固体废物的处理与处置

固体废物的处理与处置

TreatmentandDisposalofSolidWaste武汉科技学院环境与城建学院@2021张大捷第四章污泥的浓缩与脱水Thickeninganddehydration/dewateringofsludge定义：由废水净化处理产生的液体或半固态液体。广义：包括栅渣、沉渣、浮渣、固体和生物固体。狭义：固体和生物固体，固体含量为0.25%~12%。WEF〔WaterEnvironmentFederation〕定义：“生物固体〞〔Biosolid〕——经过无害化处理后，如消化和堆肥，可利用的有机固体；“污泥〞〔Sludge〕——未经无害化处理的有机固体。一、污泥的来源与分类污泥的定义城市污水污泥城市给水污泥城市水体疏浚污泥城市排水沟道污泥城市建筑工地泥浆一、污泥的来源与分类城市污泥的分类按来源特征生活污水污泥和工业废水污泥按成分和某些性质有机污泥、无机污泥、亲水性污泥、疏水性污泥按污泥处理的不同阶段生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥、干化污泥按污泥来源栅渣、沉砂池沉渣、浮渣、初次沉淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥、化学污泥一、污泥的来源与分类城市污水污泥的分类来源污泥类型特点格栅栅渣来自格栅或滤网，类似生活垃圾的成分，已浸水饱和沉砂池无机固体颗粒沉砂池沉渣一般是密度较大的较稳定的无机固体颗粒初次沉淀池初次沉淀污泥和浮渣进厂污水中所含有的可沉降性物质，污泥处理处置的主要对象曝气池悬浮活性污泥产生于BOD去除过程，常使用浓缩法将其浓缩二次沉淀池剩余活性污泥和浮渣曝气池活性污泥的沉降产物，污泥处理处置的主要对象化学沉淀池化学污泥混凝沉淀工艺过程中形成的污泥传统城市污水处理厂中的污泥〔包括固体〕的来源不同处理工艺的污泥产量〔干污泥/污水〕〔g/m3〕处理工艺产生量范围典型值初次沉淀110~170150活性污泥法70~10085深度曝气80~120100氧化塘80~120100过滤12~2520低剂量CaO化学去磷350~500240~400高剂量CaO化学去磷800~1600600~1350反硝化10~3020我国城市污水处理能力和污泥产量年际变化情况污泥产生量预测1992~2005年欧洲主要国家干污泥产量二、污水污泥的性质和特点污泥的性质主要包括：物理性质含水率、含固率密度脱水性能与污泥比阻化学性质挥发性固体和灰分肥分毒性与危害性污泥的热值与可燃烧性生物性质生物含量可生化性城市污泥的根本组成描述体系1.污泥的流动相组成结合水结合水是指附着在土粒外表呈薄膜状的水，受土粒外表静电引力作用而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。它比普通水有较大的粘滞性，较小的能动性和不同的密度。强结合水厚度相当于几个到几百个水分子厚度静电引力很大，可达1000MPa丧失液体特性接近于固体平均密度为2g/cm3，冰点为-78℃弱结合水厚度从几十到几千个水分子厚接近一种粘滞水膜密度约1.3～1.774g/cm3，冰点仍低于0℃，结合水示意图重力水重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用。毛细水由于毛细力的作用而充满岩石毛细空隙中的水称毛细水。一是上凹的弯液面产生向上的外表张力，可以把水上拉一定的距离；二是自身的重力使水滴向下运动。表面张力土中孔隙细水通道自由水上升毛细管水重力土壤类型粗砂中砂细砂亚砂土亚粘土粘土最大上升高度(cm)2~412~3535~120120~350350~650650~1200毛细水毛细水支持毛细水悬挂毛细水孔角毛细水矿物水在于矿物品体内部或晶格之间的水，又称化学结合水。沸石水以水分子〔H2O〕形式存在于矿物晶格空隙之中方沸石〔Na2Al2Si4O12•nH2O〕中所含的水是沸石水常温下当湿度下降时，所含的水可从沸石中逸出结晶水以水分子的形式进入矿物的结晶格架并成为某些矿物的组成成分矿物加热到400℃以上可别离〔CaSO4•2H2O〕结构水以H+和OH-形式存在于矿物结晶格架中的水，在矿物中并不保持水分子〔H2O〕结构白云母〔KAl2[AlSi3O10]OH2〕，白云母只有加热到400℃以上，H+和OH-才能别离出来1.污泥的流动相组成污泥中的水分及其别离方法〔一〕间隙水约占污泥水分的70％左右。一般用浓缩法别离。〔二〕毛细管结合水约占污泥水分的20％左右。可采用高速离心机脱水、负压或正压过滤机脱水。〔三〕外表吸附水约占污泥水分的7％左右。可用加热法脱除。