污泥脱水干化工艺的技术探讨.doc

污泥脱水、干化工艺的技术探讨污泥的产生在人类活动过程中是不可避免的。污水处理产生的大量污泥的任意堆放和投弃对环境造成了新的污染，如何妥善处置这些污泥已成为全球共同关注的课题。一、污泥概述 污泥(sludge) 是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。 1. 污泥的分类 根据其来源，污泥可以划分为： 1）市政污泥(sewage sludge)，主要指来自污水厂的污泥，这是数量最大的一类污泥。此外，自来水厂的污泥也来自市政设施，可以归入这一类。 2）管网污泥，来自排水收集系统的污泥。 3）河湖淤泥，来自江河、湖泊的淤泥。 4）工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、有机质的混合物。 在非特指环境下，污泥一般指市政排水污泥。 污水处理厂的污泥根据处理的工艺级别不同，又可以分为以下几种： 1）初沉污泥(Primary)：只经过物理-化学处理 2）二沉污泥(Secondary)：生物处理后的污泥 3）三沉污泥(Tertiary)：脱磷/脱氮后的污泥 根据污泥的性质，又可以区分为： 1）未消化生污泥（undigested） 2）消化污泥(digested) 污泥的消化又有好氧消化与厌氧消化之分。各个级别的污泥的物理化学性质不同，消化和未消化污泥的性质差别更大。很多后端处理工艺必须了解前端污泥的性质才能确定其处理方式。 2. 污泥的主要成分 因污泥成分不同，未消化的市政污水污泥的有机物含量可能占到干物质的60%75%，高效消化处理后减半。 有机硝酸盐是污泥中的主要有效成分。施用到土壤里，硝酸盐经生物降解可改善土壤。 污水厂污泥具有很强的流动性，这是因为其含水率很高，一般在95%以上，这是污泥本身的性质决定的。根据分析，污泥与水分子的结合非常紧密，并具有不同的相态： 1）自由态水：可经重力沉淀和机械作用去除； 2）物理性结合水：须更多能量去除（如加热），包括毛细管/间隙水、胶态/表面吸附水。 3）化学性结合水：只有打破化学键才能去除，被称为“平衡水”，包括细胞内的水、分子水。 3. 污泥处理、处置存在的问题 1）污泥处置：污泥的处置指的是给污泥一个最终的归宿：要么作为肥料施用到农田、绿化等土壤中，成为土壤的一部分；要么加以资源化利用，形成有用的材料，如铺路的渣土、水泥、制砖等；要么填埋，未加任何利用，且耗费土地资源而弃置。 2）污泥处理：任何不能达到最终安置的过程，都可以算作处理。比如污泥堆肥，杀灭细菌和熟化后才能产生安全的肥效；焚烧最终还会产生灰烬，这部分的数量要占到原干物质质量的40以上，因此还要考虑填埋或利用；干化是为了去掉泥饼中的大部分水份，节约运输成本，减少占地，少付填埋费，并为其它的最终处置方案提供减量、卫生化和经济性条件。 污泥处理的主要目的是减少水分，为后续处理、利用和运输创造条件；消除污染环境的有毒有害物质；回收能源和资源。污泥的处理工艺包括污泥的浓缩、消化、脱水、干化及焚烧等方法以及最终处理。 由于污泥是一种有潜在危险的物质，所以污泥处理面临以下的问题： 1）干污泥中一般含有65%的有机物和35%的无机物。在中国，污泥中的有机物含量较低。 2）湿污泥中含有各种各样的细菌、病毒和寄生生物，病菌在其中大量繁殖。 3）污泥中还含有锌、铜、铅和镉等重金属化合物，有毒的有机化合物，杀虫剂等等，所有这些一旦进入食物链将会导致严重的健康问题。对于工业发达的大中城市，这个问题尤其突出。 在欧洲，根据欧盟规定：截止到2005年，有机物含量超过5%的废弃物将被禁止填埋；在美国，根据国家环保局的503污泥卫生法规定，只有经过灭菌处理，达到细菌或病毒无法检出的A级污泥才可以在市场出售；而B级污泥的使用则必须满足特殊的使用条件，即污泥的细菌或病毒含量不会对公众和环境造成影响。而特级污泥，即污泥的细菌或病毒和重金属的含量都满足要求，其使用所受到的限制与普通的肥料一样。由于A级污泥没有对重金属的含量有任何限制，因此国家环保局的503污泥卫生法不是很严格。目前，在新泽西州，在加利弗尼亚，内华达和亚利桑那州的部分县已经立法禁止污泥的填埋；佛罗里达洲等一些州的立法正在进行。 4. 污泥的脱水与干化 污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可以获得20%-30%的含固率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。此时，在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。采用热量进行干燥的处理就是热干化。 污泥干化是水分蒸发的过程。为了进行干化项目的调研，以确定减量处理的规模，必须了解有关污泥项目的一些经济参数，这些参数包括： 机械脱水后的湿泥含固率 最终处置的目的、类型 当地能够找到的廉价热能及其价格指数 污泥成分是根据污水厂的来水水质变化的，当然在很大程度上也会受到污水处理工艺的影响。