机废弃物的竞争) 都难以满足未来的要求。必须完善与引入填埋和焚烧技术，同时也有必要发展经 济与环境特性优越的污泥处置新技术。污泥处理技术，如浓缩、稳定、脱水及干 燥等的应用比例随着人们对环境质量要求的提高也将得到提高n 引。 1 2 污泥脱水技术 由于污泥含水率很高，体积很大，所以污泥处理最重要的步骤就是分离污泥 中的水分以减少污泥体积，为污泥的输送、消化和进一步综合利用创造条件。脱 水是任何处理处置方式都必须经历的过程。为使污泥液相与固相相分离，必须克 服它们之间的结合力，所以污泥脱水所遇到的主要问题是能量问题。针对结合力 的不同形式，有目的地采用不同的外界措施可以取得不同的脱水效果心1 。 常用的污泥脱水方法有自然干化、浓缩、机械脱水、污泥干化。 1 2 1 自然干化 自然干化可分为晒砂场与干化场两种。前者用于沉砂池沉渣的脱水；后者用 于初次沉淀污泥、腐殖污泥、消化污泥、化学污泥及混合污泥的脱水。干化后的 泥饼含水率一般为7 5 - - 8 0 乜1 。 污泥干化场是一种较老、较简便的污泥脱水方法。主要依靠渗透、蒸发与撇 除等三种方式脱除水分。但随着污泥的性质与当地的气象条件不同，由渗透、蒸 发与撇除所脱除的水分比例也不同。这种方法脱水时间长，维护管理工作量大， 且由于污泥腐败产生恶臭和苍蝇，影响周围环境卫生。因此只适用于村镇小型污 水厂污泥处理。 1 2 2 污泥浓缩 污泥浓缩是减少污泥体积的经济有效的方法，不管污泥采用何种方式处理处 置，污泥浓缩是必不可少的。目前污泥浓缩最常用的方法有：重力浓缩、气浮浓 缩、离心浓缩和水力旋流浓缩等。 1 2 2 1 重力浓缩 重力浓缩是在沉淀中通过形成高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的。单独的重 6 第一章绪论 力浓缩是在独立的重力浓缩池中完成，工艺简单有效，但停留时间较长时可能产 生臭味；重力浓缩法适用于初沉污泥、化学污泥和生物膜污泥。 1 2 2 2 气浮浓缩 气浮浓缩与重力浓缩相反，是依靠大量微小气泡附着在污泥颗粒的周围，减 小颗粒的比重而强制上浮。因此，气浮法对比重接近1 的污泥尤其适用。气浮浓 缩法操作简便，运行中同样有定臭味，动力费用高，对污泥沉降性能( s v i ) 敏 感；适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统。 1 2 2 3 离心浓缩 离心浓缩是利用污泥中的固、液比重不同而具有的不同的离心力进行浓缩。 离心浓缩的特点是自成系统，效果好，操作简便；但投资较高，动力费用较高， 且需要较高的维护水平；适用于大中型污水厂生物和化学污泥。 1 2 2 4 水力旋流浓缩 水力旋流浓缩是利用旋流产生的离心沉降分离现象，代替机械旋转体内的离 心沉降分离，达到浓缩的目的。但水力旋流浓缩操作复杂，又容易引起被浓缩堵 塞等，大型污泥浓缩装置较少使用。 1 2 3 机械脱水 机械脱水是目前世界各国普遍采用的方法。常用的脱水机械有真空过滤机、 板框压滤机、带式压滤机和离心机等。近年来，转筒离心机和带式压滤机得到迅 速发展，作为污泥脱水的主要机械在世界各国得到广泛应用。 1 2 3 1 带式压滤机 带式压滤机的主要特点是利用滤布的张力和压力在滤布上对污泥施加压力 使其脱水，并不需要真空或加压设备，动力消耗少，可以连续操作。其运行仅仅 决定于滤布的速度和能力，即使运行中负荷发生变化也能稳定脱水，结构简单； 无噪声和振动，易实现密闭操作。带式压滤机适用于活性污泥和有机亲水性污泥 的脱水，目前在污泥脱水中被广泛应用。 1 2 3 2 离心脱水机 离心脱水主要是利用离心力代替重力或压力作为推动力进行污泥脱水的操 作。一般自成系统，运行时不需过多监视，干度较好；但需要特别维护，一般不 适于间歇运行；适用于能连续运行的大中型污水厂大量固体的处理n 6 | 。 7 广东f ：业大学1 ：学硕十学位论文 1 2 4 污泥干化 污泥干化属于热处理工艺，是通过加热污泥，蒸发污泥中的水分，使之完全 干化的过程。