〔四〕内部水约占污泥水分的3％左右。可采用生物法破坏细胞膜除去胞内水或高温加热法、冷冻法去除。2.污泥的有机物组成按碳〔C〕、氢〔H〕、氧〔O〕、氮〔N〕、硫〔S〕、氯〔Cl〕六种元素的构成关系化学组成〔或化合物组成、分子结构组成〕①毒害性有机物组成PCBs、PAHs等②有机生物质组成可溶性糖类、纤维素、木质素、脂肪、蛋白质③有机官能化合物组成醇、酸、酪、醚、芳香化合物、各种烃类④微生物组成致病菌、病毒、寄生虫卵和有害昆虫卵等3.污泥的无机物组成①污泥的毒害性无机物组成砷〔As〕、镉〔Cd〕、铬〔Cr〕、汞〔Hg〕、铅〔Pb〕、铜〔Cu〕、锌〔Zn〕和镍〔Ni〕8种元素②污泥植物养分组成氮〔N〕、磷〔P〕、钾〔K〕NH3-N、NO2--N、NO3--N和OrgN颗粒P和溶解性P速效K和非速效K③污泥的无机矿物组成铁〔Fe〕、铝〔Al〕、钙〔Ca〕、硅〔Si〕元素的氧化物和氢氧化物二、污水污泥的性质和特点污泥的性质主要包括：物理性质含水率、含固率密度脱水性能与污泥比阻化学性质挥发性固体和灰分肥分毒性与危害性污泥的热值与可燃烧性生物性质生物含量可生化性定义：单位质量污泥所含水分的质量百分数。含水率的计算公式2.1污泥的含水率和密度含水率与固体含量含固率的计算公式Pw：污泥含水率，%W：污泥中水分的质量，gS：污泥中总固体的质量，g污泥中水的体积2.1污泥的含水率和密度含水率与固体含量污泥中固体的体积名称含水率%名称含水率%栅渣80浮渣95~97沉渣60生物滴滤池污泥腐殖污泥96~98慢速滤池93初次沉淀污泥95~97快速滤池97混凝污泥93压氧消化污泥活性污泥初次沉淀污泥85~90空气曝气98~99活性污泥90~94纯氧曝气96~98代表性污泥的含水率含水率污泥状态含水率污泥状态＞90几乎为液体60~70几乎为固体80~90粥状物50粘土状70~80柔软可塑状污泥含水率及其相态定义：单位体积污泥的质量。常用相对密度来表达。相对密度计算公式2.1污泥的含水率和密度污泥的密度ρ：污泥的相对密度Pw：污泥含水率ρS：干固体平均相对密度污泥干固体中，挥发性固体所占百分数及其密度分别用pv，v表示，灰分的密度用a表示，那么干污泥的相对密度可用下式计算：挥发性固体比重一般等于1.0，灰分的比重约为2.5~2.65，如以2.5计，那么：污泥的密度污泥的体积为污泥中水的体积与固体体积两者之和污泥的体积在污泥的浓缩过程中，可用下式来换算体积、质量及其中干固体含量之间的关系：污泥的体积问题：污泥含水率从97.5%降低到95%时，求污泥体积？即污泥体积减少一半。污泥含水率与体积变化含水率%9896928468体积m3100502512.56.25注：污泥固体物质含量为2kgV—泥饼体积ms－污泥中干固体的质量ε－污泥孔隙率，一般在40~50%ρs－干固体的相对密度ρw－水的密度当污泥的含水率低到污泥颗粒之间的空隙不再被水填满时，就形成泥饼，泥饼具有体积大体不变的特点可用以下公式计算：污泥的体积当污泥含水率较低时如何计算含水率？V－土的总体积Vv－土中孔隙体积；Vw－土中水的体积；Va－土中气体的体积；Vs－土中固体土粒的体积；m－土的总质量；mw－土中水的质量；ma－土中气体的质量，≈0；ms－土中固体土颗粒的质量。当污泥含水率较低时如何计算含水率？含水量的定义为：土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。物理意义：单位重量的污泥在一定压力下过滤时，滤饼单位干重所具有的阻力，单位为m/kg。卡门公式2.2污泥的脱水性能比阻和压缩系数VL为滤液的体积，m3；PL为过滤压力，N/m2；A为过滤介质面积，m2；t为过滤时间，s；μ为过滤液的动力粘度，N·s/m2；ω为单位过滤介质上被截留的固体质量，kg/m3；r为污泥的比阻，m/kg；Rf为过滤介质的阻抗，m-2。对时间积分污泥比阻与过滤压力及过滤面积的平方成正比与滤液的动力粘度及滤饼的干固体重量成反比不同的污泥种类．其比阻差异较大。一般来说，比阻小于1×1011m/kg的污泥易于脱水，大于1×l013m/kg的污泥难以脱水。2.2污泥的脱水性能比阻和压缩系数压缩系数：反映污泥的渗滤性质，压缩系数大的污泥，其比阻随过滤压力的升高而上升较快，可以用以下关系式表示：2.2污泥的脱水性能比阻和压缩系数r为过滤压力为PL时污泥的比阻；ro为无污泥时过滤介质的比阻；s为压缩系数；PL为过滤压力两边取对数污泥种类比阻(1012m/kg)压缩系数初次沉淀污泥4.70.54消化污泥13~140.64~0.74活性污泥290.81调节的初次沉淀污泥0.0311.0调节消化污泥0.11.2不同污水污泥的比阻和压缩系数