最终会对干化工艺产生重大影响的内容则是絮凝剂添加量。对干化工艺来说，以下内容值得注意，这些内容通常是通过试验来确认其干化效果的： 污泥中絮凝剂含量； 污泥的粘度、弹性； 有机物在干物质中的比例； 磨蚀性成分的比例（如沙、石等）； 腐蚀性成分的浓度（如氯、硫等）； 油脂类物质的百分比。 污水中的污染物和营养成分在大量繁殖的细菌作用下，在化学药剂的作用下形成聚集，逐渐增大的团粒结构最终在水中沉淀下来，形成污泥。进一步添加高分子絮凝剂，采用物理方法浓缩，可以脱去大部分或一部分所谓的自由态水，形成我们所见到的脱水污泥。 因此经生物处理所得到的污泥，其有机物构成主要就是这些微生物细菌。 二、污泥的主要处理、处置途径 1. 污泥处理、处置的工艺路线 污水厂污泥的处理和处置主要遵循以下的途径： 1)污泥的浓缩。污泥浓缩的目的是使污泥初步脱水、缩小污泥体积为后续处理创造条件。浓缩脱水方法有重力沉降浓缩、上浮浓缩以及其他浓缩方法。 2)污泥消化。为了减少污泥量，防止污染环境和提高利用价值，一般需经过消化处理。污泥消化即是借助微生物的代谢作用，使污泥中有机物质分解成稳定的物质，去除臭味，杀死寄生虫卵，减少污泥体积回收利用消化过程中所产生的沼气。 3)污泥脱水与干化。污泥经浓缩和消化之后，其含水率仍在96左右，体积很大，不便于运输和使用，需要进一步脱水干化处理，其主要方法有自然蒸发法和机械脱水法两种。 4)污泥焚烧。污泥干化后含水仍达10%-20%，体积仍较大，通过焚烧可将污泥中水分和有机杂质完全去除并杀灭病原微生物。有些污泥含有有毒物质而不宜作农肥，或因其他原因使污泥难以利用时，为防止污染也采用焚烧方法。焚烧污泥的装置为焚烧炉。 5)污泥的最终处理。污泥含有重金属离子等有毒物质时，还须做最终处理，深埋或投弃海洋。 2. 污泥处置方式 污泥的主要处置方式有 1）投海。 由于对环境的负面影响（环境和生物受到污染的危险），在美国已经被法律所禁止。在中国，相信在将来也不能采用污泥海洋投弃法作为处置方式。 2）填埋。 脱水泥饼直接填埋本身是对资源的严重浪费，此外，还可能对填埋场形成诸多困难： 填埋场一般是一层固废一层覆土，然后进行碾压，以确保更好的空间利用。污泥的高含水率、高粘度经常使得碾压机械打滑甚至深陷其中，给填埋操作带来困难。 污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡，成为人为的“沼泽地”，给填埋场带来极大安全隐患。 污泥的高含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量，由于污泥细小，经常堵塞渗滤液收集系统和排水管，加重了固废坝的承载负荷，给填埋场安全和管理带来困难。清理收集系统的费用极为昂贵。 填埋资源有限，必然导致填埋成本的上升。 填埋法将受到越来越严格的的限制，在今后数年内美国将关闭大部分的污泥填埋场。直接填埋污泥浆，所占用的土地非常多，而且由于存在病原体继续繁殖、臭味等问题，尤其在人口非常稠密的地区这种方法并不实际。因此这种处理方式在中国的沿海发达地区也将行不通。 3）堆肥化 堆肥是稳定和卫生的产品，但是大规模污泥堆肥存在着许多限制： （1）污泥本身不是一个非常好的堆肥物料，降解性差，孔隙率低，含水率高，须添加大量调理剂来松散污泥，堆肥化处理污泥的量相对很低（经堆肥化处理的大部分是大量的调理剂），不适合多雨的南方地区。 （2）堆肥化过程没有实现体积减量化，而且处理、储存、缓冲区占地面积很大。 （3）臭味处理过程复杂，系统庞大。对于南方多雨的气候，储存和堆肥化的场地和设施要求高，同样也增加了投资。 （4）运行费用较高：供氧、通风和气味处理所需的耗电量大，除虫所需的化学剂量大，购买大量蓬松调理剂，运输和储存费用大。污泥堆肥不适应于大型处理项目，而且没有大型处理项目在成功运行实例。目前世界上成功运行的最大的污泥堆肥场，其处理能力为10，000吨/年。 4）焚烧 焚烧是一个很好的解决方案，尤其： （1）污染严重的污泥（例如重金属含量或化学污染物超标的工业污泥）：污泥最终要实现完全矿化。 （2）处理规模大（大于50 000吨（泥饼）/年）：规模大，投资省。 （3）污泥焚烧的投资和运行费用要高于干燥/造粒，这是因为：焚烧运行温度高（焚烧850，干燥100）；工艺复杂（还未实现完全自动化运行，需要更多人工，严格的排放限制，高额的最终二次固废填埋费用）。 （4）在一些国家公众对焚烧技术的接受程度较低（负面印象：可能对人们身体健康造成危害的高风险的心理负担）。 多级焚烧炉由于其本身固有的缺陷，尾气排放超标，需要补充辅助燃料。因此许多多级焚烧炉已经被流化床焚烧炉所取代。即使对于流化床焚烧炉，只有当水分含量小于为25%，干污泥的有机物含量为75%，即绝干污泥的低位发热值为4155 KcalKg, 并且需要将燃烧空气预热到650度以上时，才无需辅助燃料。但对于中国的市政污泥，其有机物含量大约为50到65%，热值为2400到3600Kcal/KG。很显然，如果直接采用现有的流化床焚烧炉来焚烧中国的市政污泥，补充辅助燃料是不可避免的，只是补充辅助燃料的多少不同，取决于湿污泥的具体的水分含量和发热值。 