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        江苏铭盛环境

        工业废水处理时污泥脱水技术工艺

        文章出处:未知发表时间:2021-12-02 14:04:45


         

        图片1 

          剩余污泥是污水处置过程中不可防止的副产物,其含有大量含有重金属和难降解有机物。近几十年因由于工业化开展、人口快速增长以及更严厉的污水排放规范,剩余污泥的数量快速增长。据统计2016年我国的污泥产量已达4000万吨左右(以含水率80%),估计2020年剩余污泥产量将到达6000万吨左右。目前城市污水厂的剩余污泥的含水率在99%以上,经过浓缩或机械脱水工艺处置后,其含水率仍在80%以上,高含水率造成污泥体积庞大,统计数据标明我国处置剩余污泥所需的基建与运转费用占城市污水处置厂总基建与总运转费用30%~40%20%~50%,因而造成城市污水处置厂运转中易产生经济和环境问题。如何改善剩余污泥脱水性能、提升污泥脱水效率已成为剩余污泥处置范畴的重要课题。因而本综述归结总结近年来传统、常用、新型的污泥脱水技术工艺的研讨现状及停顿,为剩余污泥高效脱水提供参考。

         

          1、剩余污泥的水分类型

         

          依据剩余污泥中水分子与污泥固体颗粒的互相作用可将剩余污泥中的水分分为两品种型,分别为自在水分与约束水分,而约束水分又可细分为间隙水分、外表吸附水分与化学分离水分,如表1。目前限制剩余污泥脱水性能的主要缘由是由于污泥中的外表吸附水分与化学分离水分不能经过机械脱水工艺去除。

         

        图片19 

        图片20 

          2、污泥脱水技术研讨停顿

         

          污泥脱水流程主要分为四个局部(2)

         

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          2.1 传统污泥脱水工艺

         

          2.1.1 自然干化工艺

         

          有污泥池法、沙层枯燥床、楔水枯燥床与冷冻脱水等。且该工艺只适用于气候枯燥地域。中小型污水处置厂主要采用的传统污泥脱水工艺为砂床脱水工艺,其优点为费用低,操作简单,但具有脱水不彻底、周期长与二次污染等缺陷。近年来丹麦科学家研讨采用传统砂床脱水工艺与垂直流人工湿地相分离的污泥枯燥芦苇床系统(SludgeDryingReedBedSystems,SDRB)比单独采用砂床脱水工艺用于污泥脱水的效果好很多,并且SDRB系统比机械脱水工艺费用更低,能耗也更少,由于污泥脱水的能量来源来自本身重力、太阳辐射以及生物过程。SDRB系统经过在沙床中种植芦苇等植物,改善传统沙层枯燥床的性能,延长枯燥床的工作寿命(5~10)。芦苇等植物在其根部区域构成一个丰厚的微生物系统,给污泥的有机物质提供营养,同时植物具有较强的蒸发蒸腾才能,对不同含水率的污泥具有较强的耐受性。污泥脱水过程中,污泥的干物质含量增加,污泥体积减小,有机物被合成,最后剩余污泥可用作有机肥料。

         

          2.1.2 机械脱水

         

          机械脱水工艺是最常用的剩余污泥脱水工艺,其按脱水工作原理可分真空过滤脱水工艺、离心脱水工艺与压滤脱水工艺。早期污水处厂常采用真空过滤脱水工艺,污泥脱水后泥饼含水率普通高于85%。目前污水处置厂常采用压滤脱水工艺,压滤脱水又分为带式和板框压滤脱水,带式压滤脱水工艺的进料污泥应为不易流淌且含固率高于50%的污泥,若污泥含固率低于50%,则必需采用改换滤布、添加木屑的料头号措施,出泥含水率普通为82%左右,镇安污水处置厂采用带式压滤脱水工艺,出泥的含水率约为82%。板框压滤脱水工艺通常能将污泥含水率降低至65%~75%,但存在压滤压力低于1.0MPa,滤布上的水膜会障碍污泥中水分的脱除而降低脱水效率、滤布改换较费事、运维费用高等缺陷。竹园第二污水处置厂采用板框压滤脱水工艺,用氧化钙和聚合氯化铝等调理剂后泥饼含水率约为75%。上海市白龙港污水处置厂目前采用化学调理法协同隔阂压滤脱水工艺,脱水后污泥体积缩减35%以上,泥饼含水率低于60%。离心脱水普遍应用于很多行业,出泥含水率普通为75%~80%。环境维护部于20101126日发布《关于增强城镇污水处置厂污泥污染防治工作的通知》中规则污水处置厂以贮存为目的将污泥运出厂界的,必需将污泥脱水至含水率50%以下,因而单纯靠污水处置厂现有常规机械脱水技术显然不能满足含水率的请求。