2.2污泥的脱水性能比阻和压缩系数难过滤污泥

CapillarySuctionTime〔CST〕根据毛细管吸附时间的长短来评价污泥的脱水性能CST与污泥的过滤特性和脱水性能存在着密切关系容易测量，重现性好CST时间愈短，污泥的脱水性能愈好2.2污泥的脱水性能毛细管吸附时间CST测定仪原理图

2.3污泥的理化性能污泥中有机物的含量〔%〕2.3污泥的理化性能污泥中植物养分的含量〔%〕2.3污泥的理化性能污泥的热值〔干基〕2.3污泥的理化性能污泥中重金属的含量〔mg/L〕2.3污泥的理化性能污泥填埋的平安性评价步骤?农用污泥中污染物控制标准?〔GB4284-88〕课堂作业：初次沉淀污泥的含水率为90%，挥发性固体含量65%。求干污泥的密度和湿污泥的密度？污泥质量为100g时的体积是多少？干污泥的密度湿污泥的密度污泥的体积第三节污泥的浓缩重力浓缩气浮浓缩离心浓缩水力旋流浓缩3.1重力浓缩根本原理自由沉降干预沉降区域沉降压缩沉降3.1重力浓缩重力浓缩池的形式有刮泥机及搅动栅的连续式重力浓缩池

悬挂中心传动浓缩池

垂架式中心传动浓缩池

周边传动浓缩池

凝聚浓缩池

3.1重力浓缩重力浓缩池的形式间歇式重力浓缩池3.1重力浓缩工艺控制连续式重力浓缩池工况污泥投配量的控制Qf浓缩效果的测定η、F搅拌速度和排泥控制3.1重力浓缩影响重力浓缩效果的因素1．悬浮液的浓度2．温度3．搅拌强度4．设备的结构5．污泥体积指数SVI与运行的关系3.2气浮浓缩固体与水的密度差而产生的浮力，使固体上浮到达固液别离，密度小于1g/cm3的固体可以直接进行上浮别离，对密度大于1g/cm3的固体，那么可以通过改变其密度，使其小于1g/cm3实现固液别离。利用空气改变固体密度，产生上浮的原动力，实现固液别离并浓缩的方法称为气浮浓缩。根本原理3.2气浮浓缩气浮法的形式①加压溶气气浮法②真空气浮法③电解气浮法④分散空气气浮法气浮法的特点含固率高于沉降法，低于离心法固体负荷和水力负荷较高，水力停留时间短冲击负荷缓冲能力强防止污泥在浓缩过程中的腐化电耗比沉降法高，比离心法低根本原理——形式与特点3.2气浮浓缩气浮浓缩的工艺流程3.2气浮浓缩影响气浮浓缩效果的因素1．溶气压力2．循环比3．气固比4．固体负荷与水力负荷3.2气浮浓缩气浮浓缩装置3.2气浮浓缩气浮浓缩装置平流式加压气浮浓缩装置3.2气浮浓缩气浮浓缩装置竖流式加压气浮浓缩装置3.3离心浓缩密度为2g/cm3、直径0.01mm的颗粒在水中的沉降速度是0.33cm/min，如果增加其重力加速度为3000g，那么该粒子在水中的沉降速度可增大到990cm/min，利用离心力别离悬浮液中杂技的方法称为离心别离法。根本原理3.3离心浓缩离心浓缩设备卧式螺旋浓缩机离心浓缩的效果〔%〕3.3离心浓缩离心浓缩设备笼形立式离心浓缩机结构示意图立式笼形浓缩机的浓缩效果〔%〕3.4水力旋流浓缩利用旋流产生的离心沉降别离现象，代替机械旋转体内的离心沉降别离，到达浓缩的目的分为压力式和重力式两种根本原理压力式水力旋流器