目前，仅在美国，就有近家污水处理厂采用焚烧的方式来处理污泥，处理的污泥量占全美的总产量的20。 5）干燥 干燥的优点是非常明显的 （1）大幅度减小体积，从而减小了储存，处置和运输费用 （2）用途灵活：最终产品用途广泛（既可用来做肥料也可用于其它工业工艺过程中的燃料） （3）最终产品资源化利用：如果干燥污泥本身的重金属和有机污染物等指标达标，污泥颗粒可用于肥料和土壤改良剂，是干燥厂的主要收入来源之一。 （4）安全、高效、投资和运行成本低。 （5）安全高效的工艺意味着最终产品完全干燥（含固率90%），无尘、无菌、硬度高、密度大的球形颗粒。这样可以确保安全、卫生和低成本的运输、处置、长时间的储存和最终使用。 但干燥也有其问题： （1）对于重金属含量高的污泥，如果用做肥料，会带来土壤污染的问题； （2）污泥作肥料的市场问题。由于污泥的N、P、K的含量比化肥低许多，并且公众担心其危害，市场需要开发。即使在美国，经过多年的宣传，推广，污泥作肥料的市场仍然困难很大。加拿大的多伦多的干燥污泥要船运到佛罗里达销售； （3）价格问题。由于以上问题，在美国，吨干污泥的出厂价仅为10到20美圆。而干燥成本（仅包括能源，未考虑设备折旧，人员工资等）就达50到70美圆（尽管如此，仍有许多城市对市政污泥进行干燥，主要原因是每吨湿污泥的拖运费用现在为30到50美圆，而干燥后，重量减少到原来的1/3到1/4。）。在中国，这个问题尤其突出，因为中国的天然气和电力价格比美国高35%到40%。在中国，只有用煤做燃料时，才可以考虑用干燥污泥作肥料。而目前，在大中城市，煤被禁止用做燃料。如果污泥干燥设备采用进口，那么代价将非常高。对于每小时脱水4吨的污泥干燥设备，整个项目的投资大约在690万美圆（1999年价格，2002年佛罗里达的坦帕采用Andritz的污泥干燥设备, 整个项目的投资已达到1000万美圆）。 6）固废焚烧发电厂与市政固废混烧处理 污泥与市政固废混烧是可能的但是处理量不大。从目前运行的固废焚烧厂的经验来看，为保证正常稳定的运行，湿污泥的添加量不能超过8%10%。因此不能处理城市市政污水处理厂产生的全部污泥。 从长远考虑，污泥的最终处理方案只有三种：堆制肥料；热力干燥后用作肥料；能量回收（即焚烧）。 我国的污泥目前绝大部分是弃置或填埋的，只有极小量的进行干化后用于制作混合肥。 由于我国的填埋场标准实施较晚，旧的填埋场接纳污泥，可能造成大量的污泥污染物随渗滤液从地表进入深层，甚至威胁地下水和江河湖海。 无规则的弃置仍是主要消纳途径，其中一小部分进入了农田，这些弃置无论在近期还是远期都将成为地表水和地下水的潜在污染源。 三、污泥浓缩 污泥浓缩（Thicken）的目的是降低污泥含水率，减少污泥体积，以利于后续处理与利用。 污泥浓缩的方法通常有五种：重力浓缩，气浮浓缩、离心浓缩、带式浓缩机浓缩和转鼓浓缩机浓缩等。 1. 污泥浓缩工艺 1）重力浓缩 重力浓缩本质上是一种沉淀工艺，属于压缩沉淀。在污水处理厂中一般将初沉污泥和二沉污泥混合后采用重力浓缩，这样可以提高重力浓缩池的浓缩效果，重力浓缩池固体表面负荷根据取决于二种污泥的比例。重力浓缩可以分为间歇式和连续式两种，间歇式重力浓缩主要用于小型污水处理厂，连续式重力浓缩主要用于大、中型污水处理厂。 2）气浮浓缩 根据气泡形成的方式，气浮可以分为：压力溶气气浮、生物溶气气浮、涡凹气浮、真空气浮、化学气浮、电解气浮等，在污泥处理中压力溶气气浮工艺已广泛应用于剩余活性污泥浓缩中，生物溶气气浮工艺浓缩活性污泥也已有应用，涡凹气浮工艺在污泥浓缩中的应用正在摸索中，其它几种气浮在污泥浓缩中的应用尚未见报道。 3）离心浓缩 离心浓缩工艺的动力是离心力，离心力是重力的5003000倍。 离心浓缩工艺最早始于上世纪20年代初，当时采用的是取原始的筐式离心机，后经过盘嘴式等几代更换，现在普遍采用的是卧螺式离心机。与离心脱水的区别在于离心浓缩用于浓缩活性污泥时，一般不需加入絮凝剂调质，只有当需要浓缩污泥含固率大于6时，才加入少量絮凝剂。而离心脱水机要求必须加入絮凝剂进行调质。 离心浓缩占地小，不会产生恶臭，对于富磷污泥可以避免磷的二次释放，提高污泥处理系统总的除磷率，造价低，但运行费用的机械维修费用高，经济性差，一般很少用于污泥浓缩，但对于难以浓缩的剩余活性污泥可以考虑使用。 4）带式浓缩机浓缩 带式浓缩机主要用于污泥浓缩脱水一体化设备的浓缩段。重力带式机械浓缩机(Gravity Belt Thickener， GBT)主要由框架、进泥配料装置、脱水滤布、可调泥耙和泥坝组成。其浓缩过程是这样的：污泥进入浓缩段时被均匀摊铺在滤布上，好似一层薄薄的泥层，在重力作用下泥层中污泥的表面水大量分离并通过滤布空隙迅速排走，而污泥固体颗粒则被截留在滤布上。带式机械浓缩机通常具备很强的可调节性，其进泥量、滤布走速，泥耙夹角和高度均可进行有效地调节以达到预期的浓缩效果。 污泥浓缩脱水一体化设备浓缩过程是关键控制环节，因此水力负荷显得更为重要。一般，设备厂家通常会根据具体的泥质情况提供水力负荷或固体负荷的建议值。