系统通过用热气直接或间接对脱水污泥( 干化前为机械脱水污泥含 水率7 5 - - 8 0 ) 进行加热，这时污泥体积大大减小，同时有效地灭绝污泥中的致 病菌。通过造粒设备生产出来的污泥产品呈颗粒状，更加方便运输和储存。由于 处理过程中只是将污泥中的水分蒸发出来，污泥制成品中有机物含量高，营养分 充足，可应用于园林绿化或农业。这种工艺占地面积小，污泥的减容效果明显， 而且由于处理过程是在封闭的设备中进行，对环境的影响比较小，但是这种工艺 投资比较高口。 1 3 污泥脱水技术的研究进展 污泥脱水，是污泥处理费用中较高、机理较不清楚的过程之一，而污泥脱水 性能的好坏又直接关系到整个污泥处理系统的优劣。污泥的机械脱水须进行预处 理，其目的在于改善污泥脱水性能，提高机械脱水设备的生产能力。一般认为， 进行机械脱水的污泥，比阻值在( 0 1 0 4 ) x 10 9 s 2 , g _ 1 之间较为经济，但各种污泥 的比阻值均大于此值。预处理的方法有化学调节法、淘洗法、热处理法与冷冻法 等几种，其中，投加絮凝剂的化学调节法因操作简单、效果好而成为较常用的方 法。 1 3 1 污泥机械脱水现状和研究进展 国内外广泛采用机械脱水方法，采用的脱水机械主要是板框压滤机、带式压 滤机、真空过滤机和转筒离心机等。选择污泥脱水机械时，应首先考虑污泥的特 性、处理量、以及与脱水机械相适应的前处理方法，尽可能选用连续操作自动化 程度高、设备费用低、占地少、脱水效果好的设备。 目前，国内一些单位在使用后，发现真空过滤机出泥含水率高，占地大而被 淘汰。 板框压滤机虽然脱水效率较高，但设备价格和土建费用比带式压滤机和离心 机高，且间歇运行，工人操作强度大，其使用也受到一些限制。 带式压滤机可连续生产、机械制造容易、操作简单，在国内外的污泥脱水中 得到了广泛的应用，在国内发展尤其迅速。新建污水处理厂的脱水设备几乎都采 第章绪论 用带式压滤机，但是它必须与有机聚合物配合使用，我国目前合成有机物价格较 贵，致使带式压滤机运行费用较高。 离心脱水机是世界各国在污泥处理中应用较多的脱水机械，其处理量大，基 建费用少，工作环境卫生，操作简单，自动化程度高。离心机种类较多，在污泥 处理中主要使用卧式螺旋卸料转筒式离心机。转筒离心机用于污泥脱水的缺点是 离心后泥饼含水率较高。 我国污泥脱水技术的研究和脱水机械的实践起步较晚，但污泥采用机械脱水 正同益增多，机种以带式压滤机发展较快，适用污泥处理的转筒离心机和板框压 滤机的研制和应用将随着我国污水处理事业的发展而兴起n 引。 发达国家污泥机械脱水技术发展较快，为了提高污泥的脱水率，设计出了许 多新型的污泥脱水机械，虽然为此需要较大的投资，但会因运输和处置费用降低 而得到补偿，这已有许多实例可以作为证明。由于板框压滤机的滤饼含固率高， 污泥焚烧和填埋应用多的国家对其兴趣较大，对该机械的板框移动及滤布冲洗进 行自动化改进，减少了板框压滤间歇操作带来的不便。在离心脱水方面也有许多 技术改进：增加传递轴上的扭矩同时调整差动调速系统使之在低差速运行时不堵 塞，从而可将污泥含固率显著提高至1 j 3 0 ，等等n 5 1 。 1 3 2 污泥化学调理的现状与研究进展 一般来说，污泥机械脱水之前都必须对污泥进行预处理，即污泥调理。污泥 调理的目的是改善污泥脱水性能，提高污泥机械脱水设备的生产能力，同时尽量 提高脱水后泥饼的含固率。 目前使用高分子有机絮凝剂是化学调理的主流方向。研究者们认为调理效果 与絮凝剂本身性质有很大关系，但是到目前为止，对调理剂的选择以及调理剂的 最佳用量仍然要以现场试验为基础。许多学者都试图努力找出调理剂本身性质和 调理行为、效果之间的关系。c o l e 指出，要使有机絮凝剂取得有效的调理效果， 其分子量必须超过“10 6 n8 j 。大部分研究者认为，对于有机絮凝剂而言高分子 量效果比低分子量的效果好。c h a n g 等人研究了有机阳离子絮凝剂离子度与调理 行为之问的关系，其研究结果表明，离子度与调理行为之间没有明显的相关性n 引。 