浓缩方法优点缺点重力浓缩储存污泥的能力强，操作要求不高，运行费用低浓缩效果差，浓缩后污泥非常稀薄；所需土地面积大，且会产生臭气问题；对于某些污泥工作不稳定气浮浓缩比重力浓缩的泥水分离效果好，浓缩后的污泥含水率较低；比重力浓缩所需土地少，臭气问题小；可使沙砾不混于浓缩污泥中，能去除油脂运行费用比重力浓缩高；土地需要量比离心法多；污泥储存能力小离心浓缩只需少量土地，即可取得很高的处理能力；没有或几乎没有臭气问题要求专用的离心机，耗电大，必须进行隔声处理，对工作人员要求高各种污泥浓缩方法的优缺点第四节污泥的调理目的：改善污泥浓缩和脱水的性能提高机械脱水设备的处理能力方法有：化学调理——一种或多种化学添加剂物理调理——洗涤、热处理、冻融处理及机械能、高压、超声涉及辐射处理生物调理——好氧或厌氧消化4.1洗涤处理反响机理目的1：除去厌氧消化污泥的重碳酸盐污泥经厌氧消化后，其挥发性固体大为降低，但其重碳酸盐碱度可由数百mg/l增加到2000~3000mg/l，按固体量计算增加60倍以上其反响机理如下：铁盐混凝剂：2FeCl3＋3Ca(HCO3)2→2Fe(OH)3↓＋3CaCl2＋6CO22FeCl3＋3NH4HCO3→Fe(OH)3↓＋3NH4Cl＋3CO2铝盐混凝剂：Al3+＋3HCO3-→Al(OH)3↓＋3CO2Al2(SO4)3＋3Ca(HCO3)2→2Al(OH)3↓＋3CaSO4＋6CO2目的2：洗去局部颗粒很小、外表积很大的胶体颗粒从而到达节约混凝剂的目的，同时也能提高污泥浓缩、脱水的效果。淘洗次数1次2次3次淘洗后的水碱度(mg/l)17.6~27.69.3~14.36.25~7.651.67~6.5COD(mg/l)1006~2707593~1142439~886201~394NH3-N(mg/l)210~322115.5~199.513359.5~119pH7.34~8.057.25~8.057.5~8.057.1~8.024.1洗涤处理洗涤后碱度、COD、NH3-N、pH值的变化4.1洗涤处理洗涤的工艺流程洗涤的过程→洗涤水稀释污泥→搅拌→沉淀别离→撇除上清液洗涤的工艺流程单级洗涤两级洗涤或多级洗涤逆流洗涤洗涤的缺乏之处上清液BOD与SS浓度＞2000mg/l富集有机物，带走污泥中的N素4.2药剂调理根本原理利用化学药剂来改变污泥的性质，使污泥颗粒絮凝以改善脱水性能的化学调理法。化学药剂的分类助凝剂混凝剂生物混凝剂使用方法直接投加，投加量为10~100mg/l配制成1%~6%糊状物，预先粉刷在转鼓真空过滤机的过滤介质上，成为预覆助滤层，随着转鼓的运转，每周刮去0.01~0.1mm，刮完后再涂。4.2药剂调理助凝剂助凝剂作用本身一般不起混凝作用，而在于调节污泥的pH值，改变污泥的颗粒结构，破坏胶体的稳定性，提高混凝剂的混凝效果，增强絮体强度。助凝剂的种类石灰、硅藻土、酸性白土、珠光体、污泥燃烧灰、电厂粉尘、水泥窑灰等惰性物质石灰、水泥窑灰等助凝剂，较适合于生污泥的调理与稳定化使污泥的pH值提高到11以上，降低由沙门氏菌、绦虫卵、孢囊线虫和许多其他病原物所造成的潜在危害污泥调理后，直接堆肥利用的新工艺，省去脱水风干、枯燥等环节，具有重要的开发价值和应用前景。