         

          2.2 常用污泥脱水工艺

         

          2.2.1 酸处置工艺

         

          酸处置工艺的机理是研讨发现剩余污泥的含水率随pH值的变化而变化,在酸性条件下剩余污泥的胞外聚合物(ExtracellularPolymericSubstances,EPS)水解分开污泥外表,改动剩余污泥的水分散布,从而改善剩余污泥的脱水性能,到达降低剩余污泥含水率的效果。研讨发现剩余污泥脱水性能最优化的pH值在2.5左右。何文远等人比照研讨发现硫酸(H2SO4)预处置的污泥的脱水性能比阳离子型聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)预处置的要好很多。谢武明等人研讨发现用硫酸预处置污泥,其脱水性能最高能提升30.8%。刑奕等人研讨标明剩余污泥的脱水性能好坏的先后次第是在酸性条件下>在中性条件下>在碱性条件下,当pH值调理至3.0左右,外表活性剂投加量为94.0mg/g时,剩余污泥的含水率降低至60.8%

         

          2.2.2 高级氧化工艺

         

          高级氧化工艺的机理是采用强氧化剂毁坏剩余污泥中的絮体构造,释放约束水分,改动污泥中的水分散布,从而改善污泥的脱水性能。Fenton法因其高效、对环境友好等特性,被以为是较有前景的氧化技术。传统Fenton法包括一系列的自在基链式反响,如式1至式8Fenton法预处置污泥的机理有两种,一是絮凝作用,Fenton法中产生Fe(Ⅲ)OH-构成Fe(OH)3Fe(OH)3具有絮凝作用。二是氧化作用,Fenton法中链式反响生成大量羟基(·OH),其高氧化复原电位能快速氧化胞外聚合物,从而改动污泥内部构造,从而提升污泥的脱水性能。

         

        图片22 

          李娟等人采用Fenton法预处置污泥,在pH值为2.5,反响时间90minn(H2O2)∶n(Fe(Ⅱ))=8∶1,反响温度为65~70℃,污泥的含水率显著降低。梁秀娟等人采用Fenton法预处置印染污泥,最佳反响条件为pH值为2.0,反响时间为90minn(H2O2)∶n(Fe(Ⅱ))=10∶1,反响温度为80℃,总悬浮固体(TSS)去除率为74.2%,毛细水抽吸时间(CST)98.6s减少至18.9s,比阻(SRF)6.0×1011s2/g减少至8.4×1010s2/g,剩余污泥的均匀粒径从53.8μm减少至20.0μm,减少了62.8%Liu等采用Fenton实行污泥调理,在最优条件下脱水后泥饼的含水率为49.5%

         

          2.2.3 冷冻冻融工艺

         

          冷冻冻融工艺的机理是剩余污泥中的自在水在冷冻时会构成不规则的冰针,冰针毁坏污泥絮体网状构造,释放污泥中的内部间隙水,从而提升污泥的脱水性能。Chen等人研讨标明释放剩余污泥的胞内有机物的最佳冻融温度为-5℃左右,并改善了剩余污泥的生化性。Li等人采用冷冻冻融结合化学调理工艺改善剩余污泥的脱水性能,研讨标明在-15℃的反响温度协同外表活性剂CTAC,剩余污泥含水率较常温降低了6.0%左右,约62.8%Gao等人发现当冷冻时间足以使细胞内水分结晶时,细胞构造与胞外聚合物被毁坏,污泥颗粒汇集,粒径增大,有利于污泥脱水性能的改善。

         

          2.2.4 化学调理工艺

         

          化学调理工艺的机理是在剩余污泥中参加调理剂改善剩余污泥的物化性质,改善污泥颗粒的沉降性能,其凭仗高处置效率、经济性、运用范围广等优点成为目前最常用的工艺。目前常用的调理剂分为无机调理剂、有机高分子调理剂、外表活性剂等,目前在污水处置厂应用普遍的是无机调理剂(2)与有机高分子调理剂。无机调理剂是一种电解质化合物,主要有铁系和铝系两类。无机调理剂的水解产物带正电荷,中和剩余污泥外表的负电荷,使污泥胶体失去稳定性,从而提升剩余污泥的脱水性能,其优点为费用低,来源广,缺陷是用量大,处置效率较差。近年来有机高分子调理剂逐步成为研讨热点,有机高分子调理剂经过吸附架桥作用将剩余污泥中的外表吸附水分转化成自在水分,增大污泥颗粒粒径,从而改善污泥的沉降与脱水性能。有机调理剂可分为自然和人工两种,自然有机调理剂具有经济、环保双重效益,但还在研讨阶段。人工有机调理剂絮凝才能强、用量少,但费用较高。