应当注意的是，不同厂商设备之间的水力负荷可以相差很大，质量一般的设备只有2030m3(m带宽h)，但好的设备可以做到5060m3/(m带宽h)甚至更高，设备带宽最大为3.0m。在没有详细的泥质分析资料时，设计选型的水力负荷可按4045m3/(m带宽h)考虑。 深圳罗芳污水处理厂，肇庆污水处理厂等采用了带式机械浓缩机。 5）转鼓机械浓缩 转鼓转筛机械浓缩机(Rotary Drum Thickener,RDT或Rotary Sieve Thickener,RST)或类似的装置主要用于浓缩脱水一体化设备的浓缩段，转鼓机械浓缩是将经化学混凝的污泥进行螺旋推进脱水和挤压脱水14，是污泥含水率降低的一种简便高效的机械设备。 2. 污泥浓缩工艺的发展趋势 1）重力浓缩工艺逐渐被取代 随着污水排放标准不断提高，欧洲以单一去除COD为目的的污水处理工艺已不多见，代之以除磷脱氮为主要对象的生物营养物去除工艺，在我国以后的污水处理工艺亦将如此。释磷条件需要改变。 重力浓缩法，维修管理及动力费用低，但占地面积大，卫生条件差，浓缩效果较差，不能有效地去除污泥中的水分，由于污泥在重力浓缩池停留时间长，浓缩池中形成厌氧环境，富磷污泥在浓缩中释磷现象严重，使整个系统的除磷效果变差，使用受到了限制，在污水处理厂中会逐步被取代。 2）浓缩-脱水一体化设备的发展 浓缩脱水一体化设备具有工艺流程简单、工艺适应性强、自动化程度高、运行连续、控制操作简单和过程可调节性强等一系列优点，正得到越来越多的设计单位和用户特别是中小污水处理厂用户的关注。国家经济贸易委员会、国家税务总局二OOO年二月二十三日关于公布当前国家鼓励发展的环保产业设备（产品）目录（第一批）的通知将带式脱水机与污泥浓缩机一体化装置和卧螺式离心脱水机与污泥浓缩机一体化装置列为国家鼓励发展的环保产业设备（产品），主要用于城市污水及工业废水处理。 在采用污泥浓缩脱水一体化机的工程中，各污水处理厂的污泥进入污泥浓缩脱水一体化设备前，均有污泥贮泥池或污泥均质池（实际上相当于浓缩池），其停留时间甚至比重力浓缩池停留时间还长，如天津经济开发区污水处理厂采用德国ROEDIGER公司生产的转鼓预浓缩与带式一体化污泥脱水机，SBR反应池剩余污泥排入贮泥池，经48小时沉淀后排入污泥脱水机房进行污泥脱水，进入转鼓预浓缩前的污泥含水率大多数情况在9496。昆明市第三污水处理厂将含固率为0.70.85的剩余污泥从ICEAS池泵入贮泥池（HRT=7日），在池中间歇曝气间歇浓缩交替进行以防止磷的析出，并使污泥浓缩到含固率为1.5，然后进入带式浓缩机和带式脱水机。 污泥浓缩脱水一体化设备的目标与实际应用存在一定的差距，如果把长HRT的贮泥池看成是重力浓缩池的话，甚至可以认为污泥浓缩脱水一体化设备比传统污泥处理工艺在工艺流程上更加复杂，多了浓缩段，污泥浓缩脱水一体化设备的应用需进一步要完善。 根据各环保设备厂样本介绍，污泥浓缩脱水一体化机适用于进泥含水率在99.5以下，含水率高于99.5不宜直接进入一体化污泥浓缩脱水机，需要先经过其它浓缩方法浓缩。实际应用上一体化设备的对进泥含固率的要求更高，故需进一步研究开发对低浓度污泥浓缩新技术。 四、污泥脱水 污水经过沉淀处理后会产生大量污泥，既使经过浓缩及消化处理，含水率仍高达95%以上，体积很大，难以消纳处置，必须经过脱水（Dewater, Dehydrate）处理，提高泥饼的含固率，以减少污泥堆置的占地面积。一般大中型污水处理厂均采用机械脱水。脱水机的种类很多，按脱水原理可分为真空过滤脱水、压滤脱水及离心脱水三大类。国内污水处理厂常用的有压滤机（包括带式压滤机及板框式压滤机）和离心式脱水机。1. 带式压滤脱水机带式压滤脱水机（Belt Filter Press）是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层，从一连串有规律排列的辊压筒中呈S形经过，依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力，把污泥层中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。一般带式压滤脱水机由滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统构成。作机型选择时，应从以下几个方面加以考虑： （l）滤带。要求其具有较高的抗拉强度、耐曲折、耐酸碱、耐温度变化等特点，同时还应考虑污泥的具体性质，选择适合的编织纹理，使滤带具有良好的透气性能及对污泥颗粒的拦截性能。 （2）辊压筒的调偏系统。一般通过气动装置完成。 （3）滤带的张紧系统。一般也由气动系统来控制。滤带张力一般控制在 0.30.7MPa，常用值为0.5MPa。 （4）带速控制。不同性质的污泥对带速的要求各不相同，即对任何一种特定的污泥都存在一个最佳的带速控制范围，在该范围内，脱水系统既能保证一定的处理能力，又能得到高质量的泥饼。 