4.2药剂调理混凝剂混凝剂的分类包括无机混凝剂与有机高分子絮凝剂两类主要是阳离子型高分子絮凝剂无机混凝剂——一种电解质化合物，主要有铝系和铁系两大类铝系化合物：Al2(SO4)3•18H2O、Al2(SO4)3•K2SO4•12H2O及AlCl3等铁系化合物：FeCl3、Fe(SO4)Cl、FeSO4•7H2O、Fe2(SO4)3等有机高分子絮凝剂合成高分子絮凝剂聚丙烯酰胺〔PAM〕及其阴离子型、阳离子型和两性型衍生物还有聚乙烯亚胺、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯吡啶等絮凝剂PAM产品约占整个高分子絮凝剂产销量的80%天然高分子絮凝剂藻朊酸钠、羧甲基纤维素(CMC〕等纤维素衍生物、羧甲基淀粉等水溶性淀粉衍生物、改性植物胶CGA等植物胶衍生物、壳聚糖衍生物等属于无毒性产品，适于作饮用水源水和食品行业等强化固液别离助剂4.3热处理调理根本原理根本概念将污泥加热，污泥中的细胞被分解破坏，细胞膜中的内部水游离出来。这种过程称为污泥的热处理。主要特点适用于初沉池污泥、消化污泥、活性污泥、腐殖污泥及其混合污泥可溶性COD显著增加，可有利于消化过程的进行，脱水性能大为改善泥饼含水率可降到30%~45%，泥饼体积减小为浓缩－机械脱水法泥饼的1/4，便于进一步处置污泥的燃烧与堆肥处置中，热处理比加药处理更为适合存在问题污泥别离液浓度很高，回流处理将大大增加污水处理构筑物的负荷；有臭气，设备易腐蚀；需要增加高温高压设备、热交换设备及气味控制设备等，费用很高，难以普遍采用。4.3热处理调理工艺方法〔1)高温加压处理法在170~200℃下，压力为9.81×104Pa~1.47×106Pa，反响时间为1~2h。热处理后的污泥经浓缩即可使含水率降低到80%~87%，比阻降低到1.0×1011s2/g以下。再经机械脱水，污泥含水率可降低到30%~45%。〔2)低温加压处理法加温并控制在150℃以下的热处理法。其主要特点是：别离得到的BOD5浓度比高温加压法低40%~50%，锅炉容量可减少30%~40%，臭味也大为减少。有更好的开展前景。4.4冻融调理根本概念将污泥冷冻到-20℃再行融解，以提高污泥沉淀性和脱水性能的一种处理方式。不可逆地改变污泥结构，使之变得更加紧密，并能减少脱水后污泥残留的水分。主要特点冻融调理所需热量比热处理显著减少常温下的1g污泥水，从20℃冷冻到-20℃，需放热464J；同样1g污泥水，从20℃升温到100℃，需吸热2.6KJ。污泥冻融除无需混凝剂显著提高污泥脱水性能和沉降速度主要缺乏是难以适用于活性污泥，因为活性污泥凝聚作用强烈，其水分子结合的程度比脱水后剩余分子结合得更加紧密。污泥种类原污泥含水率（%）真空过滤泥饼含水率（%）冻融调理后化学调理后电镀污泥92.5~98.254.6~69.378.7~87.4酸洗污泥97.547.078.3炼铁污泥97.255.285.1自来水厂污泥89.8~95.147.7~56.272.1~88.5造纸厂污水污泥95.1~96.252.9~65.273.8~79.4污泥冻融调理与化学调理脱水效果的比较4.4冻融调理第五节污泥的脱水别离外表吸附水和毛细水脱水以后，污泥呈固体状态，体积减少为原来的1/10以下方法有：真空脱水加压脱水离心别离脱水5.1真空过滤脱水设备Olive型真空过滤机

5.1真空过滤脱水设备履带式真空过滤机5.1真空过滤脱水影响真空脱水效果的因素1．固体颗粒的大小和形状2．化学组成3．固体浓度4．固体颗粒的压缩性5．滤液和悬浮液的粘性5.1真空过滤脱水污泥种类供给污泥浓度%调质药剂量%过滤速度kg/(m2·h)泥饼含固率%FeCl3CaCO3二沉池污泥2.0~2.59~10-17.0~22.015~20浓缩污泥3.5~4.510~12-22.0~25.413~15二沉池污泥1.3~1.85~10-7.3~8