单独使用有机阳离子絮凝机能大大增加污泥的脱水速率，但是不会减小污泥的可 压缩性，甚至有文献报道有机调理剂增加了污泥的可压缩性；为了使调理剂能够 9 广东一f ：业大学i ：学硕十学位论文 “有效使用，有研究者将其与其他物质联合用于污泥调理。正如第一节所述， 极易压缩的污泥“l 黢界压力 低，加大过滤压力、延长压榨时闽对于这种易压缩 污泥的最终脱水效果意义不大。所以研究者开始意识到，调理的目的除了降低污 泥的毙阻外，还应该降低污泥的可压缩性。甚至许多研究者认为絮体强度在脱水 中起的作用比混凝、絮凝还要重要。z h a o 将有机絮凝剂同石膏( c a s 0 4 2 h 2 0 ) 联合用于污泥调理。原理是将石膏( c a s 0 4 2 h 2 0 ) 作为“骨架 形成坚固结构的 絮体“引。s w o l l e n 等人用木炭( c h a r ) 和有机絮凝剂联用也取得了较好脱水效果并 且减少了有机絮凝剩的用量脚1 。 显然两种药剂联合调理引起了污泥脱水界的兴趣。例如在对明矾污泥的脱水 实践中，将鬻离子型表面活性剂和阳离子聚合物联黑能取得两种药剂单独使用无 法取得的好效果。表面活性剂吸附在污泥固体颗粒表面，改变固体颗粒表面特性 ( 盘疏水性变为亲水性) ，从焉使污泥颗粒能更妊的形成絮体。c h i t i k e l a 和d e n t e l 的研究表明，有机聚合物调理前) 3 1 ：l f e 盐或阳离子表面活性剂能使污泥脱水性能更 好。w a t a n a k e 也发现混凝剂和两性高分子絮凝剂联合使用能增加絮体强度，褥到 更低含水率的泥饼瞳。c h l e e 和j c l i u 研究了阳离子型有机絮凝剂和非离 子型有机絮凝蠢| l 的联合使蠲，缝们用z e t a 电位、絮体足寸、分维描述调理莉后污 泥性质。研究结果表明，单独使用一种絮凝剂容易出现“o v e r d o s i n g ”现象( 投 加量过大导致脱水效果急剧下降) ，嚣联合使翔则避免了这种情况鲶发生。阳离 子型有机絮凝剂和非离子型有机絮凝剂的联合使用也能加强絮体强度。他们认为 絮体尺寸与脱水性麓之闻没有直接关系，絮体强度却起着重要作用瞳1 。 无机调理剂对过滤速度的提高不如有机调理剂，假是其“骨架”作用也能达 到较好的脱水效果。t a yj o o 酝a 用污泥焚烧后残余荻作为调理荆。这对建有污 泥焚烧系统的污水厂还是有借鉴意义的心3 1 。d e n e u x m u s t i n 等人用透射电子显微 镜和e d x ( e n e r g yd i s p e r s i v ex - r a ys p e c t r o s c o p y ) 研究了氯化铁、石灰调理的 微观机理。结果表明，加入氯化铁、石灰的絮体表面呈晶体壳，f e 、p 、c a 是其 主要组成元素。这为无视调理荆“骨架彳乍用”提供了有力的微观证明皤3 。 1 。4 本论文的研究目的及主要内容 1 4 1 研究目的及意义 随着我国工业和制造监的发展，工业疲水的处理量露趋增大，盘于工监废水 l o 第一章绪论 本身性质决定了其一般采用化学方法处理，其中化学混凝法又是比较常用的方 法，因此产生了大量的化学混凝污泥，处理好化学混凝污泥脱水问题，将为后续 的处理节约大量成本，产生可观的经济效益。本论文针对樟村水质净化厂生产实 践中污泥脱水效果不佳的问题，试图通过投加不同种类p a m 有机高分子药剂之后 化学混凝污泥过滤时间( t t f ) 、过滤速度、滤液浊度、滤饼含固率等脱水性能指 标的变化，从中找出一些规律，并比较得出性价比最好的一种或几种药剂，试图 对其调质机理进行分析，为污水厂的污泥脱水工艺改进提供技术依据。 1 4 2 研究的主要内容 ( 1 ) 通过试验分析化学混凝污泥中含有的各种组分，包括重金属成分和种类、 有机物含量等，为后续工作打好基础。 ( 2 ) 测定未加药之前的污泥沉降比( s v ) 及污泥沉降曲线和污泥含固率以及 滤液体积、过滤时间( t t f ) 、滤液浊度等脱水性能指标。 ( 3 ) 采用全面试验法测定分别以不同量投加不同种类的有机高分子药剂之后 的上述指标的变化，选择化学调节效果最好的絮凝剂，记录结果，制成图表并讨 论其机理。 ( 4 ) 采用正交试验法进行试验研究，分别以p a m 中类、投加量、过滤压力三种 因素，以及过滤时间( t t f ) 、滤液浊度、滤饼含固率作为评价指标，确定最佳混 凝剂的最佳投加量及最佳操作条件。 ( 5 ) 对化学混凝污泥的p a m 药剂调理机理进行试验研究，总结实验成果，并对 污水厂污泥脱水工艺提出建议。 本实验中所要解决的关键问题是通过有机高分子药剂在浓缩后污泥中的投 加，使其脱水性能尽可能得到改善，在后续的带式压滤及离心脱水工艺中能获得 尽可能高的脱水率，同时污泥的性质得到改善，更易于后续处理。 1 5 本论文的创新之处 本论文试验所研究的对象并非普通的活性剩余污泥，而是一级强化混凝处理 工艺所产生的化学混凝污泥，国内目前对于此种污泥脱水性能的研究尚不多。本 论文通过分析化学混凝污泥的成分，对化学混凝污泥脱水性能的研究，以及脱水 机理分析，试图探索出一条适用于此种新型污泥脱水工艺的新途径。 广东i ：业大学r 学硕十学位论文 第二章樟村水质净化厂污泥成分分析 2 1 樟村水质净化厂工艺介绍 樟村水质净化厂采用一级加药强化处理工艺处理东莞运河河水，加入的药剂 有聚氯化铝( p a c ) ，聚丙烯酰胺( p a m ) 。首期处理能力为2 6 0 力吨天，日产生含 水率为8 0 的污泥为8 0 0 吨左右。处理后的水回流到东莞运河，污泥经脱水处理 后外运填埋。工艺流程见图2 1 。 河水经进水函，流过粗格栅，去除水中的浮渣及其它的杂物，粗格栅的栅距 为4 0 r a m 。经粗格栅后河水进入提升泵房，提升泵房有五台大型抽芯式混流泵。 河水经提升后流经细格栅，细格栅分6 组共1 8 台，南北池各3 组细格栅，6 组 细格栅采用闸门均水，细格栅的栅距为l o m m ；樟村水质净化厂自细格栅开始便 分为南北两组相同的处理系统。经细格栅后进入沉砂池，沉砂池可以将0 2 m m 的 细砂去除，以减少后续设备的磨损，沉砂经气提后进入砂水分离器进行砂水分离， 砂外运处理；经预处理后的河水进入南北两条配水渠，配水渠采用闸门配水，南 北池各有6 组处理系统，每组处理系统有2 7 个反应池，6 个平流式沉淀池，配 水渠的水流进反应池，在反应池中加入药剂p a c ，再流入后续的反应池加入p a m ： 加药的反应池采用潜水搅拌机搅拌，其它的反应池采用水力流动搅拌。反应池的 出水流进平流式沉淀池，每个平流式沉淀池长l1 5 m ，宽8 m ，采用链板式刮泥机收 集污泥，链板式刮泥机的行走速度为0 6 0 m r a i n 一，平流式沉淀池的出水经集水 渠排进东莞运河。污泥经收集后泵进污泥浓缩池，浓缩后的污泥经离心脱水机和 带式压滤机脱水后外运处理。运河水质指标情况、设计出水要求及处理后实际出 水指标情况分别见表2 一l 、表2 2 、表2 3 。 表2 - 1 运河水质指标 t a b 2 1t h ei n d e xo fc a n a lw a t e rq u a lit y 第二章樟村水质净化厂污泥成分分析 图2 - 1 樟村水质净化厂工艺流程图 f i g 2 - 1t h ep r o c e s sc h a r to fz h a n g c u nw a t e r p u r i f y i n gp l a n t 裙 凝 簪 鬻 窭 表2 - 2 设计出水水质 t a b 2 - 2t h ed i s c h a r g el i m i t so fw a t e rp o l l u t a n t s 表2 - 3 处理后出水实际水质 t a b 2 - 3t h et r u ed i s c h a r g e1 i m i t so fw a t e rp o l l u t a n t s 2 2 化学混凝污泥成分分析 2 2 1 泥样成分检测 污泥中各种成分的组成与含量，是分析污泥污染程度和进行脱水处理的基 础。而污泥的性质随着季节、污水污染物种类等的不同，各种组分含量也不尽相 同，但短时间内的各种成分的组成和含量变化不大。