带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小，还具有出泥含水率较低且工作稳定启耗少、管理控制相对简单、对运转人员的素质要求不高等特点。同时，由于带式压滤脱水机进入国内较早，已有相当数量的厂家可以生产这种设备。在污水处理工程建设决策时，可以选用带式压滤机以降低工程投资。目前，国内新建的污水处理厂大多采用带式压滤脱水机，例如北京高碑店污水处理厂一期工程五台脱水机全部是带式压滤脱水机，自带、辊压筒、滤投入运行以来情况良好，所以在二期设备选型时仍然选用了这种机型。 以无锡金源环境保护设备有限公司生产的DYN型带式污泥脱水机为例作一说明： 经絮凝处理的污泥进入布泥机构后，首先进重力脱水区，这一段为较长的水平运动段和很小角度的和升段，在这区段滤浆在滤带上随滤带一起运动：在重力作用下，自由水与絮团分离，脱除滤浆中大部分的自由水。滤浆基本失去流动性。 然后进入楔形区脱水，楔形区主要作用是使滤浆进一步平整、厚度均匀，同时受到轻度挤压，由上下滤带形成的楔形空间由大到小，最后两滤带合拢，使夹在滤带中间的滤浆受到的挤压逐步增加，水份不断地从滤浆中排出，此时滤浆已失去流动性，为下一步进入压榨脱水区作好准备。压榨脱水区的辊按直径由大到小的顺序布置，滤浆受到的压榨力由小逐渐增大，经数个压榨辊对滤饼进行呈S形的压榨、错动、剪切后，滤浆脱去大部分结合水，完成了污泥脱水。滤带经过卸料机构时，泥饼被刮刀从滤带上刮落。上下滤带经清洗再生后重新返回脱水区，完成了一次污泥脱水的循环。DYN型带式污泥脱水机DYN型带式污泥脱水机DY系列带式压榨过滤机 目前带式压滤机有了新的发展，特别是对滤带的研究。CleanTech公司的IK带式污泥浓缩脱水一体机采用的滤带为立毛纤维滤带，污泥介于“方向性立毛纤维”滤带之间，借由两侧凸凹排列的滚轮，逐渐增加压力脱水，分离水则轻易从槽沟排出，有效地解决了滤液排出困难、污泥侧滑逃离及滤带阻塞的问题。立毛纤维型IK-污泥脱水机2. 离心式脱水机离心脱水机（Centrifuge）主要由转载和带空心转轴的螺旋输送器组成，污泥由空心转轴送入转筒后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩人转毂腔内。污泥颗粒比重较大，因而产生的离心力也较大，被甩贴在转毂内壁上，形成固体层；水密度小，离心力也小，只在固体层内侧产生液体层。固体层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下，被输送到转载的锥端，经转载周围的出口连续排出，液体则由堰四溢流排至转载外，汇集后排出脱水机。离心脱水机最关键的部件是转毂，转毂的直径越大，脱水处理能力越大，但制造及运行成本都相当高，很不经济。转载的长度越长，污泥的含固率就越高，但转载过长会使性能价格比下降。使用过程中，转载的转速是一个重要的控制参数，控制转毂的转速，使其既能获得较高的含固率又能降低能耗，是离心脱水机运行好坏的关键。目前，多采用低速离心脱水机。在作离心式脱水机选型时，因转轮或螺旋的外缘极易磨损，对其材质要有特殊要求。新型离心脱水机螺旋外缘大多做成装配块，以便更换。装配块的材质一般为碳化钨，价格昂贵。离心脱水机具有噪音大、能耗高、处理能力低等缺点。前些年，国内只有为数不多的几个厂家可以生产小型离心脱水机，如果选择大型离心脱水机，就只能依靠进口，会增加工程投资，同时，离心脱水机受污泥负荷的波动影响较大，对运行人员的素质要求较高，因此一般污水处理厂均不采用离心脱水工艺。但近几年来，随着科技进步，离心式脱水机的脱水技术在国外有了长足进展，例如瑞典Alfa Layal公司生产的螺旋离心式脱水机，其泥饼含固率可达 30以上，而且操作是在全封闭的环境中进行，脱水机周围没有任何污泥及污水存在，也没有恶臭气味，可以大大改善运行人员的工作环境，因而受到业界人士的青睐。 近些年，国内对离心脱水机的研究和开发也取得了一定的成果。上海市离心机械研究所有限公司研制开发的污泥离心（浓缩）脱水成套设备已经有了较多的工程应用，如深圳市南山污水处理厂于2002年通过公开招标中标了上海市离心机械研究所生产的离心式污泥脱水成套设备LW530NY，当进料浓度4-6.5%时，最大处理量可达50m3/h，脱水后泥饼含固率30%；东莞市东江水务有限公司公司市区污水处理厂使用该公司生产的LW4501940NY离心式污泥脱水成套设备，运行参数如下：污泥含固率：0.4-0.75%，脱水污泥含固率：28-31%，固相回收率95%，处理量45m3/h，成套功耗：28KW。该离心脱水机产品现在已经在国内几十个城市污水处理厂、石化废水处理厂等单位得到应用，就上海离心机械研究所提供的数据及资料而言，取得的效果还是不错的，受到了客户的认可。 目前国内污泥脱水中带式压滤机的应用较为广泛，而离心脱水机是近几年才日益受到人们的重视，人们对带式压滤机和离心脱水机的性能比较和讨论也很多。