         

          近年来发现复配调理剂可到达单独调理剂所达不到的处置效果。Li等人研讨比拟运用有机高分子调理剂与运用复配氯化铁(FeCl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、氯化铝(AlCl3)等无机调理剂调理污泥的处置效果,结果标明投加复合调理剂的剩余污泥的比阻降低了70.0%,比单独投加有机高分子调理剂的降低率高33.0%Deng等人研讨聚丙烯酰胺与硫酸铁(PAM-Fe2(SO4)3)的复配调理剂调理剩余污泥的处置效果,发现聚丙烯酰胺与硫酸铁复合调理剂的处置效果明显好于单独运用聚丙烯酰胺和硫酸铁。Xiong等人研讨比拟红石膏与阴离子有机聚合物LT25的复合调理剂调理剩余污泥的处置效果,发现剩余污泥絮体的分形维数由1.38增加至1.71,同时泥饼含水率比不加红石膏调理的泥饼含水率降低7.1%

         

        图片23 

          2.3 新型污泥脱水工艺

         

          2.3.1 超声波处置工艺

         

          超声波处置工艺的机理主要是应用超声波的特殊性能,一是超声波具有声化学性能,超声波可在水中产生空穴作用,部分产生高温高压与强劲的水剪切力,毁坏剩余污泥的细胞构造与菌胶团,释放出内部分离水,改善剩余污泥的脱水性能。二是超声波具有海绵效应,超声波可使水分子更容易借助于超声波的波面的通道而经过,从而增大剩余污泥粒径。三是超声波具有混凝作用,超声波可促使污泥颗粒之间碰撞而粘结,从而增大剩余污泥粒径。影响超声波处置效果的主要技术指标有超声波频率、声能密度与超声时间,中低的超声波频率与较低的超声时间有利于改善剩余污泥的脱水性能。超声波处置工艺的缺陷是能耗较大,因而限制其在污泥脱水处置处置中的推行应用。Qiu等人研讨超声波频率、声能密度与超声时间等要素对污泥脱水性能的影响,发现当超声波频率为25.0kHz,声能密度为0.08W/mL,超声时间为1min,剩余污泥的比阻降低了67.0%,同时研讨发现声能密渡过高会造成反作用,恶化剩余污泥的脱水性能。Han等人研讨标明单独超声波处置剩余污泥可降低污泥的含水率,而絮凝剂协同超声波处置剩余污泥可进一步提升剩余污泥的脱水性能,污泥脱水性能最佳的超声条件为超声时间为10min,声能密度为0.8W/mL。马守贵等人研讨标明低频率的超声波有利于改善剩余污泥的脱水性能。

         

          2.3.2 生物淋滤工艺

         

          生物淋滤工艺的机理是经过生物淋滤处置后的剩余污泥,其pH值降落,剩余污泥的胞外聚合物水解分开污泥外表,改动剩余污泥的水分散布,从而改善剩余污泥的脱水性能。生物淋滤工艺的优点是费用低廉、无二次污染、有效去除污泥中的重金属离子与杀灭细菌去除恶臭。2004年周立祥最早将生物淋滤技术引入污泥脱水范畴,他应用生物淋滤处置制革污泥,发现生物淋滤具有显著的污泥脱水效果。Xiao等人研讨标明当生物淋滤的pH值在2.0~2.5时,较大改善污泥的脱水性能,污泥从难脱水状态转化为易脱水状态。宋永伟等人应用生物淋滤处置剩余污泥,经过生物沥浸2d后剩余污泥的比阻降落至2.4×1012m/kg。孟维举等人应用生物淋滤处置剩余浓缩污泥,泥饼的含水率降落至65.0%以下。之后研讨发现将生物淋滤协同其他预处置工艺能获得更好的效果,陈泓等人研讨应用生物淋滤协同Fenton法处置印染污泥,剩余污泥的比阻减少至1.3×1011s2/g,改善了剩余污泥的脱水性能。

         

          3、结语

         

          目前剩余污泥的减量化和资源化是急需处理的关键问题。如今普遍运用的无机与有机高分子调理剂,大局部会产生二次污染,不利于后续剩余污泥的资源化应用,因而研讨方向应转向寻觅无二次污染、不形成泥饼增容、有利于污泥资源化应用的调理剂。最后单一污泥脱水工艺的效果很有限,今后需研讨多种污水脱水工艺的协同式工艺,既能让各污泥脱水工艺扬长避短,又能到达剩余污泥高效脱水的效果

         


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