因此在试验过程中，分别在 不同时间抽样进行了各种成分的检测。检测结果见表2 - 4 。 表2 - 4 污泥成分检测结果 t a b 2 - 4t h er e s u l to fs l u d g ec o m p o n e n t 1 4 第二章樟村水质净化j + 污泥成分分析 注：含水率、p h 值为每大测得的范同值，有机物含量及铝含量为每周连续三天测定的范同 值，此几种指标是在污水厂化验室进行试验测定；其余指标为不同时间抽样3 次委托j “州城 市排水检测站检测结果的平均值。 2 2 2 与其他种类污泥比较结果及分析 有比较才有鉴别。现将化学混凝污泥的成分检测结果与其他种类污泥以及不 同地区污水厂污泥进行了几个方面的比较，从表中我们可以看出化学混凝污泥和 其他种类污泥在基本理化成分、植物养分比较、燃烧值和重盒属含量几个方面的 不同之处。分别见表2 5 、表2 6 、表2 7 和表2 8 。 表2 - 5 基本理化成分比较 t a b 2 - 5t h ec o m p a r i s o no ft h eb a s i cc o m p o n e n t so fs l u d g e s 初沉池5 0 一 污泥 6 5 剩余活 6 5 一 性污泥7 5 厌氧消 6 5 一 化泥 7 5 化学混6 5 一 凝污泥7 0 0 5 - 1 06 0 8 01 2 一1 4 1 1 - 1 91 5 - 2 52 0 2 5 1 0 2 - 1 0 3 1 0 1 0 0 5 1 0 3 一 1 0 4 1 0 4 - 1 0 6 2 o 一3 02 0 0 5 0 0 2 5 0 0 3 5 0 0 在基本理化成分上，我们可以看出，化学混凝污泥的p h 值呈弱酸性，而剩 余活性污泥和厌氧消化泥在中性左右变化，初沉池污泥酸性较强；含固率较低， 稍高于剩余活性污泥，大大低于其它两种污泥；有机物含量在几种污泥中是最低 的；固体颗粒密度和比重在几种污泥中最高。由此可以看出，化学混凝污泥的组 成不同与其他类型污泥，它是以无机物含量为主的污泥，而其他类型污泥基本上 是以有机物含量为主。 广东t 业大学i ：学硕十学位论文 表2 - 6 植物养分比较 t a b 2 - 6t h ec o m p a r is o no f t h ep l a n t n u t r i e n t so fs l u d g e s 污水厂污泥含有丰富的植物养分，可转化为植物培植基质( 人造表土、土壤 调理剂、有机肥等) 。污水厂污泥植物养分的组成主要取决于污水水质和处理工 艺。污泥中的营养成分是污泥农业资源化利用的主要参数，一般以氮、磷、钾元 素的含量来反映污泥中营养成分的多寡。樟村水质净化厂的化学混凝脱水污泥中 的各营养元素的含量与其他类型污泥中各营养元素的含量进行对照分析得知，该 厂污泥中的氮、磷元素含量相对较少，钾元素相对最多，且有机物和腐殖质含量 很低，无机物含量很高。 表2 - 7 燃烧值比较 t a b 2 - 7t h ec o m p a r is o no f t h ep h l o g is t o no fs l u d g e s 污泥的能量含量可以其燃烧热值来表征，燃烧热值的大小不仅与其燃烧能量 转化的效能有关，也是污泥生物与热化学能量转化的依据。城市污水厂产生的各 类污泥的热值如表2 7 所示。显然，就干固体而言，污泥具有较高的能量利用价 1 6 值，但污泥含水率会“稀释”这种价值，对于污泥能量的化学转化过程，减少污 泥的水分一般是必须的预处理过程，而生物转化过程对水分减少没有必然的要 求。与其他种类污泥相比，化学混凝污泥的燃烧热值过低无法测出，推断其原因 应该与该类型的污泥含有大量无机化学药剂沉淀物，有机物含量相对较低有关。 表2 - 8 重金属含量比较 t a b 2 - 8t h ec o m p a r i s o no f t h eh e a v y m e t a lc o n t e n t so fs l u d g e s 污水厂污泥中所