以下为离心脱水机生产厂商提出的离心脱水机相对带式压滤机的优势： 1）卧螺离心机利用离心沉降原理，使固液分离，由于没有滤网，不会引起堵塞，而带机利用滤带使固液分离，为防止滤带堵塞，需高压水不断冲刷； 2）离心机适用各类污泥的浓缩和脱水，带机也适用各类污泥，但对剩余活性污泥需投药量大且脱水困难； 3）离心机在脱水过程中当进料浓度变化时，转鼓和螺旋的转差和扭矩会自动跟踪调整，所以可不设专人操作，而带滤机在脱水过程中当进料浓度变化时，带速、带的张紧度、加药量、冲洗水压力均需调整，操作要求较高； 4）在离心机内，细小的污泥也能与水分离，所以絮凝剂的投加量较少，一般混合污泥脱水时的加药量为：1.2 kg/t干泥，污泥回收率为95以上，脱水后泥饼的含水率为65%-75%左右，而带滤机由于滤带不能织得太密，为防止细小的污泥漏网，需投加较多的絮凝剂以使污泥形成较大絮团，一般混合污泥脱水时的加药量大于3kg/t干泥，污泥回收率为90%左右，脱水后泥饼含水率80%左右； 5）离心机每立方米污泥脱水耗电为1.2 kW/m3，运行时噪音为76-80db，全天24h连续运行，除停机外，运行中不需清洗水；而带机每立方米污泥脱水耗电为0.8 kW/m3，运行时噪音为7075 db，滤布需松驰保养，一般每天只安排二班操作，运行过程中需不断用高压水冲洗滤布； 6）离心机占用空间小，安装调试简单，配套设备仅有加药和进出料输送机，整机全密封操作，车间环境好；而带机占地面积大，配套设备除加药和进出料输送机外，还需冲洗泵，空压机，污泥调理器等等，整机密封性差，高压清洗水雾和臭味污染环境，如管理不好会造成泥浆四溢。 不过对以上论点中除了脱水污泥饼含水率低、占用空间小、安装基建费用低等是公认的离心脱水机相对带式压滤机的优势外，对其他方面人们的争论还比较多。而且，设备成本高、电耗大、噪音等还是离心脱水机尚需进一步解决的问题。卧螺离心机结构图大型离心脱水机小型离心脱水机3. 板框式压滤脱水机板框式压滤机（Plate and Frame Filter Press）的结构由三部分组成： 1）机架：机架是压滤机的基础部件,两端是止推板和压紧头,两侧的大梁将二者连接起来,大梁用以支撑滤板、滤框和压紧板。 a、止推板：它与支座连接将压滤机的一端坐落在地基上，厢式压滤机的止推板中间是进料孔，四个角还有四个孔，上两角的孔是洗涤液或压榨气体进口，下两角为出口(暗流结构还是滤液出口) b、压紧板： 用以压紧滤板滤框，两侧的滚轮用以支撑压紧板在大梁的轨道上滚动。 c、大 梁：是承重构件，根据使用环境防腐的要求，可选择硬质聚氢乙烯、聚丙烯、不锈钢包覆或新型防腐涂料等涂覆。 2）压紧机构：手动压紧、机械压紧、液压压紧。 a、手动压紧：是以螺旋式机械千斤顶推动压紧板将滤板压紧。 b、机械压紧：压紧机构由电动机(配置先进的过载保护器)减速器、齿轮付、丝杆和固定螺母组成。压紧时，电动机正转，带动减速器、齿轮付，使丝杆在固定丝母中转动，推动压紧板将滤板、滤框压紧。当压紧力越来越大时，电机负载电流增大，当大到保护器设定的电流值时，达到最大压紧力，电机切断电源，停止转动，由于丝杆和固定丝母有可靠的自锁螺旋角，能可靠地保证工作过程中的压紧状态，退回时。电机反转，当压紧板上的压块，触压到行程开关时退回停止。 c、液压压紧：液压压紧机构的组成由液压站、油缸、活塞、活塞杆以及活塞杆与压紧板连接的哈夫法兰卡片液压站的结构组成有：电机、油泵、溢流阀(调节压力)换向阀、压力表、油路、油箱。液压压紧机构压紧时，由液压站供高压油，油缸与活塞构成的元件腔充满油液，当压力大于压紧板运行的摩擦阻力时，压紧板缓慢地压紧滤板，当压紧力达到溢流阀设定的压力值(由压力表指针显示)时，滤板、滤框(板框式)或滤板(厢式)被压紧，溢流阀开始卸荷，这时，切断电机电源，压紧动作完成，退回时，换向阀换向，压力油进入油缸的有杆腔，当油压能克服压紧板的摩擦阻力时，压紧板开始退回。液压压紧为自动保压时，压紧力是由电接点压力表控制的，将压力表的上限指针和下限指针设定在工艺要求的数值，当压紧力达到压力表的上限时，电源切断，油泵停止供油，由于油路系统可能产生的内漏和外漏造成压紧力下降，当降到压力表下限指针时，电源接通，油泵开始供油，压力达到上限时，电源切断，油泵停止供油，这样循环以达到过滤物料的过程中保证压紧力的效果。 ）过滤机构 过滤机构由过滤板、滤框、滤布、压榨隔膜组成，滤板两侧由滤布包覆，需配置压榨隔膜时，一组滤板由隔膜板和侧板组成。隔膜板的基板两侧包覆着橡胶隔膜，隔膜外边包覆着滤布，侧板即普通的滤板。物料从止推板上的进料孔进入各滤室，固体颗粒因其粒径大于过滤介质（滤布）的孔径被截流在滤室里，滤液则从滤板下方的出液孔流出。滤饼需要榨干时，除用隔膜压榨外，还可以压缩空气或蒸汽，从洗涤口通入，气流冲去滤饼中的水份，以降低滤饼的含水率。 (1)过滤方式：滤液流出的方式分明流过滤和暗流过滤。 a、明流过滤，每个滤板的下方出液孔上装有水咀，滤液直观地从水咀里流出。 b、暗流过滤，每个滤板的下方设有出液通道孔，若干块滤板的出液孔连成一个出液通道，由止推板下方的出液孔相连的管道排出。 (2)洗涤方式：滤饼需要洗涤时，有明流双向洗涤和单向洗涤，暗流双向洗涤和单向洗涤。 a、明流单向洗涤是，洗液从止推板的洗液进孔依次进入，穿过滤布再穿过滤饼，从无孔滤板流出，这时有孔板的出液水咀处于关闭状态，无孔板的出液水咀处于开启状态。 b、明流双向洗涤是，洗液从止推板上方的两侧洗液进孔先后两次洗涤，即洗液先从一侧洗涤再从另一侧洗涤，洗液的出口同进口是对角线方向，所以又叫双向交叉洗涤。 c、暗流单向洗涤是，洗液从止推板的洗液进孔依次进入有孔板，穿过滤布再穿过滤饼，从无孔滤板流出。 d、暗流双向洗涤是洗液从止推板上方的两侧的两个洗液进孔先后两次洗涤，即洗涤先从一侧洗涤，再从另一侧洗涤，洗液的出口同进口是对角线方向，所以又叫暗流双向交叉洗涤。 (3)滤布：滤布是一种主要过滤介质，滤布的选用和使用，对过滤效果有决定性的作用，选用时要根据过滤物料的PH值，固体粒径等因素选用合适的滤布材质和孔径以保证低的过滤成本和高的过滤效率，使用时，要保证滤布平整不打折，孔径畅通。板框式压滤机是通过板框的挤压，使污泥内的水通过滤布排出，达到脱水目的。它主要由凹人式滤板、框架、自动- 气动闭合系统测板悬挂系统、滤板震动系统、空气压缩装置、滤布高压冲洗装置及机身一侧光电保护装置等构成。设备选型时，应考虑以下几个方面： （1）对泥饼含固率的要求。一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，可达 35，如果从减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机应该是首选方案。 （2）框架的材质。 （3）滤板及滤布的材质。要求耐腐蚀，滤布要具有一定的抗拉强度。 （4）滤板的移动方式。要求可以通过液压一气动装置全自动或半自动完成，以减轻操作人员劳动强度。 （5）滤布振荡装置，以使滤饼易于脱落。与其他型式脱水机相比，板框式压滤机最大的缺点是占地面积较大。 以北京高碑店污水处理厂一期工程使用的带式压滤机和鞍山工业污水处理厂使用的板框式压滤机为例作比较：高碑店污水厂处理污水量为50万td，污泥产量18525m3/d，干物质9263td，采用五台德国KLEINKS30型带式压滤机，每台压滤机的基础占地面积仅为2750*3500mm,鞍山污水厂处理水量为22t/d，干物质275t/d，采用六台板框式压滤机，每台压滤机地基础占地面积达2400*12000mm，同时，由于板框式压滤机为间断式运行，效率低，操作间环境较差，有二次污染，国内大型污水处量厂己很少采用。但近年大量开发研制工作，使其适应了现代化污水处理厂的要求，如通过PLC系统控制就可以实现系统全自运方式，其压滤、滤板的移动、滤布的振荡、压缩空气的提供、滤布冲洗、进料等操作全部可通过PLC远端控制来完成，大减轻了工人劳动强度。 国内板框式压滤机生产厂商很多，如上海莘工机械有限公司生产的系列压滤机，过滤面积0.5M2-500M2，板框材质有：增强聚丙稀、玻璃纤维聚丙稀、不锈钢、铸铁等，程控全自动压滤机采用国际先进的微机控制系统。铸铁板框式、厢式压滤机液压压紧增强聚丙烯板框式压滤机 国内在近十年左右时间里带式污泥脱水机的开发工作取得很大进展，其主要技术性能和使用性能已接近国外同类产品的水平，在滤带纠偏装置的开发中有的使用了光电子技术和液压技术，具备了自己的特色。但国产滤带质量与国外尚有一定差距，在使用防腐材质方面还不太理想，导致使用故障率较高，同时要改进外观设计和设备表面处理工艺。 板框式压滤机因动力消耗大、产量低、操作不连续等在水厂中已逐渐不采用，在工业污水处理中使用量仍较大，目前已有塑料板框，预加压脱水等新技术推广使用。当前国际上开发并推广应用离心式污泥脱水机，因其占地面积小、污泥脱水率高、产率高、自动化程序高，在污水处理厂使用比例逐渐扩大。近年来还发展了传统的带式滤机与机械浓缩设备相结合的污泥浓缩脱水一体化装置，可以取消重力浓缩池。以上海离心机械研究所为代表的国内企业正积极开发离心脱水机械设备，所生产的大型离心脱水设备已有了长足进步，接近国际主要先进设备厂商的生产水平。五、污泥干化（干燥） 污泥无论来自工业还是市政，其处理的一个可行目标就是使所有来自工业中的污染物作为原料返回到工艺中去。所有的污染物事实上都是中间过程流失的原料，造成流失的媒介大多数情况下是水，去除水，将使得大量的潜在污染物可以重新得到利用。 污泥所含的污染物一般均有很高的热值，但是由于大量水分的存在，使得这部分热值无法得到利用。如果焚烧高含水率的污泥，不但得不到热值，还需要大量补充燃料才能完成燃烧。 如果将污泥的含水率降到一定程度，燃烧就是可能的，而且，燃烧所得到的热量可以满足部分甚至全部进行干化的需要。同样的道理，无论制造建材还是其他利用，减少含水率是关键。因此，可以说污泥干化或半干化事实上是污泥资源化利用的第一步。 1. 污泥干化概述 干燥是为了去除水分，水分的去除要经历两个主要过程： 1）蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压低于介质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面移入介质。 2）扩散过程：是与汽化密切相关的传质过程。当物料表面水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。 上述两个过程的持续、交替进行，基本上反映了干燥的机理。干燥是由表面水汽化和内部水扩散这两个相辅相成、并行不悖的过程来完成的，一般来说，水分的扩散速度随着污泥颗粒的干燥度增加而不断降低，而表面水分的汽化速度则随着干燥度增加而增加。由于扩散速度主要是热能推动的，对于热对流系统来说，干燥器一般均采用并流工艺，多数工艺的热能供给是逐步下降的，这样就造成在后半段高干度产品干燥时速度的减低。对热传导系统来说，当污泥的表面含湿量降低后，其换热效率急速下降，因此必须有更大的换热表面积才能完成最后一段水分的蒸发。 污泥干燥中所谓的干化和半干化的区别在于干燥产品最终的含水率不同，这一提法是相对的。“全干化”指较高含固率的类型，如含固率85%以上；而半干化则主要指含固率在50-65%之间的类型。 如果说干化的目的是卫生化，则必须将污泥干燥到较高的含固率，最高可能要求达到90以上，此时，污泥所含的水分大大低于环境温度下的平均空气湿度，回到环境中时会逐渐吸湿。 如果说干化的目的仅仅是减量化，则会产生不同的含固率要求。将含固率20%的湿泥干化到90%或干化到60%，其减量比例分别为78%和67%，相差仅11个百分点。根据最终处置目的的不同，事实上要求不同的含固率。比如填埋，填埋场的固废含固率平均低于60%，要求污泥达到90%含固率从经济上来讲没有实际意义。 所以，将污泥干燥到该处置环境下的平衡稳定湿度，即周围空气中的水蒸气分压与物料表面上的水蒸气压达到平衡，应该是最经济合理的要求。 有些污泥干化工艺可以将湿污泥处理至含固率50-65%，而这时的处理量明显高于全干化时的处理量。其原因有两个： 首先，对于干燥系统来说，干燥时间决定了干燥器的处理量。当物料的最终含水率较高（所谓半干化）时，蒸发相同水量的时间要少于最终含水率高的情况（所谓全干化），单位处理时间内可以有更高的处理量。 其次，污泥在不同的干燥条件下失去水分的速率是不一样的，当含湿量高时失水速率高，相反则降低。大多数干化工艺需要2030分钟才能将污泥从含固率20干化至90。 2. 污泥干化工艺 干化（Dry）意味着在单位时间里将一定数量的热能传给物料所含的湿分，这些湿分受热后汽化，与物料分离，失去湿分的物料与汽化的湿分被分别收集起来，这就是干化的工艺过程。从设备角度来描述这一过程，包括上料、干化、气固分离、粉尘捕集、湿分冷凝、固体输送和储存等。如果因物料的性质（粘度、含水率等）可能造成干化工艺的不稳定性的（如黏着、结块等），则有必要采用部分干化后产品与湿物料混合的工艺（返料、干泥返混）。此时，在上料之前和固体输送之后应相应增加输送、储存、分离、粉碎、筛分、提升、混合、上料等设备。 1）污泥干化的加热方式：直接干化和间接干化 干化是依靠热量来完成的，热量一般都是能源燃烧产生的。燃烧产生的热量存在于烟道气中，这部分热量的利用形式有两类： (1) 直接利用：将高温烟道气直接引入干燥器，通过气体与湿物料的接触、对流进行换热。这种做法的特点是热量利用的效率高，但是如果被干化的物料具有污染物性质，也将带来排放问题，因高温烟道气的进入是持续的，因此也造成同等流量的、与物料有过直接接触的废气必须经特殊处理后排放。 (2) 间接利用：将高温烟道气的热量通过热交换器，传给某种介质，这些介质可能是导热油、蒸汽或者空气。介质在一个封闭的回路中循环，与被干化的物料没有接触。热量被部分利用后的烟道气正常排放。间接利用存在一定的热损失。 对干化工艺来说，直接或间接加热具有不同的热效率损失，也具有不同的环境影响，是进行项目环评和经济性考察的重要内容。 直接加热形式中热源烟气直接成为介质，其热效率接近燃烧效率本身。其余加热形式均是通过换热设备将热传给某种介质的间接加热。烟气可以通过热交换器将热量传给空气，空气作为换热介质与湿物料进行接触。烟气可以提高热交换器将热传递给导热油或蒸汽，然后利用导热油或蒸汽来加热金属或工艺气体，由金属热表面或工艺气体与湿物料进行接触。这两类换通过热交换器的换热均形成一定的热损失，一般来说在8-15之间。 以导热介质为热油对间接干化工艺加以说明：热源与污泥无接触，换热是通过导热油进行的，相应设备为导热油锅炉。 导热油锅炉在我国是一种成熟的化工设备，其标准工作温度为280度，这是一种有机质为主要成份的流体，在一个密闭的回路中循环，将热量从燃烧所产生的烟气转移到导热油中，再从导热油传给介质（气体）或污泥本身。导热油获得热量和将热量给出的过程形成一定的热量损失。一般来说，导热油锅炉的热效率介于80-90之间，含废热利用。 根据干燥器的最大蒸发量，以及该干燥工艺的实际热能消耗，可以得到一个每小时最大热能净消耗的需求量，将导热油锅炉的热效率考虑进来，即可得到导热油锅炉的选型参照标准。 2）污泥干化的热源 干化的主要成本在于热能，降低成本的关键在于是否能够选择和利用恰当的热源。 干化工艺根据加热方式的不同，其可利用的能源来源有一定区别，一般来说间接加热方式可以使用所有的能源，其利用的差别仅在温度、压力和效率。直接加热方式则因能源种类不同，受到一定限制，其中燃煤炉、焚烧炉的烟